数字检波器工作原理与地震勘探应用.doc

数字检波器工作原理与地震勘探应用-权威资料本文档格式为WORD, 若不是word文档,则说明不是原文档最新最全的 学术论文 期刊文献 年终总结 年终报告 工作总结 个人总结 述职报告 实习报告 单位总结【摘 要】 基于MEMS技术的数字检波器的在地震勘探领域的成功应用，彻底摒弃模拟检波器的机电转换装置，真正实现了全数字化采集数字检波器最核心的技术，在于它的加速度感应头，也称之为微机电系统（MicroElectroMechanical System），即MEMS本文主要介绍MEMS芯片的工作原理、电路构成，以及SERCEL公司生产的单分量数字检波器DSU1在地震勘探数据采集中的实际应用 【关键词】 超精度地震传感器 MEMS技术原理 DSU1工作特性 1 诞生数字检波器的地震仪器背景 以往人们在讨论地震仪器时，注意力往往多集中在探讨对已产生的地震信号如何进行记录和处理，而对于地震信号是如何产生和接收的，则言之甚少，这并不是因为这个问题不重要，而是因为在这个问题上，长期以来还没有找到令人满意的解决方法事实证明，如果不摒弃现有的机电转换模式，地震传感器的精度指标永远也不会有实质性的突破 自从上世纪三十年代，世界上出现第一台地震仪，近百来的发展，直到最近几年才开始实践应用数字检波器，地震勘探的实践表明，只有当人们不但掌握了△-∑模数转换技术，而且掌握了神奇的固体薄膜技术，全新的超精度地震传感器才会应运而生。

法国SECEL公司研发的DSU采集链是基于MEMS技术的数字检波器采集链SECEL公司的数字检波器产品之一垂直单分量数字检波器DSU1，于2010年前后在中国地震勘探市场上批量投入勘探应用DSU1具有宽频线性响应、低畸变特点，是高分辨率地震勘探的理想采集设备下面将从数字检波器的工作原理、与传统检波器的特性比较、实际生产应用等几个方面，进一步详细分析介绍这新一代地震勘探设备——数字检波器DSU 2 数字检波器的基本工作原理与DSU单元的电路构成 应当指出，只有当地震仪器从集中车载发展到野外分布阶段以后，把数字检波器固化在采集站内部的想法才可能成为现实因为在地震仪器集中车载阶段，所有的具有采集站功能的电路板都是安装在仪器车内的，而检波器则始终需要摆放、接插在地面所以，从最早的模拟记录仪，到早期的15位的数字记录仪，再到基于△-∑技术的24位遥测地震仪，这每一个技术进步，对于数字检波器的诞生都不可或缺 讲数字检波器，首先要弄清楚地震仪器中的一个最基本的单元——地震数据采集站，也称为野外数字化单元，它的主要作用是把地震波激励转化成数字化信号以后，经信号处理器DSP输出到电源站LAUL或交叉站LAUX进行处理，然后送到车载仪器系统的中心站。

那么，数字检波器功能具体如何实现呢？就是在DSU数字检波器采集站中，内置一个基于MEMS技术的加速度感应头，将此加速度感应头与地震数据采集站最核心的部件也即基于△-∑技术的24位转换器结合在一起，实现将地震波激励直接转换成数字流的过程基于△-∑技术的24位转换器，其采样频率可达256kHz，256kHz的1bit数据位流经过滤波和抽取，最终输出24位4kHz子样数据 为了便于从整体上理解数字检波器在地震数据采集中所发挥的作用，在这里需简单介绍一下常规地震数据采集站的基本功能： （1）接收来自主LAU的命令； （2）重复大线上的数据包； （3）数字化地震数据； （4）采样传输到从LAU； （5）对仪器和野外测试产生模拟信号； （6）在EEPROM中存储数据采集站自身的地址； （7）通过LED闪烁代码告知数据采集站工作的状态 地震数据采集站常规电路构成与主要功能模块如图1所示： 从上图可见，基于MEMS技术的DSU地震数据采集站的电路构成中，仍然离不开POWER SUPPLY（电源支持）、FDU-INT（信号整形）、FDU COM（管理数据采集站与电源站与交叉站之间的通信）、SIG DEL（△-∑24位模数转换）、EEPROM（存储单元）这五大功能模块。

