适于经由双导线线路连接在一起的数字地震波传感器和采集装置制造方法及图纸

一种适于经由双导线线路(5)而连接到采集装置(30)的数字地震波传感器(31)。所述数字地震波传感器包括：数字传感构件(311)；提供采样频率的本地采样时钟(317)；接收构件(313)，用于接收来自所述采集装置的命令数据以及同步信息，所述同步信息提供准确的定时信息，从而实现地震波传感器同步；补偿构件(312)，用于根据所述同步信息来补偿所述本地采样时钟的漂移；传输构件(314)，用于向所述采集装置传输地震波数据；驱动构件(312)，用于根据所述双导线线路上的半双工传输协议并且使用从接收到的命令数据中提取的传输时钟，来驱动所述接收构件和所述传输构件；接收构件(315)，用于接收电力。

【技术实现步骤摘要】
适于经由双导线线路连接在一起的数字地震波传感器和采集装置
本专利技术涉及地震波数据采集。更具体而言，本专利技术涉及适于经由双导线线路连接在一起的数字地震波传感器和采集装置。本专利技术的特定应用涉及陆上地震波数据采集系统。本专利技术尤其可以应用于使用地震波方法的石油勘探工业，也可以应用于实施地震波数据采集的任何领域。
技术介绍
地震波数据采集系统通常使用包括电子单元的有线网络，地动传感器(gourndmovementsensor)便连接到其中的电子单元。图1示意性地示出了根据第一种已知解决方案的地震波数据采集系统，所述第一种已知解决方案基于模拟传感器4的使用。为了简化，各个参考数字4表示模拟传感器及其对应的外壳和外罩(在下文图6中详细示出)。为了收集地震波数据(地球物理数据)，与地面相联系的一个或多个地震波源(图1中未图示)被激活，以传播全方向的地震波列。这些源可以包括海洋环境中的爆炸物、落锤、震动器或气枪等组成。由地下层反射的波列由模拟传感器4来检测，这些模拟传感器产生模拟信号以表示这些波在地下的地质界面上的反射。模拟传感器4通常使用术语“模拟听地器”来指代。如图6所示，它们通常通过双导线线路5(或用于串并联配置的三导线线路)互连成传感器组，以形成称为“模拟听地器串”的组群。为此，每个模拟听地器被安装在机械外壳(或匣)62中。模拟传感器的该机械外壳62带机械公差地被插入外罩61(一般由塑料制成)内，该外罩的形状取决于调查区域的类型(沼泽、陆地等)。双导线线路5通常模制到外罩61上。这些串中的每一者均连接到采集装置3(若干个串可以连接到同一采集装置)。为此，所述采集装置还安装在机械外壳中，所述机械外壳包括带两个触点的连接器63，该连接器适于与放置在双导线线路5(即，串中的线缆)上的同一类型的连接器64配合。模拟听地器串允许过滤噪声(空间滤波)，因为在双导线线路5上(向采集装置3)传播的模拟信息是每个模拟听地器的测量的平均值。采集装置3通常使用术语“数字转换器单元(DigitizerUnit)”来指代。它们通过有线网络(例如，四导线线路)来互连，对来自传感器组的模拟信号执行模拟数字转换，并且经由中间收集装置2(也使用术语“集中器装置”来指代)，将所得的数字地震波数据发送到中央记录系统1(也使用术语“中央数据处理单元”来指代)。中央记录系统1通常位于操测车上。采集装置3还执行其他功能，尤其是：与中央记录系统1同步；处理地震波信号以及与数字网络接口连接(即，将地震波数据转移到中央记录系统1，对接收自中央记录系统1的命令进行接收和处理)。图2示意性地示出了根据第二种已知解决方案的地震波数据采集系统，所述第二种已知解决方案基于数字传感器20的使用。相同元件用相同的数字参考符号表示。数字传感器20通常使用术语“数字单元(DigitalUnit)”来指代。每个数字单元包括作为微机器加速度计(也使用术语“基于MEMS的加速度计”来指代，MEMS为“微电子机械系统”的首字母缩略词)的传感器。与图1相比，各数字单元代替了采集装置3以及经由双导线线路5而连接到所述采集装置的一(多)束模拟传感器4。如图1中的采集装置3，数字单元20通过有线网络(例如，四导线线路)而互连并且经由中间收集装置2而将数字地震波数据发送到中央记录系统1。在一个已知的替代性实施例中，采集装置3或数字传感器20使用无线网络来与中间收集装置2和/或中央记录系统1进行通信。在另一个已知的替代性实施例中，所使用的采集装置3或数字传感器20具有足够用于随后的地震波数据收集的存储容量。这些数字传感器提供了优于模拟传感器的优点(尤其是在带宽和灵敏度稳定性方面)。然而，如果想要通过采集线路(每个采集线路均连接到中间收集装置2)用大量数字传感器(例如，数千个数字传感器，因此有数千个数字单元20)进行采集，那么图2的解决方案不是最佳的。