專利名稱：用于地球物理探測(cè)的地震信號(hào)采集傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地球物理勘探領(lǐng)域，特別是一種用于地球物理探測(cè)的地震信號(hào)采集傳輸裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)在海洋油氣田勘探中應(yīng)用的地震數(shù)據(jù)采集與記錄系統(tǒng)全部是從國(guó)外進(jìn)口的設(shè)備，如美國(guó)I/O公司的MSX系統(tǒng)，法國(guó)SERCEL公司的SYNTRAK960系統(tǒng)等儀器設(shè)備，該類儀器都是基于傳統(tǒng)的工業(yè)計(jì)算機(jī)VME總線結(jié)構(gòu)，體積較大，技術(shù)相對(duì)落后，采集數(shù)據(jù)量小， 傳輸速度慢?，F(xiàn)有的一些地震采集系統(tǒng)的采集節(jié)點(diǎn)支持的采集通道數(shù)少，如目前法國(guó)SERCEL 公司開發(fā)的408UL系統(tǒng)中一個(gè)采集節(jié)點(diǎn)只能采集一個(gè)通道的數(shù)據(jù)，這樣導(dǎo)致在同樣通道數(shù)的系統(tǒng)下，需要更多的采集節(jié)點(diǎn)，從而使系統(tǒng)的可靠性降低，且系統(tǒng)的成本很高。中國(guó)科技大學(xué)設(shè)計(jì)的采集板中將下行命令線、電源線和同步采集時(shí)鐘線分開傳輸，這樣就會(huì)使系統(tǒng)內(nèi)傳輸線多，系統(tǒng)體積大；此外，他們采用光纖作為傳輸介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)采集節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的傳輸，雖然能帶來傳輸容量增大的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也帶來兩個(gè)方面的缺點(diǎn)一方面光纖容易折斷，使得系統(tǒng)的故障率高，系統(tǒng)可靠性降低；另一方面光電收發(fā)模塊體積大，散熱量大，成本高，不利于探測(cè)纜的小型化(見文獻(xiàn)[1]王超，宋克柱，唐進(jìn).高性能水下地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版).2007，37(1) :168-172) 0中國(guó)專利公開號(hào)CN1289921C，
公開日2006年12月13日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為分布式海洋地震勘探拖纜，該申請(qǐng)案公開了一種拖曳式海洋地震勘探拖纜。其不足這處是采集和傳輸節(jié)點(diǎn)分開，帶來系統(tǒng)的體積增大；且每個(gè)采集節(jié)點(diǎn)也只能采集4個(gè)通道的地震信號(hào)， 采集通道的集成度也不高，系統(tǒng)體積龐大。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，(1)采用鏈路復(fù)用技術(shù)，提供一種將命令、電源和同步采集時(shí)鐘三種信號(hào)僅通過一對(duì)傳輸雙絞線實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳輸?shù)牟杉瘋鬏敼?jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)傳輸線的高效利用；(2)提供一種能高精度同步采集16個(gè)通道地震數(shù)據(jù)的采集傳輸節(jié)點(diǎn)；(3)提供一種能高速可靠傳輸大容量地震數(shù)據(jù)的采集傳輸節(jié)點(diǎn)；(4)提供一種體積小，集成度高，能同時(shí)完成16個(gè)通道地震數(shù)據(jù)的采集及傳輸?shù)牡卣饠?shù)據(jù)采集傳輸節(jié)點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn))。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，用于地球物理探測(cè)的地震信號(hào)采集傳輸裝置，結(jié)構(gòu)為在所述裝置即節(jié)點(diǎn)的雙絞線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式是同步信息被周期性的插入到命令信息中，傳輸?shù)拇a型均為三階高密度雙極性碼 HDB3碼，同步信息和命令信息經(jīng)接收變壓器2耦合后，首先經(jīng)信號(hào)均衡器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大增強(qiáng)處理，然后一方面經(jīng)過單雙變換及整形模塊進(jìn)行雙極性碼HDB3碼到單極性碼NRZ碼的變換，以使雙極性碼變?yōu)镹RZ碼，供FGPA內(nèi)部模塊處理；另一方面被傳送到位同步時(shí)鐘提取
