地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)包括至少一個地球物理傳感器。所述至少一個地球物理傳感器具有與其相關(guān)聯(lián)的信號發(fā)生器，其被配置成生成對應(yīng)于所述至少一個地球物理傳感器的類型的信號。該系統(tǒng)包括具有多個輸入通道的至少一個信號獲取單元。所述至少一個地球物理傳感器與所述多個輸入通道之一進(jìn)行信號通信。所述多個輸入通道各自包括用于接收和標(biāo)識由信號發(fā)生器生成的信號的檢測器。所述至少一個信號獲取單元包括響應(yīng)于由檢測到的信號標(biāo)識的傳感器類型而自動可配置的放大、濾波和數(shù)字化電路。
【專利說明】地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般地涉及地球物理數(shù)據(jù)獲取的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及可以使用具 有多個不同類型的地球物理傳感器的單個類型的獲取和信號處理設(shè)備的地球物理數(shù)據(jù)獲 取系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 授予Loehken等人的美國專利No. 8, 026, 723描述了一種海洋電磁和地震感測線 纜系統(tǒng)。所描述的系統(tǒng)包括沿著感測線纜布置的一個或多個獲取單元。（多個)單元包括連 接到各種類型的地球物理傳感器(例如磁力計、磁場振幅傳感器、地震粒子運動傳感器、地 震壓力或壓力梯度傳感器以及電場傳感器）的許多分離的信號輸入端。每個信號輸入端可 以具有特定于耦合到其上的傳感器類型的電路。電路的輸出可以多路復(fù)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 可以將數(shù)字化信號測量引導(dǎo)至記錄單元和/或數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。所公開的系統(tǒng)要求要耦合到 信號輸入端的特定類型的地球物理傳感器具有針對這樣的傳感器所需的電路。因此，可以 使用的傳感器類型及其電學(xué)和機(jī)械配置可能是有限的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 存在對更加靈活的獲取系統(tǒng)的需要，其可以與多個不同的傳感器一起使用而同時 簡化和標(biāo)準(zhǔn)化用于處理來自各種地球物理傳感器的信號的電路。
[0004] 本發(fā)明的一個方面是地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的該方面的地球物理數(shù) 據(jù)獲取系統(tǒng)包括至少一個地球物理傳感器。所述至少一個地球物理傳感器具有與其相關(guān)聯(lián) 的信號發(fā)生器，其被配置成生成對應(yīng)于所述至少一個地球物理傳感器的類型的信號。該系 統(tǒng)包括具有多個輸入通道的至少一個信號獲取單元。所述至少一個地球物理傳感器與所述 多個輸入通道之一進(jìn)行信號通信。所述多個信號通道各自包括用于接收和標(biāo)識由信號發(fā)生 器生成的信號的檢測器。所述至少一個信號獲取單元包括響應(yīng)于由檢測的信號所標(biāo)識的傳 感器類型而自動可配置的放大、濾波和數(shù)字化電路。
[0005] 本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將從以下描述和權(quán)利要求中顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的地球物理獲取系統(tǒng)的示意性視圖，其包括多個數(shù)據(jù)獲取單 J Li 〇
[0007] 圖2更加詳細(xì)地示出來自圖1的數(shù)據(jù)獲取單元。
[0008] 圖3示出包括編碼元件的一種類型的傳感器的示例。
[0009] 圖4示出包括不同類型的編碼元件的另一示例傳感器。
[0010] 圖5示出用于時鐘振蕩器的溫控晶體的示例。
[0011] 圖6示出示例數(shù)字低通濾波器。
[0012] 圖7示出形成圖2中所示的數(shù)據(jù)獲取單元的部分的示例信號發(fā)生器。
