本发明专利技术公开一种无缆地震仪多冗余同步数据采集装置及采集方法。是基于UTC时间系统的无缆地震仪多冗余同步地震数据采集方法，通过引入本地辅助UTC时间服务系统，结合GNSS授时技术，构建多冗余UTC时间服务系统，以保证无缆地震仪采集站在失去GNSS授时信号的情况下仍能同步数据采集。在地震数据采集前，先对本地UTC校时，选择连续记录或UTC时间区间或UTC时间点三种模式之一进行同步采集任务设定，生成同步数据采集任务列表；根据UTC授时信息，将采集到的地震数据打上UTC时标信息，存入本地存储器，最终获得完整的同步单炮记录。本发明专利技术能够确保无缆地震仪采集站在任何恶劣卫星信号条件下实现同步地震数据采集，同步精度优于4微秒，完全满足资源勘探的同步要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种地球物理勘探中的无缆遥测地震仪，尤其是涉及无缆存储式地震仪中以世界协调时为同步基准的多冗余数据采集同步方法。
技术介绍
地震仪发展经历了模拟地震仪、集中式地震仪、现代分布式遥测地震仪三个大的阶段，当前的主流地震仪是有线遥测地震仪，其典型代表是法国krcel公司的408UL、 428XL和美国ION公司的korpion地震勘探系统。以为例，现代遥测地震仪采用有线连接主从架构，测量系统由主控站(控制管理总体测量工作流程)、交叉站(转发测量命令和数据)、采集站(地震数据采集单元)、和电源站(供电单元)组成。上千上万个地震采集站通过数传电缆连接在一起，并同交叉站相连，交叉站通过电缆线与主机相连，构成一个地震数据测量网络。地震采集站为“单站单道”结构，一个站负责一个地震传感器(拾振器，又称地震检波器)的模拟信号采集，所有采集站的总数即为测量系统的总数据采集道数，地震勘探要求所有采集通道必须同步启动数据采集。为了实现所有采集通道的同步数据采集，在数传电缆中设定了专用的采集命令和同步信号构建同步机制，所有地震采集站通过数传电缆线监测主控站发出的采集命令和同步信号，采集站在检测到同步信号后立即启动数据采集，从而实现所有采集通道的同步数据采集。采集站完成数据采集后，通过数传电缆线将数据发送到主控站，主控站接收并回放所有采集站同步采集的地震数据，实时监测采集结果并存入硬盘。现代有线遥测地震仪的优点是数据通讯速率快、道带载能力高，得到了广泛的应用；但对于复杂地形地表条件下的地震数据采集，如山地、黄土沟壑区等，有线遥测地震仪由于电缆线的束缚，不便在地表起伏大，沟壑纵横的地区施工。为了解决复杂地形地区的地震数据采集问题，可以采用无缆存储式的地震采集站结构，地震采集站摆脱电缆线，将野外采集的地震数据存储在内部非易失性存储器中，从而适应复杂地区的数据采集，这就是无缆遥测地震仪。无缆遥测地震仪为了同步需要一种共同的时间服务系统。当前，无缆遥测地震仪通常采用GPS卫星定位系统授时作为时间服务系统， CNOl 134726. 0公开了一种“GPS卫星授时遥测地震仪”和CN20091016卯40. 1公开了一种 “利用短信进行地震仪控制和数据传送的方法及短信控制传送型无缆地震仪”都采用GPS卫星授时作为同步时钟，进而实现多地震采集站之间的同步数据采集。