实际上，在这种情况下，一条采集线路中的所有数字单元均串联，这需要各数字单元的稳健性(在质量设计和制造方面，这是昂贵的)。此外，图2的解决方案无法在同一采集线路上具有多个传感器串(不同于图1中具有多串模拟听地器的解决方案)。然而，使用一串数字听地器是有优点的，尤其是：●测量值的较高保真度和稳定性；以及●一串模拟听地器所给出的测量值为多个测量的平均值，而一串N个数字听地器则给出N个测量值。使用这N个测量值可以进行更有效的空间滤波(这N个测量值的组合)。至少出于这些原因，以及出于成本原因，专利技术人总结出：使用被充分证明的、包括双导线线路5(即，串中的线缆)和相关连接器63、64、外罩61以及外壳62的串技术(见图6)，来实施多串数字传感器是令人感兴趣的。在特定实施例中，所提出的解决方案还应允许只将一个数字传感器经由双导线线路而连接到采集装置(即，根据总线拓扑，也称为分支拓扑的连接)。不幸的是，目前不存在如上所述将串和数字传感器的理念组合起来的解决方案。换句话说，通过在模拟传感器的机械外壳(或匣)62中用数字传感器代替这些模拟传感器来使用串中现有的线缆(双导线线路5)，在目前是不可能的。如上所述，模拟传感器的该机械外壳62带机械公差地被插入外罩61(一般由塑料制成)内，该外罩的形状取决于调查区域的类型(沼泽、陆地等)。需注意，在本专利技术被作出时，对于所属领域的技术人员而言，难以发现一种技术方案能够使用通常用于连接一个或多个模拟传感器的双导线线路(它还为质量差的线缆)，来将一个或多个数字传感器和采集装置连接在一起。实际上，给定的数字单元经由质量好的(并且因此昂贵的)两对线路的线缆而连接到另一个数字单元，通过该线缆：●给定的数字单元(从两个对的中点)接收电力，所述电力具体来说由给定的数字单元中所包含的数字传感器(基于MEMS的加速度计)使用；●这两对连接到数字单元并且用于全双工模式中：一对作为命令和同步(采样时钟)的输入端；一对作为由给定的数字单元中包含的数字传感器(例如，基于MEMS的加速度计)所获得的地震波数据的输出端(这些地震波数据最终用于中央记录系统1)；●给定的数字单元接收采样时钟(为各个数字单元中包含的所有数字传感器所共有)，所述采样时钟由给定的数字单元中所包含的数字传感器(基于MEMS的加速度计)使用。原始的采样时钟为中央记录系统1中含有的高精度时钟(例如，石英振荡器)。所述数字单元是通过用低相位噪声模拟锁相环(PLL)来从这些数据中提取采样时钟而与频率有关的。低相位噪声必须实现加速度计的超低噪声规定。为了用该PLL来实现低相位噪声，需要在输入对上一直有数据，以便处于全双工模式。实际上，没有数据馈送到PLL中的时间段，将导致PLL漂移和相位噪声。这就是使用该PLL必须使用两对的原因。●给定的数字单元至少发送由给定的数字单元中包含的数字传感器(基于MEMS的加速度计)所获得的质量控制数据或地震波数据(这些地震波数据或质量控制数据最终用于中央记录系统1)；●给定的数字单元接收(中央记录系统1发送到给定的数字单元的)命令数据。重要的是注意，所属领域的技术人员面临以下困境：数字传感器将经由质量差的(低成本的)标准听地器线缆(即，双导线线路)来接收采样时钟。但实际上，这是不可能的。实际上，线路上的噪声不允许这样做。更确切地说，在由PLL恢复之后，该线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于经由双导线线路(5)而连接到采集装置(30)的地震波传感器(31)，所述采集装置采集由所述地震波传感器提供的地震波数据并且将所述地震波数据传输到中央记录系统(1)或传输到中间收集装置(2)，其特征在于所述地震波传感器为数字地震波传感器，其包括：提供所述地震波数据的数字传感构件(311)；将采样频率提供给所述数字传感构件的本地采样时钟(317)；接收构件(313)，用于经由所述双导线线路而接收同步信息，所述同步信息提供准确的定时信息，从而实现地震波传感器同步；补偿构件(312)，用于根据所述同步信息来补偿所述本地采样时钟的漂移；接收构件(313)，用于经由所述双导线线路而接收来自所述采集装置的命令数据；传输构件(314)，用于经由所述双导线线路而向所述采集装置传输地震波数据；驱动构件(312)，用于根据所述双导线线路上的半双工传输协议并且使用从接收到的命令数据中提取的传输时钟，来驱动用于接收命令数据的所述构件以及用于传输地震波数据的所述构件；接收构件(315)，用于在所述双导线线路上接收电力；以及耦合构件(318)，用于将用于接收命令数据的所述构件、用于传输地震波数据的所述构件以及用于接收电力的所述构件耦合到所述双导线线路上。...