[0013] 圖8示出控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器和隨后的放大器電路以控制傳感器單元中的噪聲補償 反饋的處理器的示例。這里，作為示例示出磁性傳感器?？梢詫﹄妶龌虻卣饌鞲衅髯龀鲱?似的配置。
[0014] 圖9示出其中傳感器為數(shù)字傳感器的示例。接近傳感器完成數(shù)字化，并且在一些 示例中可以執(zhí)行處理和數(shù)據(jù)存儲以及對無線或線纜遙測的網(wǎng)絡(luò)適配和GPS同步。數(shù)字傳感 器可以通過線纜或無線來與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)連接或者在一些實例中直接連接到網(wǎng)絡(luò)。

【具體實施方式】
[0015] 在圖1中以平面視圖示意性地示出示例地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。該示例地球物理 數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)可以包括數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)20,其具有用于在所選時間處操作諸如振動器之類的 地震能量源26的組件(未分離地示出）。記錄系統(tǒng)20還可以包括用以控制一個或多個電磁 場發(fā)射器的操作的組件(未分離地示出），所述電磁場發(fā)射器例如是包括與地面或用于海洋 地球物理勘測的水體電接觸的間隔開的電極22A、22B的電場發(fā)射器22。此外或可替換地， 記錄系統(tǒng)20可以控制磁場發(fā)射器24的操作，諸如布置成接近地表或者在用于海洋操作的 水體中或其底部的線圈?？梢酝ㄟ^使電流通過一個或多個類型的上述電磁發(fā)射器而將電磁 場傳到地下的地球形成中。例如,跨電極22A、22B傳遞電流將感應(yīng)出電場。如果電流是時 變的，則時變電磁場將被傳到地下?？珉姌O22A、22B的電流可以按一個或多個離散頻率在 振幅中變化(例如，以正弦波的形式）以用于頻域電磁勘測，或者電流可以包括一個或多個 電流轉(zhuǎn)換事件以在地下感應(yīng)出瞬時電磁場以用于時域電磁勘測。轉(zhuǎn)換事件的非限制性示例 包括接通電流、關(guān)斷電流、使電流極性反向和以諸如偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（PRBS)之類的編碼 序列轉(zhuǎn)換電流。
[0016] 記錄系統(tǒng)20可以包括無線電通信裝置(未分離地示出）以用于將命令信號發(fā)射到 布置在接近地表或在水體中的所選位置處的一個或多個信號獲取單元10以及從其接收數(shù) 據(jù)信號。可以使用諸如在授予Crice等人并且通過引用并入于此的美國專利No. 7, 773, 457 中公開的那個之類的系統(tǒng)來執(zhí)行無線電通信。可以提供無線電收發(fā)器天線A以用于記錄 單元20上的這樣的通信。記錄單元20可以具有其同步到絕對時間參考(例如全球定位系 統(tǒng)（GPS)衛(wèi)星信號）的操作。記錄系統(tǒng)20為此目的可以包括全球定位系統(tǒng)信號接收器天 線GPS。無線電通信還可以包括各種形式的無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，諸如IEEE 802. 11、IEEE 802. 15協(xié)議中的任一個或藍(lán)牙。
[0017] 可以在要勘測的地球地下的區(qū)域之上的所選位置處部署多個信號獲取單元10。每 個信號獲取單元10可以包括無線電通信天線A和全球定位系統(tǒng)信號接收器天線GPS以用 于與記錄系統(tǒng)20通信和用于檢測來自全球定位系統(tǒng)信號的絕對時間參考信號。每個信號 獲取單元10可以具有耦合到每個信號獲取單元10的輸入通道的各種類型和數(shù)量的地球物 理傳感器，如將參照圖2更加詳細(xì)地解釋的。例如，地震粒子運動傳感器12(要么是單個組 件要么是多組件）可以與地表接觸、懸于水體中或部署在水底部以檢測自然發(fā)生的地震信 號或響應(yīng)于地震能量源26的操作所產(chǎn)生的信號中的任一個或二者。地震粒子運動傳感器 12可以檢測自然發(fā)生的或響應(yīng)于地震能量源26的致動所產(chǎn)生的地震能量?？梢允褂玫钠?它類型的傳感器可以包括磁力計14、磁場振幅傳感器16 (以線環(huán)或線圈、磁通門傳感器等 等的形式）以及諸如間隔開的電極18A、18B (以電流電極、電容性電極等等的形式）之類的 與地面或者水體或其底部接觸以用于海洋勘測操作的電場傳感器18。本文所描述的地球物 理傳感器的類型和配置僅僅是示例并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。
