潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站，為解決現(xiàn)有技術海洋地震信號采集難問題，其由水聽器、浮標、連接桿、數(shù)字化單元、控制模塊、數(shù)據(jù)通信單元、GPS和供電模塊八大單元組成；浮標浮于水面，水聽器置于水下，水聽器與浮標由連接桿L連接；數(shù)字化單元、控制模塊、數(shù)據(jù)通信單元、GPS和供電模塊均置于浮標內(nèi)；供電模塊為數(shù)字化單元、控制模塊、數(shù)據(jù)通信單元和GPS提供電源；控制模塊通過數(shù)據(jù)通信單元與外部主機建立通訊聯(lián)系，接收外部主機的指令或事先預設的指令控制數(shù)字化單元、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊；數(shù)據(jù)通信單元為采集站提供通訊服務；數(shù)字化單元把水聽器的模擬信號轉換成數(shù)字信號；GPS單元為采集站提供位置信息和時間標志。具有穩(wěn)定性好和能降低噪音，有利于提高地震信號接收靈敏度和信噪比的優(yōu)點。
【專利說明】潛水式淳標地震數(shù)據(jù)采集站

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種地震數(shù)據(jù)采集站，特別是涉及一種潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站。

【背景技術】
[0002] 高精度數(shù)字地震儀是用來記錄人工或天然地震信號，然后根據(jù)這些地震信號的記 錄來尋找油、氣、煤和其他礦產(chǎn)資源的地質(zhì)勘探儀器，并可用于探測地球內(nèi)部結構、進行工 程及地質(zhì)災害預測等。
[0003] 地震勘探法目前仍然是在陸地和海洋勘探石油和天然氣的主要手段，同時也是其 他礦產(chǎn)資源的重要勘探方法，并廣泛應用于研究地球內(nèi)部結構、工程勘探和檢測、地質(zhì)災害 預測等等方面。其基本方法是在勘探靶區(qū)的地面上埋放數(shù)千乃至上萬只地震波傳感器（即 地震檢波器），然后用炸藥或可控震源激發(fā)人工地震。地震波向地下深處傳播，遇到不同性 質(zhì)地層的分界面就會產(chǎn)生反射，地震檢波器拾取到反射波并將其轉換成模擬電信號，然后 由高精度的數(shù)字地震儀把這些模擬電信號轉換成數(shù)字信號記錄下來。野外勘探接收到的大 量數(shù)據(jù)通過室內(nèi)用高速計算機進行復雜的信號處理和反演計算，才能得到清晰可靠的地下 結構圖像，最終確定礦產(chǎn)資源的位置和深度。
[0004] 地震采集系統(tǒng)可分為地震信號的拾?。ǖ卣饳z波器）、地震信號的傳輸、地震信號 的記錄與存儲三部分。國內(nèi)外主要24位遙測地震儀可分為三類：有線遙測地震儀、無線遙 測地震儀、存儲式數(shù)據(jù)回收遙控地震儀。這三類遙測地震儀中，有線遙測地震儀仍占主導地 位，占據(jù)世界市場的絕大部分份額。
[0005] 廣闊的海洋擁有巨大的資源，是人們下一步需要了解和勘探的重點，而海洋中地 震數(shù)據(jù)的采集一直是我們需要研究的課題，但是現(xiàn)有用于海洋的地震數(shù)據(jù)采集站存在穩(wěn)定 性差和不利于降低噪音，地震信號接收靈敏度和信噪比低的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種穩(wěn)定性好和能降低噪音，有 利于提高地震信號接收靈敏度和信噪比的潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站由水聽器G、浮標F、連接桿 L、數(shù)字化單元AD、控制模塊CM、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊PM八大單元組成；浮標F 浮于水面，水聽器G置于水下，水聽器G與浮標F由連接桿L連接；數(shù)字化單元AD、控制模塊 CM、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊PM均置于浮標內(nèi)；供電模塊PM為數(shù)字化單元AD、控制 模塊CM、數(shù)據(jù)通信單元WU和GPS提供電源；控制模塊CM通過數(shù)據(jù)通信單元WU與外部主機 建立通訊聯(lián)系，接收外部主機的指令或事先預設的指令控制數(shù)字化單元AD、數(shù)據(jù)通信單元 WU、GPS和供電模塊PM ;數(shù)據(jù)通信單元WU為采集站提供通訊服務；數(shù)字化單元AD把水聽器 G的模擬信號轉換成數(shù)字信號；GPS單元為采集站提供位置信息和時間標志。其是一種檢測 人工或天然地震信號并將其轉換成數(shù)字信號的裝置，其可用于石油、天然氣、煤田及礦產(chǎn)勘 探、地質(zhì)工程勘察、地質(zhì)災害監(jiān)測等方面，還可以應用于國防領域，如檢測水面和水下艦船。 具有穩(wěn)定性好和能降低噪音，有利于提高地震信號接收靈敏度和信噪比的優(yōu)點。
