a
48
分布式地震数据采集系统需要解决的几个问题
与可控震源配套需增加实时相关功能
▪当前采用事后相关的方法，采集之后 传送给主机，在主机内相关，时间长。
▪德国的SUMMIT相关由于容量小，高频 采样时（采样间隔为1/4ms）难以突破
2s
▪解决办法：采用DSP技术或增加模拟相 关器
a
49
分布式地震数据采集系统需要解决的几个问题
人工 锤击
炸药
a
可控 震源
5
激励 源 激励
源
大线
地震仪 子站
检波 器 通讯线
主控站
检波 器
a
6
分布式地震仪的优越性
集中式地震仪 VS 分布式地震仪
• 模拟传输，易受干扰 • 多道共用A/D，采样
率和道数受限制 • 扩展困难
• 数字传输，抗干扰 能力强
• 道数多，采样率高 • 采集站道数可选，
扩展方便
a
23
数据采集模块设计
有、无检波器两种情况下的测试曲线
a
24
a
25
数据传输模块设计
OSI参考模型
简化模型
应用层 表示层 会话层 传输层
应用层
网络层
数据链路层
数据链路层
物理层
物理层
a
26
数据传输模块设计
物理层设计
物理层定义了基本连接的机械和电气特性，它负
责从其上层获得数据并将数据转化为在通信链路上可 以传输的格式。
❖物理层协议
▪线路配置标准：共享式总线 ▪数据通信模式：双向、同步、半双工 ▪网络拓扑结构：主从式 ▪信号传输方式：平衡传输（RS485规范） ▪编码方式：差分曼彻斯特编码 ▪传输介质：双芯电缆
a
27
数据传输模块设计
数据链路层设计
数据帧格式
命令帧格式
用户层设计
测控软件
a
28
数据传输模块设计 数据通信控制器设计
a
7
自行研制的分布式地震仪样机
a
8
a
9
总体方案设计
分两 布项 式关 地键 震技 仪术 中 的
24位Delta-Sigma技术
有线传输技术
数据传输技术 无线传输技术
集中回收技术
a
10
总体方案设计
分应 布考 式虑 地的 震几 仪个 设问 计题 中
机械物理 特性方面
工作温度范围宽； 抗震性能好； 密封性好， 具有良好的防尘、防水
数据采集模块设计
CS5396数据输出格式
数据格式一
数据格式二
a
18
数据采集模块设计
CS5396接口电路功能框图
a
19
数据采集模块设计
串并转换电路功能框图及时序图
a
20
数据采集模块设计
串并转换电路时序图
a
21
数据采集模块设计
采集触发电路
a
22
数据采集模块设计
系统测试电路
低频（0.01-100Hz）检波器的研制 ▪美国实施USArray计划 ▪解决地球深部探测问题 ▪国内当前的检波器最底达1Hz（重庆地 质仪器厂）
▪是否可以利用光纤检波器？
a
54
数据线 地址线
控制 逻辑
发送 模块
接收 模块
通
485
信
接口 总
线
a
29
0 10 1 0 0 1 1 1
曼彻斯特编码及差分曼彻斯特编码 示意图
a
30
数据传输模块设计
发送模块设计
a
31
数据传输模块设计
接收模块设计
串行 数据 接收 时钟
帧 检 测
串/并 转换
解码 电路
数字锁相环
恢复时钟
数据 输出
a
32
多分量接收需增加每个采集站的道数
▪ 采用多通道的A/D，目前已有8通道的 单片24位A/D ▪增加内存 ▪研究数据压缩算法 ▪提高数据传输能力
a
50
分布式地震数据采集系统需要解决的几个问题
从有线传输到无线传输的转换 ▪ 研究近距离的无线通讯模块（用于城 市等浅层探测，数百米通讯距离） ▪提高通讯速率
a
1
震源
t0 t
激励源
t0 t1 t2 t3
传感器1 传感器2 传感器3 地表
地层介质1
地层介质2 地层介质3 地层介质4
a
地震仪
数据采集 与处理单元
传感器 传感器n
G1 g2 g3 g4 … g21 g22 g23 g24
2
地下探测成像示意图
a
3
PHVS-1000型可控震源系统
a
4
天然 地震
a
51
分布式地震数据采集系统需要解决的几个问题
宽频长时的分布式记录仪
▪高精度时钟（精度要求为0.1ppm） ▪长时间记录的海量数据存储（野外工 作半年到一年） ▪低功耗 ▪电源能量的自动补给
a
52
目标系统
野外工作方式 不用连线
美国研制的分布式野外宽频
地震记录仪
a
53
分布式地震数据采集系统需要解决的几个问题
采集单元功能框图
a
13
总体方案设计
EPP通信适配器功能框图
RS
485 总 线
RS485 接口 芯片
CPLD
EPP
EPP
并
接口
行
口
电源模块
状
态
指
电池
电源模块 MPU
示
充电模块
a
14
a
15
数据采集模块设计
数据采集模块功能框图
检
模拟
波
器
前放
测试 电路
24位
CPLD SRAM
A/D
MPU
a
16
数据采集模块设计
充电
唤醒电路 电源2 充 AVR
电源1 电池组 电
模拟
模拟
正电源 负电源
数字 电源
a
43
a
44
软件设计及测试结果
主机测控软件框图
a
45
从机测控软件框图
a
46
上电复位
从
初始化
机
软
等待主机
件
指令
流 程
命令解释
图
合法命令？ 否
是
处理命令
a
47
分布式地震数据采集系统需 要解决的几个问题
▪与可控震源配套需增加实时相关功能 ▪ 多分量接收需增加每个采集站的道数 ▪ 从有线传输到无线传输的转换 ▪ 宽频长时的分布式记录仪 ▪低频（0.01-100Hz）检波器的研制
电气 性能方面
a
功耗低； 具备足够高的数传速率； 信号输入通道 具有过压保护电路； 系统动态范围大； 系统具有自我诊断测试能力 并具备一定的容错能力； 输入阻抗高。
11
总体方案设计
系统总体设计方案
主控PC
EPP通信 适配器
终端 匹配电阻
触发 单元
采集 单元
终端 匹配电阻
采集 单元
a
12
总体方案设计
同步串行通信中收发同步的建立过程
a
33
数据传输模块设计
数字锁相环功能框图
a
34
数据传输模块设计
数字锁相环状态转换图
a
35
数据传输模块设计
差分曼彻斯特解码电路
a
36
数据传输模块设计
EPP通信适配器
a
37
EPP地址写周期
a
38
地址读周期
a
39
数据写周期
a
40
数据读周期
a
41
a
42
电 源通 管讯 理 模 块 框 图