但是，在大山附近、丛林茂密地区等卫星信号较差的条件下，GPS定位系统授时信息不可获得，或因电磁干扰等原因GPS信号失锁可能导致一批采集站无法实现同步数据采集，使得整个采集系统无法正常工作进而陷入瘫痪，这很大程度上限制了无缆地震仪的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种无缆地震仪多冗余同步数据采集装置；本专利技术的目的是提供一种无缆地震仪多冗余同步数据采集方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的无缆地震仪多冗余同步数据采集装置，是由PC机经校钟控制器的1-1 接口一对一连接1-1 个无缆地震仪采集站，1个电源适配器并联连接1-1 无缆地震仪采集站， GNSS接收模块经总线驱动并联连接1-1 个总线连接器，1-128个总线连接器一对一连接 1-128个无缆地震仪采集站。采集站是由ARM-Linux系统分别连接CF卡、GPS接收机、以太网口和同步动态随机存储器，ARM-Linux系统经可编程逻辑器件与模拟调理电路连接，可编程逻辑器件连接GPS 接收机秒脉冲输出端，恒温晶振连接数字滤波器和可编程逻辑器件，四通道模拟输入经模拟调理电路、Δ Σ调制器和数字滤波器与可编程逻辑器件连接构成。采集站校钟控制器是由GNSS接收模块、FPGA智能时钟系统、晶振和采集站主控及采集系统构成，GNSS接收模块授时信息经COM2 口输出并与采集站主控系统及采集系统连接，GNSS同步脉冲信号CLK2与自锁控制器和采集站主控及采集系统连接，FPGA智能时钟系统由自锁控制器、分频器、公历时钟智能计数器、SPI接口和置数模块构成，置数模块接收采集站主控及采集系统经CRL2 口发送的校钟信息，并置入公历时钟计数器，自锁控制器、分频器和晶振构成公历时钟计数器的计数控制开关，由采集站主控及采集系统经CRLl控制， 公历时钟智能计数器同步脉冲CLKl与采集站主控及采集系统连接，公历时钟智能计数器的授时信息通过SPI接口转换后经COMl 口与采集站主控及采集系统连接。采集站同步数据采集是由模拟通道1和模拟通道2分别经Δ Σ调制器I连接数字滤波器，模拟通道3和模拟通道4分别经Δ Σ调制器II连接数字滤波器，外部同步时钟、 晶振分别连接数字滤波器构成。采集站主控和采集系统是由本地UTC时间服务系统和接收模块分别经多路时钟切换器、自锁触发控制器和数据采集系统与主控系统连接，主控系统与多路时钟切换器连接，主控系统分别连接本地UTC时间服务系统和接收模块构成。无缆地震仪多冗余同步数据采集方法，包括以下顺序和步骤a、在开展地震数据采集之前，首先对本地UTC计时系统校时，其校时参考为GNSS 的UTC授时信息；b、GNSS接收模块定位成功后每秒钟输出一个固定宽度的正脉冲，CLK2为GNSS接收模块输出的秒同步脉冲序列，其上升沿标识本秒起始时刻；每个秒同步脉冲之后COM2跟随输出UTC授时信息；C、采集站主控系统首先控制自锁控制器关闭分频器时钟输出，使公历时钟计数器处于停止状态，然后于t2时刻起提取UTC时间并将该时间加1秒后置入公历时钟计数器中， 在时间设置完毕后打开自锁控制器；d、GNSS接收模块的下一个秒同步脉冲会导致自锁触发器状态反转，分频器于t3时刻启动计时时钟CP输出，驱动公历时钟计数器与UTC时间基准同步计时，从t4时刻起输出高精度秒同步脉冲CLK1。公历时钟计时器时间信息通过SPI接口输出，协同CLKl信号为采集站提供高精度备用时标；e、选择连续记录或UTC时间区间或UTC时间点三种模式之一进行同步采集任务设定，生成同步数据采集任务列表；f、布设无缆地震仪于工作场地，无缆地震仪首先通过专有装置检测GNSS授时同步时钟系统，若卫星信号有效，则采用GNSS授时同步时钟作为采集电路的同步参考源，实施步骤e设定的采集任务列表；g、通过步骤f对卫星信号进行检测，若卫星信号无效，切换同步时钟源，采用本地 UTC时间系统作为采集电路的同步参考源；h、各地震采集站根据预设的任务类型及任务列表自主实施数据采集任务，根据自身的UTC时间服务系统授时信息，将采集到的地震数据打上UTC时标信息，存入本地存储器；i、对地震数据中所含UTC时间标签的所有地震数据道进行绝对UTC时间对齐，最终获得完整的同步单炮记录。