1、一、一、集中控制式地震數據采集系統集中控制式地震數據采集系統 上個世紀上個世紀7070年代中期，數字地震儀的出現，年代中期，數字地震儀的出現，把地震勘探帶入了一個新的時代，把地震勘探帶入了一個新的時代， 出現了以出現了以DFSDFSV V和和SN338SN338為代表的集中專用控制式數字地震儀。為代表的集中專用控制式數字地震儀。到了到了8080年代，隨著電子技術和計算機技術的發展，年代，隨著電子技術和計算機技術的發展，新技術、新器件不斷應用到數字地震儀的設計和新技術、新器件不斷應用到數字地震儀的設計和生產中，又出現了以生產中，又出現了以SN358SN358和和MDS16MDS16為代表的計為代

2、表的計算機集中控制式數字地震儀。算機集中控制式數字地震儀。 一、一、集中控制式地震數據采集系統集中控制式地震數據采集系統 所謂集中控制式系統是指整個儀器系所謂集中控制式系統是指整個儀器系統的控制部分采用統一的數字邏輯電路完統的控制部分采用統一的數字邏輯電路完成。根據控制邏輯所采用的電路形式，集成。根據控制邏輯所采用的電路形式，集中控制式地震儀又可分為中控制式地震儀又可分為專用集中控制式專用集中控制式數據采集系統和計算機集中控制式數據采數據采集系統和計算機集中控制式數據采集系統。集系統。 一、一、集中控制式地震數據采集系統集中控制式地震數據采集系統 1. 1. 專用集中控制式地震數據采集系統專用

3、集中控制式地震數據采集系統 檢檢波波器器邏邏輯輯控控制制數數字字磁磁帶帶機機多多路路轉轉換換開開關關瞬瞬時時浮浮點點放放大大器器模模數數轉轉換換器器數數據據傳傳輸輸接接口口大大 線線濾波器濾波器低噪聲前低噪聲前置放大器置放大器模模 擬擬濾波器濾波器大大 線線濾波器濾波器低噪聲前低噪聲前置放大器置放大器模模 擬擬濾波器濾波器DFSDFSV V和和SN338SN338一、一、集中控制式地震數據采集系統集中控制式地震數據采集系統 1. 1. 專用集中控制式地震數據采集系統專用集中控制式地震數據采集系統 （1 1）檢波器：將地面振動信號換成模擬）檢波器：將地面振動信號換成模擬電壓信號，該信號經模擬信號

4、傳輸大線電壓信號，該信號經模擬信號傳輸大線送至大線濾波器。送至大線濾波器。（2 2）大線濾波器：濾除共模干擾和高頻）大線濾波器：濾除共模干擾和高頻干擾，濾波之后的信號送低噪聲前置放干擾，濾波之后的信號送低噪聲前置放大器。大器。一、一、集中控制式地震數據采集系統集中控制式地震數據采集系統（3 3）前置放大器：對微弱的地震信號進行放大，）前置放大器：對微弱的地震信號進行放大，以利于后續濾波處理；放大后的信號送高通濾以利于后續濾波處理；放大后的信號送高通濾波器、低通濾波器、陷波器進行模擬濾波處理。波器、低通濾波器、陷波器進行模擬濾波處理。（4 4）模擬濾波器：對放大之后的信號進行高通）模擬濾波器：對

5、放大之后的信號進行高通濾波器、低通濾波器、陷波器進行模擬濾波處濾波器、低通濾波器、陷波器進行模擬濾波處理；濾除高頻、低頻和工業干擾。同時為防止理；濾除高頻、低頻和工業干擾。同時為防止采樣過程中產生假頻干擾，還要用大陡度去假采樣過程中產生假頻干擾，還要用大陡度去假頻濾波器對信號進行濾波處理，然后再送入多頻濾波器對信號進行濾波處理，然后再送入多路轉換開關進行時分復用轉換并同時完成采樣。路轉換開關進行時分復用轉換并同時完成采樣。 一、一、集中控制式地震數據采集系統集中控制式地震數據采集系統（5 5）多路轉換開關：完成時分復用轉換并同）多路轉換開關：完成時分復用轉換并同時完成采樣；經過多路合一的各道信

6、號的子樣時完成采樣；經過多路合一的各道信號的子樣送瞬時浮點放大器（送瞬時浮點放大器（IFPIFP）進行可變增益。）進行可變增益。（6 6）瞬時浮點放大器）瞬時浮點放大器: :（對于小信號自動調整（對于小信號自動調整選擇較大增益，對于大信號自動選擇較小增益）選擇較大增益，對于大信號自動選擇較小增益）的放大，然后將的放大，然后將IFPIFP調整后的模擬信號送調整后的模擬信號送1515位位逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D轉換器進行模數轉換；對產生轉換器進行模數轉換；對產生的的3 3位增益碼和位增益碼和1515位位A/DA/D轉換的尾數送格式編排轉換的尾數送格式編排電路按照規定的格式進行編排，編排的結