[0008] 作為優(yōu)化，所述浮標F、水聽器G和連接桿L三部分組成了采集站外殼，并形成水密 系統(tǒng)：浮標浮于水面，保持天線露出水面，便于維持良好通訊狀態(tài)；水聽器置于水下1-5米， 具體深度由不同的應用試驗決定。把水聽器G置于水平面以下，具有增加穩(wěn)定性和降低噪 音的功能，有利于提高地震信號的接收靈敏度和信噪比。
[0009] 作為優(yōu)化，所述水聽器G接收的信號由兩條穿過連接桿L的導線連接到置于浮標 內(nèi)部的數(shù)字化單元AD。即其中的浮標F、水聽器G和連接桿L三部分組成了采集站外殼，并 形成水密系統(tǒng)：浮標F浮于水面，保持天線露出水面，便于維持良好通訊狀態(tài)；水聽器置于 水下，通常為水下1-5米，具體深度由不同的應用試驗決定，把水聽器G置于水平面以下，具 有增加穩(wěn)定性和降低噪音的功能，有利于提高地震信號的接收靈敏度和信噪比；水聽器G 與浮標F由連接桿L連接。水聽器G接收的信號由兩條穿過連接桿L的導線連接到置于浮 標內(nèi)部的數(shù)字化單元AD。
[0010] 作這優(yōu)化，所述數(shù)據(jù)通信單元WU為采集站提供與主機的通訊聯(lián)系，與控制模塊CM 連接，在控制模塊CM控制下進行各種操作。
[0011] 作為優(yōu)化，所述數(shù)據(jù)通信單元WU具有兩種通訊模式，WiFi數(shù)據(jù)傳送模式和低速 指令傳送模式：一般情況下采用低速指令傳送模式，向主機發(fā)送位置信息、數(shù)據(jù)采集狀態(tài)、 電源狀態(tài)等工作狀態(tài)，接收主機指令，并且可以由主機控制采用定時工作機制；WiFi數(shù)據(jù) 傳送模式用于采集數(shù)據(jù)的傳送，只有主機在WiFi數(shù)據(jù)傳送模式通訊范圍內(nèi)才按指令啟用； WiFi數(shù)據(jù)傳送模式用于安裝主機的船接近采集站時回收數(shù)據(jù)，低速指令傳送模式主要用于 平時的監(jiān)控。
[0012] 即一般情況下采用低速指令傳送模式，向主機發(fā)送工作狀態(tài)（如位置信息、數(shù)據(jù) 采集狀態(tài)、電源狀態(tài)等），接收主機指令，并且可以由主機控制采用定時工作機制。WiFi數(shù) 據(jù)傳送模式用于采集數(shù)據(jù)的傳送，只有主機在WiFi數(shù)據(jù)傳送模式通訊范圍內(nèi)才按指令啟 用。采用兩種通訊模式并采用由主機控制的工作機制只要為了節(jié)省電源消耗，延長采集站 的工作時間。同時低速指令傳送模式可以維持較遠通訊距離。WiFi數(shù)據(jù)傳送模式用于安裝 主機的船接近采集站時回收數(shù)據(jù)，低速指令傳送模式主要用于平時的監(jiān)控。
[0013] 作為優(yōu)化，所述潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站中的控制模塊CM是采集站的控制中 心，通過數(shù)據(jù)通信單元WU建立與主機的通訊聯(lián)系，并根據(jù)主機發(fā)出的指令或或事先預設的 指令控制數(shù)字化單元AD、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊PM的工作狀態(tài)。
[0014] 作為優(yōu)化，所述控制模塊CM裝有三維姿態(tài)傳感器，便于記錄浮標的狀態(tài)用于后續(xù) 數(shù)據(jù)處理時進行姿態(tài)矯正；控制模塊CM還具有存儲功能，用于存儲采集到的震動數(shù)據(jù)。
[0015] 即控制模塊CM是采集站的控制中心，通過數(shù)據(jù)通信單元WU建立與主機的通訊聯(lián) 系，并根據(jù)主機發(fā)出的指令或或事先預設的指令控制數(shù)字化單元AD、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS 和供電模塊PM的工作狀態(tài)。控制模塊CM裝有三維姿態(tài)傳感器，便于記錄浮標的狀態(tài)用于后 續(xù)數(shù)據(jù)處理時進行姿態(tài)矯正。控制模塊CM還具有存儲功能，用于存儲采集到的震動數(shù)據(jù)。
[0016] 作為優(yōu)化，所述供電模塊PM為整個采集站提供電源，電源來源分為兩部分：置于 浮標內(nèi)部的高能電池和置于浮標上表層的高效太陽能電池 SPM，在太陽直射時，由太陽能電 池 SPM給電路板供電和給電池充電。
[0017] 作為優(yōu)化，所述數(shù)字化單元AD把水聽器的模擬信號轉換成數(shù)字信號，采用24位地 震信號專用芯片，提高轉換精度。
[0018] 作為優(yōu)化，所述GPS單元為采集站提供位置信息和時間標志，由于潛水式浮標地 震數(shù)據(jù)采集站在水面上的位置在不斷地變動，GPS提供的是采集站的移動軌跡；GPS單元提 供的時間標志用于進行同步采集。