[0018] 在圖2中示出示例信號獲取單元10的功能框圖。信號獲取單元10的組件可以布 置在不受氣候影響（weather proof)或耐壓的外殼11內(nèi)部。外殼11可以包括多個不受氣 候影響和/或不受壓力影響的輸入連接器A1直到A6。輸入連接器引導(dǎo)來自相應(yīng)地球物理 傳感器（以下參照圖3和4解釋）的信號輸入，電纜從所述地球物理傳感器可以耦合到輸入 連接器A1-A6之一。每個連接器A1-A6中的電端子可以耦合到低噪聲、可編程增益放大器 30的輸入端。每個可編程增益放大器30的增益可以通過將適當(dāng)?shù)目刂菩盘枒?yīng)用到增益控 制輸入端44來選擇，如下文將進(jìn)一步解釋的。為了方便起見，連接器A1-A6、對應(yīng)的可編程 增益放大器30和對應(yīng)的另外的電路(包括低通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器--在以下解釋）可以 被稱為"輸入通道"。
[0019] 每個可編程增益放大器30的輸出端可以耦合到相應(yīng)機(jī)電(例如由螺線管46操作） 或電子開關(guān)S。每個開關(guān)S可以被配置成將相應(yīng)可編程增益放大器30的輸出端選擇性地耦 合到特定低通濾波器32、34、36,并且然后耦合到相應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC) 38。每個開關(guān)S還 可以直接將相應(yīng)可編程增益放大器30輸出端耦合到相應(yīng)ADC 38的輸入端。可以將低通濾 波器32、34、36選擇成取決于在連接器A1-A6處稱合到相應(yīng)模擬信號輸入端的地球物理傳 感器（圖1)的類型來對可編程增益放大器30的輸出進(jìn)行濾波。
[0020] 每個ADC 38可以是24位分辨率、可編程采樣率設(shè)備，諸如從德州儀器(德州達(dá)拉 斯)可獲得的那樣。可以將每個ADC的采樣率選擇成，取決于與輸入通道進(jìn)行信號通信的傳 感器類型，對應(yīng)于來自對應(yīng)的可編程增益放大器和低通濾波器的最高預(yù)期頻率信號輸入。 可以將來自每個ADC 38的數(shù)字化傳感器信號輸出引導(dǎo)到相應(yīng)緩沖器40以用于其臨時存 儲，直到可以將數(shù)字化信號引導(dǎo)到諸如硬驅(qū)動器或固態(tài)存儲器之類的大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備 50。諸如微控制器之類的中央處理單元（CPU)48可以提供信號以選擇每個可編程增益放大 器30的增益，可以選擇用于每個可編程增益放大器30的低通濾波器32、34、36并且可以使 每個緩沖器40的內(nèi)容被寫至大容量數(shù)據(jù)存儲單元50 (例如經(jīng)由信號總線41)。收發(fā)器52 可以通過使用任何無線或無線電收發(fā)器協(xié)議(例如藍(lán)牙、IEEE 802. 11 (b)，（g)或（η)，或 IEEE 802. 15)來傳送數(shù)字化傳感器信號?？梢詮娜蚨ㄎ幌到y(tǒng)（GPS)信號接收器54獲得 絕對時間參考。收發(fā)器52和GPS接收器54可以各自都具有相應(yīng)天線A、GPS。