7、果送電路按照規定的格式進行編排，編排的結果送數字磁帶機記錄。數字磁帶機記錄。 一、一、集中控制式地震數據采集系統集中控制式地震數據采集系統 1. 1. 專用集中控制式地震數據采集系統專用集中控制式地震數據采集系統 數數字字磁磁帶帶機機反反格格式式編編排排器器數數字字自自動動增增益益控控制制數數模模轉轉換換器器反反多多路路轉轉換換開開關關回回放放濾濾波波器器顯顯示示記記錄錄儀儀一、一、集中控制式地震數據采集系統集中控制式地震數據采集系統 1. 1. 專用集中控制式地震數據采集系統專用集中控制式地震數據采集系統 為監視記錄在磁帶中的數據的質量，為監視記錄在磁帶中的數據的質量，在完成數據記錄后還需要

8、進行數據回放。在完成數據記錄后還需要進行數據回放。回放主要包括反格式編排、自動增益控回放主要包括反格式編排、自動增益控制、制、D/AD/A轉換、反多路轉換、回放濾波等轉換、反多路轉換、回放濾波等處理，最后用繪圖儀形成回放記錄。符處理，最后用繪圖儀形成回放記錄。符合質量要求的數據磁帶需要送計算中心合質量要求的數據磁帶需要送計算中心完成最后的處理與解釋。完成最后的處理與解釋。 一、一、集中控制式地震數據采集系統集中控制式地震數據采集系統 2. 2.計算機集中控制式地震數據采集系統計算機集中控制式地震數據采集系統 檢檢波波器器檢檢波波器器通用計通用計算機及算機及控制記控制記錄程序錄程序數數字字磁磁帶

9、帶機機多多路路轉轉換換開開關關瞬瞬時時浮浮點點放放大大器器模模數數轉轉換換器器數數據據傳傳輸輸接接口口大大 線線濾波器濾波器低噪聲前低噪聲前置放大器置放大器模模 擬擬濾波器濾波器大大 線線濾波器濾波器低噪聲前低噪聲前置放大器置放大器模模 擬擬濾波器濾波器前端各種控制前端各種控制SN358SN358和和MDS15BMDS15B一、一、集中控制式地震數據采集系統集中控制式地震數據采集系統 2. 2.計算機集中控制式地震數據采集系統計算機集中控制式地震數據采集系統 通用通用 計算機計算機 回放回放 控制控制數數字字磁磁帶帶機機 打印機打印機 顯示記顯示記 錄儀錄儀一、一、集中控制式地震數據采集系統集

10、中控制式地震數據采集系統 3. 3.集中控制式地震數據采集系統問題集中控制式地震數據采集系統問題 一般情況下，集中控制式數字地震儀的一般情況下，集中控制式數字地震儀的檢波器通過模擬信號線（一般稱為檢波器通過模擬信號線（一般稱為“大線大線”）與采集系統連接，由于大線上傳輸的是模擬與采集系統連接，由于大線上傳輸的是模擬信號，傳輸的距離又比較遠，因此，信號易信號，傳輸的距離又比較遠，因此，信號易受各種干擾因素的影響。同時，由于采樣間受各種干擾因素的影響。同時，由于采樣間隔和大線重量的限制，集中控制式地震儀中隔和大線重量的限制，集中控制式地震儀中一條大線電纜一般不超過一條大線電纜一般不超過120120

11、道。道。二二、分布式遙測地震儀數據采集系統分布式遙測地震儀數據采集系統 隨著計算機技術在地震儀中應用的不斷深入，人隨著計算機技術在地震儀中應用的不斷深入，人們把數據采集系統中的放大器、濾波器、們把數據采集系統中的放大器、濾波器、A/DA/D轉換器、轉換器、數據傳輸控制邏輯以及整個控制用數據傳輸控制邏輯以及整個控制用CPUCPU做在一個小箱體做在一個小箱體內，稱為內，稱為“采集站采集站”，將采集站放置在檢波點上，每，將采集站放置在檢波點上，每個采集站用較短的模擬信號線（一般稱為個采集站用較短的模擬信號線（一般稱為“小線小線”）與與1 18 8道檢波器連接，各采集站用數字信號線（數字道檢波器連接，