3器進(jìn)行位同步定時(shí)時(shí)鐘的提?。凰鲛D(zhuǎn)發(fā)器7在位同步時(shí)鐘的控制下，將命令信息和同步信息發(fā)送到幅度補(bǔ)償及單雙變換模塊；單雙變換模塊將接收到的信號(hào)進(jìn)行單極性碼NRZ碼到雙極性碼(HDB3碼)的轉(zhuǎn)換后，經(jīng)發(fā)送變壓器9耦合到雙絞線上，向下一級(jí)節(jié)點(diǎn)傳輸；采集時(shí)鐘提取模塊在所述提取出的位同步時(shí)鐘的定時(shí)下對(duì)接收到的同步信息進(jìn)行解碼，并將解碼出的采集時(shí)鐘傳輸?shù)芥i相環(huán)電路；命令解碼模塊在所述提取出的位同步時(shí)鐘的定時(shí)下對(duì)接收到的命令信息進(jìn)行解碼，并將相應(yīng)命令信息傳送到節(jié)點(diǎn)主控制器；主電源經(jīng)雙絞線后到達(dá)接收變壓器，再經(jīng)接收變壓器輸入端的中心抽頭取出，經(jīng)電源模塊轉(zhuǎn)換成所需直流電壓，另一方面，主電源經(jīng)傳輸線連接到發(fā)送變壓器輸出端的中心抽頭上，并經(jīng)雙絞線傳輸?shù)较乱粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，為下一個(gè)節(jié)點(diǎn)提供主電源；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，每個(gè)是有8個(gè)輸入通道且高度集成的M位 Δ-Σ ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，用兩個(gè)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)16個(gè)通道地震信號(hào)的轉(zhuǎn)換、濾波與抽取過程，16個(gè)傳感器等分為兩組，每組中的每個(gè)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)分別通過前置放大器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、增益調(diào)節(jié)電路、信號(hào)調(diào)理電路后被傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的一個(gè)通道中，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)組幀器后被傳送到數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器；增益及自檢控制器，一方面分別連接節(jié)點(diǎn)主控制器、信號(hào)調(diào)理電路，在控制命令的控制下實(shí)現(xiàn)放大增益的調(diào)節(jié)；另一方面分別連接節(jié)點(diǎn)主控制器、用于自檢的DAC電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，在控制命令的控制下實(shí)現(xiàn)自檢功能；從傳感器輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入之間全部采用差分的形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和傳輸；PECL均衡芯片、串并轉(zhuǎn)換用于將來自下一相鄰節(jié)點(diǎn)的高速低壓差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)后傳至數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器；并串轉(zhuǎn)換用于將從數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器輸出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高速的低壓差分信號(hào)并傳至PECL驅(qū)動(dòng)芯片，然后傳輸?shù)缴弦粋€(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)；位同步時(shí)鐘提取器、轉(zhuǎn)發(fā)器、采集時(shí)鐘提取模塊、命令解碼模塊、節(jié)點(diǎn)主控制器、增益及自檢控制器、數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器、數(shù)據(jù)組幀器在一片F(xiàn)PGA芯片上實(shí)現(xiàn)。鎖相環(huán)電路中鑒頻鑒相器PFD、比例積分濾波器、晶體壓控振蕩器VCTCXO依次串接，采用鑒頻鑒相器PFD提高相位的捕獲能力；采用具有高直流增益的比例積分濾波器，使鎖相環(huán)具有在任何條件下均能從失鎖狀態(tài)恢復(fù)到鎖定狀態(tài)的能力，提高鎖相環(huán)工作的可靠性；采用具有溫度補(bǔ)償?shù)木w壓控振蕩器VCTCXO保證鎖相環(huán)路的高穩(wěn)定性和低相位噪聲， 提高鎖相環(huán)路的同步精度。