[0021] 中央處理器48可以通過兩條專用控制/接收線來詢問傳感器的類型，例如通過相 應(yīng)控制端子45來詢問傳感器的編碼輸入。具有在輸入端上檢測到的特定輸入水平的信號 可以指示被耦合到相應(yīng)輸入連接器A1-A6的傳感器類型。參照圖3,用于生成對應(yīng)于傳感 器類型的信號的一種類型的設(shè)備是傳感器特定的電阻器R。在圖3中所示的示例中，具有 預(yù)定電阻的電阻器R可以與特定類型的傳感器(例如地震傳感器12)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)中央處理 器(在圖2中的48)檢測到與地震傳感器12或其它類型的傳感器相關(guān)聯(lián)的特定電阻值時， 中央處理器（圖2中的48)可以發(fā)送控制信號以將相應(yīng)可編程增益放大器（圖2中的30)的 增益調(diào)整到對應(yīng)于與特定類型的傳感器相關(guān)聯(lián)的輸入信號。中央處理器（圖2中的48)還 可以向?qū)?yīng)的開關(guān)（圖2中的S)發(fā)送控制信號以選擇對應(yīng)的低通濾波器（圖2中的32、34、 36)。低通濾波器（圖2中的32、34、36)可以實現(xiàn)為模擬濾波器，或者可以是可控的數(shù)字濾 波器，如將參照圖6解釋的。針對低通濾波器（圖2中的32、34、36)的高截斷頻率的非限制 性示例可以包括1〇Ηζ、1ΚΗζ和20KHz。
[0022] 返回到圖2,中央處理器48還可以通過其上的控制端子42向每個ADC 38發(fā)送控 制信號以選擇每個ADC 38的數(shù)字采樣率?？梢詫⒚總€ADC 38的采樣率選擇成對應(yīng)于耦合 到相應(yīng)輸入連接器A1-A6的傳感器的類型。當(dāng)中央處理器48詢問每個輸入(例如通過每個 放大器30上的端子45)時，這樣的采樣率選擇可以基于確定要耦合相應(yīng)輸入連接器A1-A6 的傳感器的類型而是自動的。
[0023] 中央處理器48還可以包括用于例如SD卡或外部硬驅(qū)動器的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備57的 輸入端子56。這樣的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備57可以包括用于中央處理器48的預(yù)編程指令以將某些 輸入通道操作成具有預(yù)選擇的數(shù)字采樣率、低通濾波器高截斷頻率和可編程放大器增益。 存儲設(shè)備57還可以包括取決于獲取系統(tǒng)(例如，如圖1中所示)的配置的用于針對每個輸入 通道的預(yù)定數(shù)據(jù)記錄開始時間和停止時間的指令，并且可以包括信號波形的數(shù)字表示以使 中央處理器48操作數(shù)模轉(zhuǎn)換器，如將參照圖7解釋的。
[0024] 參照圖4,在另一示例中，數(shù)字信號發(fā)生器，諸如只讀存儲器（ROM) 58可以與相應(yīng) 傳感器(例如，本示例中的磁力計14)的輸出端進(jìn)行信號通信?？梢詫OM 58編程為發(fā)送 對應(yīng)于傳感器類型的所選數(shù)字字（digital word)?？梢詫⑦@樣的數(shù)字字傳送到中央處理器 (圖2中的48)，其作為響應(yīng)將向相應(yīng)可編程放大器增益控制端子44發(fā)送控制信號以選擇對 應(yīng)于被耦合到可編程增益放大器輸入端的傳感器的類型的放大器增益。中央處理器（圖2 中的48)可以操作相應(yīng)開關(guān)（圖2中的S)以選擇用于被連接到相應(yīng)輸入端子（圖2中的A1 直到A6)的傳感器類型的適當(dāng)?shù)屯V波器（圖2中的32、34、36)。中央處理器（圖2中的48) 還可以向相應(yīng)ADC (圖2中的38)發(fā)送控制信號以選擇適于被耦合到相應(yīng)輸入通道的傳感 器類型的數(shù)字采樣率。
[0025] 圖5示出布置在絕熱腔體70中的振蕩器晶體76。腔體70可以布置在數(shù)據(jù)獲取 單元外殼（圖2中的11)內(nèi)部，并且其中可以包括電加熱元件72和與中央處理器（圖2中的 48)進(jìn)行信號通信的溫度傳感器74。中央處理器（圖2中的48)可以提供控制信號以響應(yīng) 于如由溫度傳感器74測量的溫度而操作加熱元件72,使得在腔體70內(nèi)部維持基本上恒定 的溫度。因此，可以最小化晶體頻率中的熱漂移。晶體76可以被用于操作例如形成中央處 理器（圖2中的48)的部分的時鐘振蕩器。在將信號獲取單元（圖2中的10)定位成使得沒 有全球定位系統(tǒng)信號可檢測的情況下，時鐘振蕩器可以維持基本上恒定的時鐘信號以用于 標(biāo)識由每個ADC (圖2中的38)生成的每個數(shù)字樣本的絕對獲取時間。形成中央處理器（圖 1中的48)的部分的時鐘在系統(tǒng)部署期間可以與記錄單元（圖1中的20)中的時鐘同步，并 且形成處理器的部分的時鐘可以在當(dāng)絕對時間參考信號不可用的時間段期間進(jìn)行操作將 溫控晶體76用作頻率參考。