12、各采集站用數字信號線（數字大線）或以無線方式與中央記錄主機相連，當各采集大線）或以無線方式與中央記錄主機相連，當各采集站和記錄主機之間合理組合時，可以構成分布式數據站和記錄主機之間合理組合時，可以構成分布式數據采集系統。由于數據采集部件在檢波點而不在儀器車采集系統。由于數據采集部件在檢波點而不在儀器車上，因此，這類系統又被稱為上，因此，這類系統又被稱為“遙測地震儀遙測地震儀”。 二二、分布式遙測地震儀數據采集系統分布式遙測地震儀數據采集系統VME總線控制總線控制野外數字大線野外數字大線標準計算機網絡總線標準計算機網絡總線 采集站采集站1 采集站采集站2 采集站采集站n計算機計算機1計算機計算機

13、2繪圖儀繪圖儀磁帶機磁帶機網絡接口網絡接口采集控制采集控制磁帶機接口磁帶機接口其它接口其它接口繪圖儀接口繪圖儀接口SN368SN368和和MDS16MDS16二二、分布式遙測地震儀數據采集系統分布式遙測地震儀數據采集系統 1. IFP 1. IFP型采集站型采集站 線線路路濾濾波波器器前前置置放放大大器器高通、高通、陷波、陷波、低通濾低通濾波器波器多多路路轉轉換換開開關關瞬時瞬時浮點浮點放大放大器器A/D轉轉換換器器檢檢波波器器線線路路濾濾波波器器前前置置放放大大器器高通、高通、陷波陷波低通濾低通濾波器波器檢檢波波器器 采集站控制電路采集站控制電路（CPU）數數據據存存儲儲器器數數據據傳傳輸輸

14、接接口口去去前前端端數數據據指指令令美國的美國的DFSDFS、MDSMDS1616和法國和法國SN368SN368二二、分布式遙測地震儀數據采集系統分布式遙測地震儀數據采集系統 2.IFP 2.IFP型采集站存在的問題型采集站存在的問題 1 1、影響地震儀頻率特性的因素主要是模擬電路及、影響地震儀頻率特性的因素主要是模擬電路及A/DA/D轉換之前采樣速率的限制。轉換之前采樣速率的限制。 其高頻響應主要取決于多路轉換開關的采樣頻率。其高頻響應主要取決于多路轉換開關的采樣頻率。設采樣頻率為設采樣頻率為fs s，有效信號中的最高頻率為，有效信號中的最高頻率為fmaxmax，IFP的的單道調整時間為單

15、道調整時間為tc，地震道數為地震道數為N；考慮到采樣定理；考慮到采樣定理fs s 2 fmaxmax的的要求，取要求，取fs s =4 =4 fmaxmax，系統的高截止轉折頻率，系統的高截止轉折頻率fc c= = fmaxmax，則有，則有 Ntffcsc14141二二、分布式遙測地震儀數據采集系統分布式遙測地震儀數據采集系統 2.IFP 2.IFP型采集站存在的問題型采集站存在的問題 2 2、影響儀器動態范圍的主要因素是模擬電路本底噪、影響儀器動態范圍的主要因素是模擬電路本底噪聲幅值和儀器最大不失真信號的幅值聲幅值和儀器最大不失真信號的幅值 一般情況下，對于一般情況下，對于n n位位A/D

16、A/D轉換器，其動態范轉換器，其動態范圍圍DRDR為：為： nDRn02. 62log20二二、分布式遙測地震儀數據采集系統分布式遙測地震儀數據采集系統 2.IFP 2.IFP型采集站存在的問題型采集站存在的問題 2 2、影響儀器動態范圍的主要因素是模擬電路本底噪、影響儀器動態范圍的主要因素是模擬電路本底噪聲幅值和儀器最大不失真信號的幅值聲幅值和儀器最大不失真信號的幅值 就目前集成電路工藝和技術來說，對于傳統的積分就目前集成電路工藝和技術來說，對于傳統的積分型型A/DA/D轉換器、逐次逼近型轉換器、逐次逼近型A/DA/D轉換器和直接比較型轉換器和直接比較型A/DA/D轉轉換器，由于電路本身噪聲

17、特性的影響，其分辨率很難達到換器，由于電路本身噪聲特性的影響，其分辨率很難達到1818位，因此，直接使用傳統位，因此，直接使用傳統A/DA/D轉換器的儀器系統，其動轉換器的儀器系統，其動態范圍難以達到態范圍難以達到110 dB 110 dB 。 二二、分布式遙測地震儀數據采集系統分布式遙測地震儀數據采集系統 2.IFP 2.IFP型采集站存在的問題型采集站存在的問題 3 3、IFPIFP結構的采集站使用了大量模擬器件和數字器件，結構的采集站使用了大量模擬器件和數字器件，電路結構十分復雜，功耗也比較大，這些都不符合現電路結構十分復雜，功耗也比較大，這些都不符合現代電子技術集成化、數字化、低功耗（低電源電壓）、代電子技術集成化、數字化、低功耗（低電源電壓）、高性能的要求