本發(fā)明具有如下特點(diǎn)(1)通過獨(dú)特的變壓器傳輸結(jié)構(gòu)及鏈路復(fù)用技術(shù)，將命令信息、采集時(shí)鐘信息和節(jié)點(diǎn)供電主電源三種信號(hào)僅通過一對(duì)雙絞線同時(shí)傳輸，減小了系統(tǒng)中傳輸線的數(shù)量，從而減小了系統(tǒng)的總重量和體積，提高了硬件利用率，利于系統(tǒng)的進(jìn)一步集成與小型化；(2)通過高精度和高穩(wěn)定度的鎖相環(huán)模塊與兩片集成度高的ADC芯片的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)節(jié)點(diǎn)能高精度同步采集16個(gè)通道的地震信號(hào)；(3)將低壓差分技術(shù)與PECL驅(qū)動(dòng)均衡技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了地震數(shù)據(jù)的大容量高速可靠傳輸，克服了現(xiàn)有進(jìn)口儀器中數(shù)據(jù)傳輸速率低的缺點(diǎn)，并克服了國(guó)內(nèi)技術(shù)中光纖介質(zhì)容易折斷，故障率高，體積大，散熱量大，成本高的缺點(diǎn)；
(4)將16個(gè)通道地震信號(hào)的轉(zhuǎn)換、濾波與抽取通過兩片具有高集成度的M位 Δ-Σ ADC芯片實(shí)現(xiàn)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中地震信號(hào)的轉(zhuǎn)換、濾波與抽取采用分立元件實(shí)現(xiàn)時(shí)易引入電磁干擾、采集電路部分元器件多、體積大的缺點(diǎn)。


圖1示出本發(fā)明采集傳輸節(jié)點(diǎn)的主要功能框圖。圖2示出本發(fā)明中采集傳輸節(jié)點(diǎn)的雙絞線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式圖。圖3示出本發(fā)明中表明鎖相環(huán)同步精度的波形圖。圖1中1為一對(duì)差分雙絞線；2為接收變壓器；3為雙單變換及整形模塊；4為電源模塊；5為信號(hào)均衡器；6為位同步時(shí)鐘提取器；7為轉(zhuǎn)發(fā)器；8為單雙變換模塊；9為發(fā)送變壓器；10為幅度補(bǔ)償器；11為命令解碼模塊；12為采集時(shí)鐘提取模塊；13為節(jié)點(diǎn)主控制器；14為一對(duì)差分雙絞線；15為PECL驅(qū)動(dòng)芯片；16為并串轉(zhuǎn)換模塊；17為數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器；18為串并轉(zhuǎn)換模塊；19為PECL均衡芯片；20為一對(duì)差分雙絞線；21為增益及自檢控制器；22為DAC電路；23為數(shù)據(jù)組幀器；對(duì)為鑒相器；25為環(huán)路濾波器J6為壓控振蕩器；27 為ADC 2 ;觀這々00 1 ；四為鎖相環(huán)；30為信號(hào)調(diào)理電路；31為多路轉(zhuǎn)換開關(guān)；32為傳感器； 33為電源傳輸線；34為一對(duì)差分雙絞線；35為控制多路轉(zhuǎn)換開關(guān)31進(jìn)行切換的控制線。圖2中36為數(shù)據(jù)格式；37為同步信息；38為命令信息。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是(1)克服現(xiàn)有技術(shù)中命令線、電源線和同步采集時(shí)鐘線分開傳輸硬件開銷大、傳輸線利用率低、而使系統(tǒng)體積大的缺點(diǎn)，提供一種將命令、 電源和同步采集時(shí)鐘三種信號(hào)僅通過一對(duì)雙絞傳輸線來實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳輸?shù)牟杉瘋鬏敼?jié)點(diǎn)； (2)克服現(xiàn)有技術(shù)中一個(gè)采集節(jié)點(diǎn)只能采集幾個(gè)通道數(shù)據(jù)的限制，提供一種能同步采集16 個(gè)通道地震數(shù)據(jù)的采集傳輸節(jié)點(diǎn)；C3)克服現(xiàn)有進(jìn)口儀器中數(shù)據(jù)傳輸速率低的缺點(diǎn)，和克服國(guó)內(nèi)技術(shù)中光纖介質(zhì)容易折斷，故障率高，體積大，散熱量大，成本高的缺點(diǎn)，提供一種能高速可靠傳輸大容量地震數(shù)據(jù)的采集傳輸節(jié)點(diǎn)；(4)克服現(xiàn)有技術(shù)中采集電路集成度低的缺點(diǎn)，提供一種體積小，集成度高，能同時(shí)完成16個(gè)通道地震數(shù)據(jù)的采集及傳輸?shù)牡卣饠?shù)據(jù)采集傳輸節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明中所述采集傳輸節(jié)點(diǎn)是指既具有地震數(shù)據(jù)的采集功能，又具有地震數(shù)據(jù)的傳輸功能，即集地震數(shù)據(jù)的采集和傳輸于一體的節(jié)點(diǎn)，以下簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)。