[0026] 圖6示出數(shù)字低通濾波器（LPF) 33的示例，其可以是本領(lǐng)域中已知的任何類型的 數(shù)字信號濾波器。數(shù)字LPF 33的截止頻率可以由響應(yīng)于中央處理器（圖2中的48)由此生 成的信號而應(yīng)用于控制端子46A的控制信號來選擇。數(shù)字LPF 33可以連接在ADC(圖2中 的38)的輸出端與去往緩沖器（圖2中的40)的輸入端之間。當(dāng)使用前述數(shù)字LPF配置時， 應(yīng)當(dāng)將ADC (圖2中的38)的采樣頻率設(shè)置成避免其數(shù)字輸出中的混疊（S卩，至少兩倍于去 往相應(yīng)低噪聲可編程增益放大器（圖2中的30)的相應(yīng)模擬信號輸入的最大頻率。
[0027] 圖7示出可以形成數(shù)據(jù)獲取單元（圖2中的10)的部分的信號發(fā)生器的示例。中 央處理器48可以已經(jīng)在其中存儲了，或者可以從數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(例如圖2中的57)(如果使 用的話)接收一個或多個信號波形的數(shù)字表示。這樣的波形可以包括直流（DC)和任何所選 交流(AC)波形，包括但不限于離散頻率正弦波和各種電流瞬時轉(zhuǎn)換事件波形?？梢詫?shù)字 波形表示引導(dǎo)到數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC) 80?？梢詫AC 80的輸出引導(dǎo)到功率放大器82。功率 放大器82的輸出端可以耦合到輸入通道中任何一個或多個。前文可以為數(shù)據(jù)獲取單元（圖 2中的10)提供以下能力。每個輸入通道可以多路復(fù)用于DAC 80所生成的信號。任何信號 波形可以由固件生成以饋送到輸入通道中用于校準(zhǔn)和功能驗證目的。DAC 80的輸出還可以 被用于噪聲消除，諸如60Hz和50Hz電力線（power line)噪聲。輸入通道可以由中央處理 器（圖2中的48)采樣并且可以將被引導(dǎo)到DAC 80的波形調(diào)整成輸出相同的采樣波形，但 是具有反向極性以減小噪聲。通過使用前述特征，可以為每個可編程增益放大器（圖2中的 30)選擇較高的增益以測量小振幅信號并且從而改善來自每個輸入通道的信噪比。
[0028] 還可以生成任意或隨機(jī)的信號以驅(qū)動如果耦合到具有校準(zhǔn)輸入功能的輸入通道 的磁力計。隨機(jī)信號可以被用于磁力計輸出的校準(zhǔn)或驗證以及被鎖定到噪聲中并且反饋到 傳感器中以這樣的方式使得它們補償噪聲的特定信號。對于磁力計而言，這可以是，例如但 不限于，以校準(zhǔn)繞組、鎖定于周期性噪聲的相位、極性反向并且相比被放大的形式的電流， 使得周期性噪聲在傳感器輸出處最小。對于線性的任何其它傳感器，例如但不限于電極，可 以采樣許多噪聲周期。隨后可以分析噪聲并且將其外部地反饋到傳感器中，使得傳感器的 輸出示出最小量的噪聲。由于最大噪聲源最通常是周期性的并且關(guān)于信號時間緩慢變化 (參見例如，Strack， Κ. -Μ. , 1992, Exploration with Deep Transient Electromagnetics -JflirotA/ciio/? Elsevier Science 出版社 B. V·，阿姆斯特丹），只需要少 量噪聲循環(huán)以近實時地補償噪聲。隨后由于大多數(shù)由電力線系統(tǒng)導(dǎo)致的周期性噪聲的有限 可改變性，補償將快速收斂。電路可以基于對周期性噪聲源的這樣的理解而被進(jìn)一步優(yōu)化。
[0029] 圖7中所示的前述設(shè)備還可以被用于生成DC偏移電壓以補償當(dāng)使用電場傳感器 (例如圖1中所示的電極18A、18B)時可以跨輸入通道存在的偏置電壓。由中央處理器確定 成具有耦合到其上的電場傳感器(例如，如參照圖3和4解釋的）的輸入通道可以具有如參 照圖2解釋的在不存在傳到地下的任何電磁場（即任何電磁發(fā)射器不在操作）的情況下測 量的電壓?？珉妶鰝鞲衅鳎▓D1中的18)測量的電壓偏置可以由到其上的反轉(zhuǎn)(偏移）電壓 的施加基本上抵消，所述反轉(zhuǎn)(偏移）電壓的施加是通過使用圖7中所示的設(shè)備或可以耦合 到每個輸入通道的基本上類似的設(shè)備。如果另一類型的傳感器被檢測為耦合到特定輸入通 道，則可以將中央處理器編程為不施加 DC偏移。
