全数字MEMS三分量地震检波器制造技术

本发明专利技术公开了一种全数字MEMS三分量地震检波器，包括密封防水外壳，设置于该密封防水外壳内部的控制单元、与该控制单元连接的由三个单轴MEMS传感器正交组合而成的三分量检波器、与所述三个单轴MEMS传感器一对一连接的三个信号调理电路和分别通过一个多路模拟选择器与三个信号调理电路一对一连接的三个A/D转换器，该三个A/D转换器分别与所述控制单元连接；同时，在所述控制单元上还连接有侧斜倾角检测模块和惯性传感器。本发明专利技术解决了现有技术中检波器无法兼顾姿态方法信息、地面与测井等多用途适应能力、实时获取内部温度湿度控制参数以及高效低功耗的检波器电源内部管理的问题，具有很高的实用价值和研究意义。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种全数字MEMS三分量地震检波器，包括密封防水外壳，设置于该密封防水外壳内部的控制单元、与该控制单元连接的由三个单轴MEMS传感器正交组合而成的三分量检波器、与所述三个单轴MEMS传感器一对一连接的三个信号调理电路和分别通过一个多路模拟选择器与三个信号调理电路一对一连接的三个A/D转换器，该三个A/D转换器分别与所述控制单元连接；同时，在所述控制单元上还连接有侧斜倾角检测模块和惯性传感器。本专利技术解决了现有技术中检波器无法兼顾姿态方法信息、地面与测井等多用途适应能力、实时获取内部温度湿度控制参数以及高效低功耗的检波器电源内部管理的问题，具有很高的实用价值和研究意义。【专利说明】全数字MEMS三分量地震检波器
本专利技术涉及一种地震检波器，具体地说，是涉及一种全数字MEMS三分量地震检波器。
技术介绍
在石油勘探领域，地震检波器是地震数据采集的关键设备，其性能好坏直接影响地震勘探数据的质量。随着地震勘探技术的发展，对地震勘探的分辨率和精度要求也越来越高，特别是近几年发展的高分辨率勘探，需要动态范围大、失真低、抗干扰能力强的检波器，用传统地震检波器得不到理想原始信号的现状已经直接影响到地震数据采集的质量，而MEMS (Micro Electromechanical System,即微电子机械系统)加速度检波器由于动态范围大和频率带宽高，能获得高质量的数据，经过计算机处理可以获得更精确的地下成像，对提高油藏回采率、降低勘探风险和开发风险有重要作用。在MEMS加速度检波器的各种特性中，幅频特性是非常重要的一个特性。幅频特性曲线表示了 MEMS检波器对不同频率振动信号的响应情况，通过幅频曲线可以得到检波器的带宽、线性响应范围等特性。与此同时，当前适用于高密度、大规模、大道数的地震采集的检波器大多数还是三维模拟检波器，甚至是单轴模拟检波器，即便是少量存在的三轴数字检波器也仅仅是单一的地震信号采集，并没有出现集检波器的姿态方法信息、地面与测井等多用途适应能力、实时获取内部温度湿度控制参数以及高效低功耗的检波器电源内部管理于一体的全数字MEMS多功能地震检波器。因此，寻找外形较小、坚固耐用、灵敏度较高、具有高分辨高速率且在采集地震信号时具有更小背景噪音的新型检波器是当前地震勘探的迫切需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全数字MEMS三分量地震检波器，解决现有技术中检波器无法兼顾姿态方法信息、地面与测井等多用途适应能力、实时获取内部温度湿度控制参数以及高效低功耗的检波器电源内部管理的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下:全数字MEMS三分量地震检波器,包括密封防水外壳,设置于该密封防水外壳内部的控制单元、与该控制单元连接的由三个单轴MEMS传感器正交组合而成的三分量检波器、与所述三个单轴MEMS传感器一对一连接的三个信号调理电路和分别通过一个多路模拟选择器与三个信号调理电路一对一连接的三个A/D转换器，该三个A/D转换器分别与所述控制单元连接；同时，在所述控制单元上还连接有侧斜倾角检测模块和惯性传感器。进一步，所述控制单元上还设置有RS485电源总线接口，并通过该RS485电源总线接口连接有电源转换供电系统；该电源转换供电系统一路连接所述控制单元，一路连接所述A/D转换器，第三路连接所述三分量检波器。再进一步低，所述电源转换供电系统包括与所述RS485电源总线接口连接的DC-DC电源，连接该DC-DC电源和所述控制单元的主电源，连接在该DC-DC电源上的滤波电路，以及连接该滤波电路和三分量检波器的传感器模拟电源，和连接该滤波电路与所述A/D转换器的高精度参考电源；所述传感器模拟电源为低纹波隔离电源。