而体现全新的数字检波器功能的，就是下面将要讲到的数字化超精度地震传感器数字检波器在电路构成上，它是由一个加速度感应头（MEMS）和电压信号的产生与数字化电路（ASIC）一起组成其工作原理概括地说，就是当地震波激励引起MEMS内的惯性质量体发生位移后，ASIC内有一个力的反馈电路通过感应电极间电容量变化，由放大器输出一个电压信号，并反馈到两电极之间，力图产生一个恢复力，最终使电容器再回到原来的平衡位置从理论上讲，放大器输出的这个电压信号，就可以被用来描述来自地面的地震波的激励之后，这个电压信号被检测电路检出，送给采集站内的24位△-∑模数转换器，最终输出一个24位的串行数字流至此，地震波的完全数字化拾取终于变成现实 传统的地震传感器是直接利用运动线圈两端产生的感应电动势作为地震响应信号，而对于数字检波器的工作原理，深入来说，其实它是一个加速度感应头，完全是一个可变电容器，因其小而一般称之为微机电系统（MicroElectroMechanical System），英文缩写为MEMS如同一般可变电容器，MEMS有一组固定的和一组可动的电容极板固定极板与框架结合在一起，可动极板则与一个惯性质量体结合在一起，而惯性质量体又通过上下两个弹簧与框架相连接。

此外就是两个电极当地震信号驱动惯性质量体对弹簧作拉伸或压缩运动时，使得两组极板之间的间隙改变，从而引起两电极之间电容改变如何能够进一步把这个电容量的变化转换成电压信号，这就是实现数字检波器全数字化拾取的最终目所在 为了把MEMS两极间电容量的变化转化成电压信号，在电路设计上，是把MEMS的两极接入一个力反馈电路的反馈回路里，做成一个模块力反馈电路实质是一个模拟放大器，当惯性质量体的轴向垂直朝下（指向地心）且静止不动时，令放大器的输出为一个常量当受到地震波的激励时，惯性质量体在其静止位置附近做上下运动，同时两电极间电容量随之变化这时放大器输出一个电压信号，并反馈到两电极之间，力图产生一个恢复力使电容器再回到平衡位置同时，这个电压信号被检测电路检出，并送24位△-∑A/D转换器，最后输出一个24位的串行数字流这就是数字检波器的完整工作过程 　　整个MEMS器件的有效芯体不过几个毫米的大小，可谓精巧别致至极此外的混合集成电路ASIC，兼有电容到电压的精确变换以及24位△-∑A/D的功能在制造工艺上，MEMS与ASIC各有其单独的封装外壳 3 单分量数字检波器DSU1与模拟检波器的特性比较 由于工作原理的不同，在单分量数字检波器与传统模拟检波器的特性比较中，除了最基本的区别，数字检波器是基于MEMS技术的加速度计，模拟检波器是基于线圈磁铁的速度计以外，其它特性区别主要体现在以下几个方面（如表1）： 4 数字检波器DSU1应用结论 通过多个地震勘探项目的实际实用，单分量数字检波器DSU1的易用性、高效率、频带宽等这些最明显的特点，已得到了大家一致的认可。

除此之外，随着应用的深入，业内普遍更加清楚地认识到了采用数字检波器的单检波器采集方式，与以往组合方式的模拟检波器相比较，带来了地震数据采集方面更深刻的变化具体说，可得出以下四个方面的结论： （1）DSU1是基于MEMS技术的加速度域检波器，单个检波器接收地震数据，对低频数据没有衰减同时也保证了高频成份的信噪比，由于DSU1消除了因组合静校正对高频成份造成的损害，因此相对于模拟检波器来说它具有更宽的频带范围 （2）DSU1空间采样密度高，可得到比模拟检波器更为准确的静校正 　　（3）尽管DSU1炮集记录噪音较强，但是由于很好的空间采样消除了假频的存在，使去噪效果更好 （4）DSU1较高的空间采样密度使得地震数据的覆盖次数提高，这就很好的补偿了由于单个检波器接收造成的信噪比较低的问题，使最终的偏移结果具有更好的连续性、信噪比及分辨率 参考文献： [1]Sercel公司.e-428XL V5.0-training guide.2012. [2]柴书常.24位遥测地震仪.北京：石油工业出版社. 阅读相关文档:基于可靠性理论的移动终端误操作研究 空调节能经验浅析 简析含油污泥回收原油方法 浅谈水利工程施工质量的控制与管理 中职计算机网络教学方法谈 基于复用OSERDES的任意波形发生器的设计 如何做好实验室质量体系内部审核 检测探头在缸盖底面精加工中的应用 腈纶针织物小浴比染色工艺试验小结 隧道塌方处理的分析 公路在役隧道衬砌裂损防控技术 隧道超前预报的应用与研究 浅谈隧道施工中的超前预报技术 浅谈交通运输业可持续发展 旅游公路景观设计浅析 浅谈建筑结构设计中应注意的几个要点 隧道塌方的原因及预防措施 杜夫海纳审美对象理论论述 浅析女性主义安全观在全球化时代的重要*本文若侵犯了您的权益，请留言。

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