[0030] 圖8示出前述設(shè)備，其中數(shù)模通道（DAC)80從處理器38接收基于各種補償算法的 命令，使得其將預(yù)定義的模擬信號饋送到數(shù)據(jù)獲取單元的補償部分中。在磁力計的情況下， 模擬信號可以由二者均在圖8中用92表示的校準(zhǔn)繞組或附加繞組提供。外部繞組也是可 能的，只要在傳感器輸出端上的結(jié)果得到的噪聲低于沒有這樣的繞組的情況即可。對于其 它類型的傳感器，其它補償技術(shù)是可能的，只要使得上述噪聲降低發(fā)生即可。這樣的補償可 以降低噪聲并且顯著改善信噪定量（ration)而沒有信號保真中的任何相位失真。
[0031] 附加的益處可以是當(dāng)單元被用于記錄類似于由Strack、1992描述的類型的受控 源信號時，減少對于降低信噪比或降低發(fā)射器功率需求所需的處理時間。將模擬反饋與數(shù) 字反饋耦合同樣可以是有利的，同樣諸如但不限于其中先前信號窗的剩余噪聲部分從其相 繼窗中被減去以使得噪聲被降低到幾乎為零的情況。
[0032] 如本文所描述的數(shù)據(jù)獲取單元和使用這樣的數(shù)據(jù)獲取單元的地球物理數(shù)據(jù)獲取 系統(tǒng)可以具有以下優(yōu)點中一個或多個。信號獲取單元可以使用被耦合到輸入通道中任一個 的任何類型的地球物理傳感器，并且獲取單元將自動地配置它，使得放大、濾波和數(shù)字化針 對被耦合到這樣的輸入通道的特定類型的傳感器而得到優(yōu)化。所有的輸入通道可以是相同 的，這使得能夠使用數(shù)據(jù)獲取單元來用于通用應(yīng)用。在其中輸入通道可變的情況下(諸如在 其中獲取電和磁場的大地電磁勘探中常見的那樣)，或者在其中地震和/或電磁傳感器被混 合的情況下，每個傳感器可以按照傳感器類型和/或類別進(jìn)行編碼，或者假設(shè)數(shù)字傳感器 作為唯一標(biāo)識的傳感器。這允許適當(dāng)?shù)男?zhǔn)數(shù)據(jù)將或者與所獲取的信號數(shù)據(jù)合并。結(jié)果是 時間節(jié)省和數(shù)據(jù)減少。
[0033] 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以被用于將地球物理勘測測量基本上實時地從數(shù)據(jù)獲取單元傳輸?shù)?記錄單元以用于數(shù)據(jù)質(zhì)量分析和檢查。獲取單元可以具有內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器以使得能夠補償 外部電壓偏移。數(shù)據(jù)獲取單元可以具有高達(dá)100kHz的數(shù)字采樣率以覆蓋例如高達(dá)50kHz 的高頻信號。通過將放大、數(shù)字化率和樣本記錄率匹配到特定傳感器類型，示例數(shù)據(jù)獲取單 元可以組合低頻和高頻采樣的輸入通道二者，從而提供關(guān)于針對每種傳感器類型的所需數(shù) 據(jù)質(zhì)量的最小化功耗。圖8中所示的噪聲補償反饋和傳感器的標(biāo)識進(jìn)一步降低功耗并且可 以提供平衡的系統(tǒng)。
[0034] 可以將數(shù)據(jù)獲取定時與全球定位系統(tǒng)信號絕對時間參考進(jìn)行同步；在不存在可檢 測時間參考(例如GPS)信號的情況下，可以將絕對時間信號從記錄單元發(fā)送到任何數(shù)據(jù)獲 取單元。獲取定時在這樣的情況中還可以由溫度穩(wěn)定的時鐘振蕩器晶體提供。當(dāng)由數(shù)據(jù)獲 取單元再次可檢測到例如GPS信號的時間參考信號時，數(shù)據(jù)獲取單元可以自動地再同步到 絕對時間參考。
[0035] 當(dāng)使用數(shù)字傳感器時，可以將來自那里的已經(jīng)數(shù)字化的數(shù)據(jù)輸出發(fā)送到記錄系統(tǒng) 20,如圖9中所示。數(shù)字傳感器100可以至少產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其然后可以要么通過有線要么 通過無線連接102被傳輸?shù)接涗浵到y(tǒng)20或者存儲在存儲器設(shè)備(在圖9中未分離地示出） 上。