[0019] 采用上述技術方案后，本發(fā)明裝置潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站用于人工和天然地 震信號采集，也可以用于采集各種因素產(chǎn)生的震動信號。其在水中接收人工和天然地震信 號的功能，具有增加穩(wěn)定性和降低噪音的功能，有利于提高地震信號的接收靈敏度和信噪 比的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站結構示意圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0022] 如圖所示，本發(fā)明裝置潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站（見圖1)由水聽器G、浮標F、 水聽器與浮標的連接桿L、數(shù)字化單元AD、控制模塊CM、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊 PM等八大單元組成。浮標F浮于水面，水聽器G置于水下，水聽器G與浮標F由連接桿L連 接；數(shù)字化單元AD、控制模塊CM、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊PM均置于浮標內(nèi)；供電 模塊PM為數(shù)字化單元AD、控制模塊CM、數(shù)據(jù)通信單元WU和GPS提供電源；控制模塊CM通 過數(shù)據(jù)通信單元WU與外部主機建立通訊聯(lián)系，接收外部主機的指令或事先預設的指令控 制數(shù)字化單元AD、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊PM ;數(shù)據(jù)通信單元WU為采集站提供通 訊服務；數(shù)字化單元AD把水聽器G的模擬信號轉換成數(shù)字信號；GPS單元為采集站提供位 置信息和時間標志（見圖2)。GPS天線標號為11、通訊天線標號為12。
[0023] 本發(fā)明裝置潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站中的浮標F、水聽器G和連接桿L三部分組 成了采集站外殼，并形成水密系統(tǒng)，保證內(nèi)部部件與水隔離：浮標F浮于水面，保持天線露 出水面，便于維持良好通訊狀態(tài)；水聽器置于水下，通常為水下1-5米，具體深度由不同的 應用試驗決定，把水聽器G置于水平面以下，具有增加穩(wěn)定性和降低噪音的功能，有利于提 高地震信號的接收靈敏度和信噪比；水聽器G與浮標F由連接桿L連接。水聽器G接收的 信號由兩條穿過連接桿L的導線連接到置于浮標內(nèi)部的數(shù)字化單元AD。
[0024] 本發(fā)明裝置潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站中的浮標F內(nèi)部安裝有數(shù)字化單元AD、控 制模塊CM、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊PM。
[0025] 本發(fā)明裝置潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站中的數(shù)據(jù)通信單元WU為采集站提供與主 機的通訊聯(lián)系，與控制模塊CM連接，在控制模塊CM控制下進行各種操作。數(shù)據(jù)通信單元WU 具有兩種通訊模式，WiFi數(shù)據(jù)傳送模式和低速指令傳送模式。一般情況下采用低速指令傳 送模式，向主機發(fā)送工作狀態(tài)（如位置信息、數(shù)據(jù)采集狀態(tài)、電源狀態(tài)等），接收主機指令， 并且可以由主機控制采用定時工作機制。WiFi數(shù)據(jù)傳送模式用于采集數(shù)據(jù)的傳送，只有主 機在WiFi數(shù)據(jù)傳送模式通訊范圍內(nèi)才按指令啟用。采用兩種通訊模式并采用由主機控制 的工作機制只要為了節(jié)省電源消耗，延長采集站的工作時間。同時低速指令傳送模式可以 維持較遠通訊距離。WiFi數(shù)據(jù)傳送模式用于安裝主機的船接近采集站時回收數(shù)據(jù)，低速指 令傳送模式主要用于平時的監(jiān)控。
[0026] 本發(fā)明裝置潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站中的控制模塊CM是采集站的控制中心， 通過數(shù)據(jù)通信單元WU建立與主機的通訊聯(lián)系，并根據(jù)主機發(fā)出的指令或或事先預設的指 令控制數(shù)字化單元AD、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊PM的工作狀態(tài)?？刂颇KCM裝 有三維姿態(tài)傳感器，便于記錄浮標的狀態(tài)用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理時進行姿態(tài)矯正?？刂颇KCM 還具有存儲功能，用于存儲采集到的震動數(shù)據(jù)。
[0027] 本發(fā)明裝置潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站中的供電模塊PM為整個采集站提供電 源，電源來源分為兩部分：置于浮標內(nèi)部的高能電池和置于浮標上表層的高效太陽能電池 SPM，在太陽直射時，由太陽能電池 SPM給電路板供電和給電池充電。
[0028] 本發(fā)明裝置潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站中的數(shù)字化單元AD把水聽器的模擬信號 轉換成數(shù)字信號，采用24位地震信號專用芯片，提高轉換精度。