進(jìn)一步，本發(fā)明的下行命令和采集時(shí)鐘采用自同步的同步傳輸方式。進(jìn)一步，本發(fā)明中所述的采集時(shí)鐘是指用于所有模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘，它通常與地震信號(hào)的采樣率成比例關(guān)系。進(jìn)一步，在本發(fā)明中，下行命令和采集時(shí)鐘使用同一對(duì)雙絞線傳輸，且采用三階高密度雙極性碼(HDB3碼)結(jié)合自同步的方式實(shí)現(xiàn)命令及采集時(shí)鐘的傳輸與轉(zhuǎn)發(fā)。進(jìn)一步，在本發(fā)明中，一對(duì)雙絞線承載著上一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)，它能同時(shí)傳輸下行命令、采集時(shí)鐘和節(jié)點(diǎn)的主電源。其中，下行命令和采集時(shí)鐘通過一個(gè)接收變壓器耦合到節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)再將下行命令和同步采集時(shí)鐘通過一個(gè)發(fā)送變壓器耦合到另一對(duì)雙絞線上向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸；節(jié)點(diǎn)從接收變壓器的中心抽頭取出主電源電壓，經(jīng)電源模塊變換后為自身工作提供電能；同時(shí)主電源電壓再經(jīng)一根傳輸線連接到發(fā)送變壓器的中心抽頭，通過另一對(duì)雙絞線向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸，以便為下一個(gè)節(jié)點(diǎn)提供主電源。進(jìn)一步，本發(fā)明信號(hào)均衡器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大增強(qiáng)處理，然后再經(jīng)過雙單變換及整形電路將雙極性信號(hào)變換成噪聲小的單極性信號(hào)。進(jìn)一步，本發(fā)明采用幅度補(bǔ)償電路對(duì)被轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)進(jìn)行放大增強(qiáng)處理，然后再經(jīng)單雙變換電路將單極性信號(hào)變換成雙極性信號(hào)發(fā)送出去。進(jìn)一步，本發(fā)明通過在下行傳輸線上周期性的插入同步幀的方法為節(jié)點(diǎn)提供地震信號(hào)的采集時(shí)鐘。進(jìn)一步，在本發(fā)明中，一個(gè)具有高穩(wěn)定度和高精度的鎖相環(huán)電路被設(shè)計(jì)，并將此鎖相環(huán)電路與兩片高集成度的M位Δ - Σ ADC芯片相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了 16通道地震數(shù)據(jù)的高精度同步采集，其中每片24位Δ - Σ ADC芯片能同時(shí)實(shí)現(xiàn)8路信號(hào)的轉(zhuǎn)換。進(jìn)一步，本發(fā)明中，增益控制及自檢器一方面結(jié)合DAC電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的自檢功能；另一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)調(diào)理電路增益的控制。進(jìn)一步，本發(fā)明采用低壓差分高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，并結(jié)合8Β/10Β編碼實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的高速大容量可靠傳輸。