[0036] 在一些實例中，其中噪聲考慮允許，數(shù)字傳感器100可能已經(jīng)包括記錄系統(tǒng)20的 包括網(wǎng)絡(luò)適配在內(nèi)的所有功能。對于磁場傳感器，這需要非常謹(jǐn)慎的屏蔽和接地設(shè)計，因為 存儲器寫動作可以通過磁性傳感器而準(zhǔn)備就緒。磁性傳感器包括磁場和地震傳感器。能夠 利用這樣的陣列架構(gòu)實現(xiàn)這一點允許最小化系統(tǒng)噪聲并且通過允許以具有低功耗的平衡 模式的并行信號放大來允許來自噪聲分裂的信號。這允許高度專門化的地球物理獲取系統(tǒng) 的顯著成本和尺寸減小。
[0037] 雖然已經(jīng)關(guān)于有限數(shù)量的實施例描述了本發(fā)明，但是受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù) 人員將領(lǐng)會到，可以設(shè)想到不脫離于如本文所公開的本發(fā)明的范圍的其它實施例。因此，本 發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由隨附權(quán)利要求所限制。
[0038] 引用列表 授予Loehken等人的美國專利No. 8, 026, 723, 2001。
[0039] 授予 Crice 等人的美國專利 No. 7, 773, 457, 2010。
[0040] Strack, Κ. -Μ. , 1992, Exploration with Deep Transient Electromagnetics
【權(quán)利要求】
1. 一種地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，包括： 至少一個地球物理傳感器，所述至少一個地球物理傳感器具有與其相關(guān)聯(lián)的信號發(fā)生 器，其被配置成生成對應(yīng)于所述至少一個地球物理傳感器的類型的信號；以及 具有多個輸入通道的至少一個信號獲取單元，所述至少一個地球物理傳感器與所述多 個輸入通道之一進(jìn)行信號通信，所述多個輸入通道各自包括用于接收和標(biāo)識由信號發(fā)生器 生成的信號的檢測器，所述至少一個信號獲取單元包括響應(yīng)于由檢測到的信號所標(biāo)識的傳 感器類型而自動可配置的放大、濾波和數(shù)字化電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述信號發(fā)生器包括編碼的電 阻器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述信號發(fā)生器包括只讀存儲 器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述放大電路包括可編程增益 放大器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述濾波電路包括多個模擬低 通濾波器，所述多個低通濾波器之一基于檢測到的信號可選地連接在放大電路與數(shù)字化電 路之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述濾波電路包括連接在放大 電路與數(shù)字化電路之間的數(shù)字控制濾波器，基于檢測到的信號來選擇數(shù)字控制濾波器的截 止頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述數(shù)字化電路包括可選采樣 率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，基于檢測到的信號來選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述至少一個地球物理傳感器 包括地震傳感器、電場傳感器、磁場振幅傳感器和磁力計中的至少一個。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括與所述至少一個信號獲取單 元相關(guān)聯(lián)的絕對時間參考信號接收器，由絕對時間參考信號接收器所檢測的絕對時間信號 被用于相對于絕對時間來同步由所述至少一個地球物理傳感器進(jìn)行的信號檢測。