【技术特征摘要】
2012.06.19 EP 12172569.11.一种适于经由双导线线路(5)而连接到采集装置(30)的地震波传感器(31)，所述采集装置采集由所述地震波传感器提供的地震波数据并且将所述地震波数据传输到中央记录系统(1)或传输到中间收集装置(2)，其特征在于所述地震波传感器为数字地震波传感器，其包括：提供所述地震波数据的数字传感构件(311)；将采样频率提供给所述数字传感构件的本地采样时钟(317)；接收构件(313)，用于经由所述双导线线路而接收同步信息，所述同步信息提供准确的定时信息，从而实现地震波传感器同步；补偿构件(312)，用于根据所述同步信息来补偿所述本地采样时钟的漂移；接收构件(313)，用于经由所述双导线线路而接收来自所述采集装置的命令数据；传输构件(314)，用于经由所述双导线线路而向所述采集装置传输地震波数据；驱动构件(312)，用于根据所述双导线线路上的半双工传输协议并且使用从接收到的命令数据中提取的传输时钟，来驱动用于接收命令数据的所述构件以及用于传输地震波数据的所述构件；接收构件(315)，用于在所述双导线线路上接收电力；以及耦合构件(318)，用于将用于接收命令数据的所述构件、用于传输地震波数据的所述构件以及用于接收电力的所述构件耦合到所述双导线线路上。2.根据权利要求1所述的地震波传感器，其特征在于所述耦合构件适用于根据总线拓扑而连接到所述双导线线路的连接。3.根据权利要求1或2所述的地震波传感器，其特征在于所述数字传感构件包括在所述本地采样时钟所提供的所述采样频率下对数据进行采样的模拟/数字转换器，从而提供具有由所述本地采样时钟提供的时间的、一系列被采样的且有日期的地震波数据，并且特征在于用于补偿所述本地采样时钟的漂移的所述构件包括：用于测量所述本地采样时钟的频率误差的计时模块，所述计时模块能够使所述本地采样时钟符合所述同步信息；以及用于根据测定的频率误差来修正所述被采样的且有日期的地震波数据的再采样模块。4.根据权利要求1或2所述的地震波传感器，其特征在于所述地震波传感器包括全数字延迟锁定环(316)，用于从接收到的命令数据中提取所述传输时钟。5.根据权利要求1或2所述的地震波传感器，其特征在于所述数字传感构件属于包括以下项的群组：基于MEMS的加速度计、基于MEMS的速度计以及与模拟/数字转换器整合的模拟听地器。6.根据权利要求1或2所述的地震波传感器，其特征在于所述数字传感构件为单组件传感器。7.根据权利要求1或2所述的地震波传感器，其特征在于所述数字传感构件为三组件传感器。8.一种地震波传感器串，所述地震波传感器串包括连接到双导线线路(5)的多个地震波传感器(31)，所述双导线线路适于连接到采集装置(30)，所述采集装置采集由所述多个地震波传感器提供的地...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·潘尼科，杰罗姆·莱恩，雅克·哈蒙，
申请(专利权)人：瑟塞尔公司，
类型：发明
国别省市：