优选地，所述信号调理电路包括输入端与所述单轴MEMS传感器连接的可编程增益放大器，与该可编程增益放大器的输出端连接的信号分配器，以及分别与该信号分配器的输出端连接的可控低通滤波器、可控高通滤波器和陷波器；该可控低通滤波器、可控高通滤波器和陷波器的输出端同时与所述多路模拟选择器连接，且所述信号分配器的输出端还直接与所述多路模拟选择器连接。优选地，所述多路模拟选择器与所述A/D转换器之间还连接有耦合电路。优选地，所述控制单元由STM32F405芯片构成。优选地，所述信号调理电路采用4.7μ F多层陶瓷电容下拉1ΜΩ电阻的方式进行直流过滤。优选地，所述信号调理电路采用AD8138配合四个等臂电阻、公共输入端口的参考电压与ADC的参考电压相同的方式,进行差分信号转换。优选地，所述DC-DC电源为具有电气隔离的4:1宽压输入的DC-DC开关电源。优选地，所述DC-DC电源由DC-DC电源模块构成，而所述滤波电路则包括与该DC-DC电源模块串联的LDO模块，连接在所述DC-DC电源模块与该LDO模块之间的电感LI，分别连接在所述LDO模块输入端和输出端的磁珠，以及与所述DC-DC电源模块并联的电容Cinl、Coutl，和与所述LDO模块并联的电容Cin2、Cout2。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:(I)本专利技术具有结构简化、体积小、重量轻、功耗低、操作简便、户外适应能力强的优点，可推广应用于油气勘探中的小折射、微地震、随钻地震、VSP测井等领域。(2)本专利技术采用最新推出的STM32F405芯片作为控制单元，该芯片各种外围接口丰富、具有足够大的RAM和Flash存储空间，而无需再作外部扩展，具有较强的数据处理能力足以满足地震信号采集中各种数据处理要求；而采用三个单轴的MEMS传感器正交组合构成的三分量检波器，则可以大大提升检波器的拾震能力。(3)本专利技术在信号调理电路中采用4.7μ F多层陶瓷电容下拉1ΜΩ电阻的方式实现隔直流，一方面避免阻断低频弱信号，另外一方面则提高了电容的充放电时间，降低了信号的延时时间。(4)本专利技术结合野外勘探的实际地形条件、勘探方法和具体的勘探对象，提供了多档可调的信号处理方式:可编程增益放大器、低通及高通滤波器、陷波器、模拟数字耦合电路等等，从而可以充分适应不同的户外环境，保证有效地震信号的完整性。(5)本专利技术采用LC+磁珠+LDO模块的电源滤波方案，从而可有效提高电源的稳定性、精度和瞬态响应，降低输出阻抗，还能够显著降低纹波和电压尖峰。(6)本专利技术在检波器内实现三分量(Χ、Υ、Ζ)同时采集，并全面实现数字化，减少了信号的模拟传输部分，以适应精细地层结构反演的多维多分量的发展趋势；而本专利技术中的检波器具有广泛的应用领域，能够适应不同的地震勘探方法对应的现场布设，对多种勘探系统具有良好的兼容性，实用价值和推广价值很高。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的系统框图。图2为本专利技术的内部电路框图。图3为本专利技术中信号调理电路的系统框图。图4为本专利技术中信号调理电路的电路原理图。图5为本专利技术中DC-DC电源、滤波电路和主电源的系统框图。图6为本专利技术中DC-DC电源、滤波电路和主电源的电路原理图。图7为本专利技术中高精度参考电源的电路原理图。图8为本专利技术中传感器模拟电源的电路原理图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例如图1所示，本专利技术公开的全数字MEMS三分量地震检波器，主要包括一个密封防水外本文档来自技高网...

【技术保护点】
全数字MEMS三分量地震检波器，其特征在于，包括密封防水外壳，设置于该密封防水外壳内部的控制单元、与该控制单元连接的由三个单轴MEMS传感器正交组合而成的三分量检波器、与所述三个单轴MEMS传感器一对一连接的三个信号调理电路和分别通过一个多路模拟选择器与三个信号调理电路一对一连接的三个A/D转换器，该三个A/D转换器分别与所述控制单元连接；同时，在所述控制单元上还连接有侧斜倾角检测模块和惯性传感器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李怀良，庹先国，沈统，刘勇，蒋鑫，阳林锋，毛小波，贺春艳，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51