有益效果无缆地震仪数据采集多冗余同步技术能够确保无缆地震仪采集站于任何恶劣卫星信号条件下实现同步地震数据采集，同步精度优于4微秒，完全满足资源勘探的同步要求。附图说明附图1本地UTC时间系统总线式批量校钟控制器结构框图附图2地震采集站结构框图附图3多冗余UTC时间服务系统结构框图附图4无缆地震仪采集站同步数据采集电路结构框图附图5多冗余时钟切换电路结构框图附图6本地UTC时间系统对钟时序图具体实施例方式下面结合附图和实施例做进一步的详细说明无缆地震仪多冗余同步数据采集装置，是由PC机经校钟控制器的1-本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种无缆地震仪多冗余同步数据采集装置，其特征在于，是由ＰＣ机经校钟控制器的１－１２８接口一对一连接１－１２８个无缆地震仪采集站，１个电源适配器并联连接１－１２８个无缆地震仪采集站，ＧＮＳＳ接收模块经总线驱动并联连接１－１２８个总线连接器，１－１２８个总线连接器一对一连接１－１２８个无缆地震仪采集站。
【技术特征摘要】
1.一种无缆地震仪多冗余同步数据采集装置，其特征在于，是由PC机经校钟控制器的 1-128接口一对一连接1-1 个无缆地震仪采集站，1个电源适配器并联连接1-1 个无缆地震仪采集站，GNSS接收模块经总线驱动并联连接1-1 个总线连接器，1-1 个总线连接器一对一连接1-1 个无缆地震仪采集站。2.按照权利要求1所述的无缆地震仪多冗余同步数据采集装置，其特征在于，采集站是由ARM-Linux系统分别连接CF卡、GPS接收机、以太网口和同步动态随机存储器， ARM-Linux系统经可编程逻辑器件与模拟调理电路连接，可编程逻辑器件连接GPS接收机秒脉冲输出端，恒温晶振连接数字滤波器和可编程逻辑器件，四通道模拟输入经模拟调理电路、Δ Σ调制器和数字滤波器与可编程逻辑器件连接构成。3.按照权利要求1所述的无缆地震仪多冗余同步数据采集装置，其特征在于，采集站校钟控制器是由GNSS接收模块、FPGA智能时钟系统、晶振和采集站主控及采集系统构成， GNSS接收模块授时信息经COM2 口输出并与采集站主控系统及采集系统连接，GNSS同步脉冲信号CLK2与自锁控制器和采集站主控及采集系统连接，FPGA智能时钟系统由自锁控制器、分频器、公历时钟智能计数器、SPI接口和置数模块构成，置数模块接收采集站主控及采集系统经CRL2 口发送的校钟信息，并置入公历时钟计数器，自锁控制器、分频器和晶振构成公历时钟计数器的计数控制开关，由采集站主控及采集系统经CRLl控制，公历时钟智能计数器同步脉冲CLKl与采集站主控及采集系统连接，公历时钟智能计数器的授时信息通过SPI接口转换后经COMl 口与采集站主控及采集系统连接。4.按照权利要求2所述的无缆地震仪多冗余同步数据采集装置，其特征在于，采集站同步数据采集是由模拟通道1和模拟通道2分别经△ Σ调制器I连接数字滤波器，模拟通道3和模拟通道4分别经Δ Σ调制器II连接数字滤波器，外部同步时钟、晶振分别连接数字滤波器构成。5.按照权利要求3所述的无缆地震仪多冗余同步数据采集装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈祖斌，杨泓渊，林君，张林行，张怀柱，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。