本發(fā)明具有下述特點(diǎn)(1)通過獨(dú)特的變壓器傳輸結(jié)構(gòu)，采用鏈路復(fù)用技術(shù)，將命令信息、采集時(shí)鐘信息和節(jié)點(diǎn)供電主電源三種信號(hào)僅通過一對(duì)雙絞線實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳輸，減小了系統(tǒng)中傳輸線的數(shù)量，從而減小了系統(tǒng)的總重量和體積，提高了硬件利用率，利于系統(tǒng)的進(jìn)一步集成與小型化；(2)通過高精度和高穩(wěn)定度的鎖相環(huán)模塊與兩片集成度高的ADC芯片的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)節(jié)點(diǎn)能高精度同步采集16個(gè)通道的地震信號(hào)；C3)將低壓差分技術(shù)與PECL驅(qū)動(dòng)均衡技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了地震數(shù)據(jù)的大容量高速可靠傳輸，克服了現(xiàn)有進(jìn)口儀器中數(shù)據(jù)傳輸速率低的缺點(diǎn)，并克服了國(guó)內(nèi)技術(shù)中光纖介質(zhì)容易折斷，故障率高，體積大， 散熱量大，成本高的缺點(diǎn)；(4)將16個(gè)通道地震信號(hào)的轉(zhuǎn)換、濾波與抽取通過兩片具有高集成度的24位Δ - Σ ADC芯片實(shí)現(xiàn)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中地震信號(hào)的轉(zhuǎn)換、濾波與抽取采用分立元件實(shí)現(xiàn)時(shí)易引入電磁干擾、采集電路部分元器件多、體積大的缺點(diǎn)。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。第一步命令和同步采集時(shí)鐘信息的再傳輸及解碼過程。本發(fā)明中所述的采集時(shí)鐘是指用于系統(tǒng)中所有模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘，它的時(shí)鐘頻率fl = 1/T1，如圖2所示，它通常與地震信號(hào)的采樣率成比例關(guān)系。在節(jié)點(diǎn)間通過一對(duì)差分雙絞線采用自同步的傳輸方式實(shí)現(xiàn)下行命令和采集時(shí)鐘的同時(shí)傳輸，其中雙絞線1和雙絞線；34上傳輸?shù)拇a型均為三階高密度雙極性碼(HDB3碼)。 在節(jié)點(diǎn)的雙絞線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式36參見圖2所示，同步信息(即采集時(shí)鐘信息)37被周期性的插入到命令信息38中。同步信息37和命令信息38經(jīng)接收變壓器2耦合后，首先經(jīng)信號(hào)均衡器5對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大增強(qiáng)處理，然后一方面經(jīng)過單雙變換及整形模塊3進(jìn)行雙極性碼(HDB3碼)到單極性碼(NRZ碼)的變換，以使雙極性碼變?yōu)镹RZ碼，供FGPA內(nèi)部模塊處理；另一方面被傳送到位同步時(shí)鐘提取模塊6進(jìn)行位同步定時(shí)時(shí)鐘的提取。所述轉(zhuǎn)發(fā)器7在位同步時(shí)鐘的控制下，將命令信息38和同步信息37發(fā)送到幅度補(bǔ)償10及單雙變換模塊8 ；單雙變換模塊8將接收到的信號(hào)進(jìn)行單極性碼(NRZ碼)到雙極性碼(HDB3碼)的轉(zhuǎn)換后，經(jīng)發(fā)送變壓器9耦合到雙絞線10上，向下一級(jí)節(jié)點(diǎn)傳輸。與上述過程同時(shí)，采集時(shí)鐘提取模塊12在所述提取出的位同步時(shí)鐘的定時(shí)下對(duì)接收到的同步信息37進(jìn)行解碼，并將解碼出的采集時(shí)鐘傳輸?shù)芥i相環(huán)電路四。與上述過程同時(shí)，命令解碼模塊11在所述提取出的位同步時(shí)鐘的定時(shí)下對(duì)接收到的命令信息37進(jìn)行解碼，并將相應(yīng)命令信息38傳送到節(jié)點(diǎn)主控制器13中。第二步節(jié)點(diǎn)電能的獲取與再傳輸過程。一方面，主電源經(jīng)雙絞線1后到達(dá)接收變壓器2，再經(jīng)接收變壓器2輸入端的中心抽頭取出，經(jīng)電源模塊4轉(zhuǎn)換成正負(fù)5V、正3. 3V、正2. 5V、正1. 2V電壓；其中，正負(fù)5V供采集電路部分的模擬電路使用，正5V、正3. 3V、正2. 5V、正1. 2V供采集及傳輸電路部分的數(shù)字電路使用。另一方面，主電源經(jīng)傳輸線5連接到發(fā)送變壓器9輸出端的中心抽頭上，并經(jīng)雙絞線10傳輸?shù)较乱粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，為下一個(gè)節(jié)點(diǎn)提供主電源。第三步16通道地震信號(hào)的放大與濾波。為了有效抑制模擬信號(hào)傳輸線路上的干擾，所述信號(hào)調(diào)理電路30采用全差分的信號(hào)放大及傳輸方式；它同時(shí)完成對(duì)地震信號(hào)的低切、高切濾波及具有極高共模抑制比的前置放大功能等。第四步程控增益調(diào)節(jié)和節(jié)點(diǎn)的自檢。