[0029] 本發(fā)明裝置潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站中的GPS單元為采集站提供位置信息和 時間標志，由于潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站在水面上的位置在不斷地變動，GPS提供的是采 集站的移動軌跡。GPS單元提供的時間標志用于進行同步采集。
【權利要求】
1. 一種潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站，其特征在于由水聽器G、浮標F、連接桿L、數(shù)字化 單元AD、控制模塊CM、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊PM八大單元組成；浮標F浮于水 面，水聽器G置于水下，水聽器G與浮標F由連接桿L連接；數(shù)字化單元AD、控制模塊CM、數(shù) 據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊PM均置于浮標內(nèi)；供電模塊PM為數(shù)字化單元AD、控制模塊 CM、數(shù)據(jù)通信單元WU和GPS提供電源；控制模塊CM通過數(shù)據(jù)通信單元WU與外部主機建立通 訊聯(lián)系，接收外部主機的指令或事先預設的指令控制數(shù)字化單元AD、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS 和供電模塊PM ;數(shù)據(jù)通信單元WU為采集站提供通訊服務；數(shù)字化單元AD把水聽器G的模 擬信號轉換成數(shù)字信號；GPS單元為采集站提供位置信息和時間標志。
2. 根據(jù)權利要求1所述采集站，其特征在于所述浮標F、水聽器G和連接桿L三部分 組成了采集站外殼，并形成水密系統(tǒng)：浮標浮于水面，保持天線露出水面；水聽器置于水下 1-5 米。
3. 根據(jù)權利要求2所述采集站，其特征在于所述水聽器G接收的信號由兩條穿過連接 桿L的導線連接到置于浮標內(nèi)部的數(shù)字化單元AD。
4. 根據(jù)權利要求1所述采集站，其特征在于所述數(shù)據(jù)通信單元WU為采集站提供與主機 的通訊聯(lián)系，與控制模塊CM連接，在控制模塊CM控制下進行各種操作。
5. 根據(jù)權利要求4所述采集站，其特征在于所述數(shù)據(jù)通信單元WU具有兩種通訊模式， WiFi數(shù)據(jù)傳送模式和低速指令傳送模式：一般情況下采用低速指令傳送模式，向主機發(fā)送 位置信息、數(shù)據(jù)采集狀態(tài)、電源狀態(tài)等工作狀態(tài)，接收主機指令，并且可以由主機控制采用 定時工作機制；WiFi數(shù)據(jù)傳送模式用于采集數(shù)據(jù)的傳送，只有主機在WiFi數(shù)據(jù)傳送模式通 訊范圍內(nèi)才按指令啟用；WiFi數(shù)據(jù)傳送模式用于安裝主機的船接近采集站時回收數(shù)據(jù)，低 速指令傳送模式主要用于平時的監(jiān)控。
6. 根據(jù)權利要求1所述采集站，其特征在于所述控制模塊CM是采集站的控制中心，通 過數(shù)據(jù)通信單元WU建立與主機的通訊聯(lián)系，并根據(jù)主機發(fā)出的指令或或事先預設的指令 控制數(shù)字化單元AD、數(shù)據(jù)通信單元WU、GPS和供電模塊PM的工作狀態(tài)。
7. 根據(jù)權利要求6所述采集站，其特征在于所述控制模塊CM裝有三維姿態(tài)傳感器，便 于記錄浮標的狀態(tài)用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理時進行姿態(tài)矯正；控制模塊CM還具有存儲功能，用于 存儲采集到的震動數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權利要求1-7任一所述采集站，其特征在于所述供電模塊PM為整個采集站提供 電源，電源來源分為兩部分：置于浮標內(nèi)部的高能電池和置于浮標上表層的高效太陽能電 池，在太陽直射時，由太陽能電池給電路板供電和給電池充電。
9. 根據(jù)權利要求1-任一所述采集站，其特征在于所述數(shù)字化單元AD把水聽器的模擬 信號轉換成數(shù)字信號，采用24位地震信號專用芯片，提高轉換精度。
10. 根據(jù)權利要求1-7任一所述采集站，其特征在于所述GPS單元為采集站提供位置信 息和時間標志，由于潛水式浮標地震數(shù)據(jù)采集站在水面上的位置在不斷地變動，GPS提供的 是采集站的移動軌跡；GPS單元提供的時間標志用于進行同步采集。
【文檔編號】G01V1/22GK104155695SQ201410406380
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權日:2014年8月15日
【發(fā)明者】郭建 申請人:中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所