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括與所述至少一個地球物理 信號獲取單元相關(guān)聯(lián)的時鐘振蕩器，所述時鐘振蕩器連接到被布置在溫控腔體中的振蕩器 晶體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括與所述至少一個地球物理 信號獲取單元相關(guān)聯(lián)的波形發(fā)生器，所述波形發(fā)生器被配置成生成具有所選波形的電流， 所述波形發(fā)生器與輸入通道中至少一個進(jìn)行信號通信。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述波形發(fā)生器被配置成檢 測由所述至少一個地球物理傳感器傳送的信號中的所選類型噪聲，所述波形發(fā)生器被配置 成生成對應(yīng)于所選類型噪聲的反轉(zhuǎn)的波形并且將反轉(zhuǎn)應(yīng)用到與所述至少一個地球物理傳 感器相關(guān)聯(lián)的輸入通道。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所選類型噪聲包括50赫茲電 力線噪聲和60赫茲電力線噪聲中的至少一個。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所選類型噪聲包括存在于電 場傳感器上的偏置電壓。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述至少一個地球物理信號 獲取單元包括無線電收發(fā)器，其用于將數(shù)字化傳感器信號傳送到被布置在與所述至少一個 地球物理信號獲取單元分離的所選位置處的記錄系統(tǒng)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括多個地球物理信號獲取單 元，其各自包括無線電收發(fā)器，其中所述無線電收發(fā)器形成用于數(shù)字化數(shù)據(jù)信號到記錄系 統(tǒng)的傳送的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的部分。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述至少一個地球物理信號 獲取單元包括被配置成對放大、濾波和數(shù)字化電路進(jìn)行操作的中央處理器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述中央處理器還包括可連 接到數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的輸入端，所述數(shù)據(jù)存儲設(shè)備包括編碼在其上的指令，其用于與多個輸 入通道中每一個相關(guān)聯(lián)的放大、濾波和數(shù)字化電路的預(yù)定操作。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中去往傳感器的獲取單元控制 反饋電路生成傳感器模擬噪聲中的外部補償信號，并且還包括被配置成最小化噪聲的反 饋。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述至少一個地球物理傳感 器被數(shù)字連接到獲取設(shè)備，從而允許訪問數(shù)字網(wǎng)絡(luò)并且向這樣的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中數(shù)字連接由線纜和無線連接 中的至少一個執(zhí)行。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中數(shù)字傳感器直接向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
【文檔編號】G01V11/00GK104115405SQ201280066824
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月11日
【發(fā)明者】J·蔣, A.A.阿齊斯, 劉瑩, K-M.斯特拉克 申請人:Kjt企業(yè)有限公司