本發(fā)明中，節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的下行命令，通過增益控制及自檢器21，一方面實(shí)現(xiàn) 16個(gè)采集通道程控增益放大器放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)，其中，程控增益放大器能實(shí)現(xiàn)的增益為 0dB、6dB、12dB、18dB、24dB、30dB、36dB ；另一方面，通過24位DAC電路22和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)31 的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)16通道地震信號(hào)采集通路的自檢功能。第五步16通道地震數(shù)據(jù)的高集成度高精度同步采集。本發(fā)明中，所述具有高穩(wěn)定度和高精度的鎖相環(huán)電路四由鑒頻鑒相器(PFD) 24、 環(huán)路濾波器25和高穩(wěn)定度的溫度補(bǔ)償晶體壓控振蕩器(VCTCXO) 26及ADC芯片觀組成；它能使16個(gè)通道的ADC在5ns的同步采集誤差范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度同步采集，其實(shí)際測(cè)量到的同步精度如圖3所示。本發(fā)明采用兩片高集成度的M位A-EADC芯片實(shí)現(xiàn)16通道地震數(shù)據(jù)的高精度同步采集，所述對(duì)位A-EADC芯片每片能同時(shí)采集8通道的地震數(shù)據(jù)，并能同時(shí)完成地震數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、濾波與抽取功能，具有集成度高，體積小，受電磁干擾小的優(yōu)點(diǎn)， 實(shí)現(xiàn)了低噪聲、高集成度，高效的數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換功能。第六步節(jié)點(diǎn)主控制器的功能。節(jié)點(diǎn)主控制器13接收來自命令解碼模塊11的命令，并控制和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)里所有過程的有序進(jìn)行，主要包括(1)控制系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)復(fù)位、開始采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行蜻M(jìn)行(2)協(xié)調(diào)系統(tǒng)采集電路部分增益的控制及節(jié)點(diǎn)功能自檢的進(jìn)行；C3)控制地震數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā)的順利進(jìn)行等。第七步地震數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)接口的設(shè)計(jì)。本發(fā)明中，地震數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā)采用PECL驅(qū)動(dòng)芯片15、PECL均衡芯片19并結(jié)合串并轉(zhuǎn)換18和并串轉(zhuǎn)換16，能實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的大容量高速可靠傳輸，目前已結(jié)題的系統(tǒng)在196Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率下能可靠穩(wěn)定的工作。所述串并轉(zhuǎn)換18用于將高速低壓差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)后傳至數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器17 ；所述并串轉(zhuǎn)換16用于將從數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器17輸出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高速的低壓差分信號(hào)并傳至PECL驅(qū)動(dòng)芯片15。第八步數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)的主要功能及工作過程。在頻率為f 1的采集時(shí)鐘的時(shí)序下，本節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)組幀器23將接收到的16通道的地震數(shù)據(jù)和自身節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)組裝成數(shù)據(jù)幀后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器17。數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器17—方面接收來自本節(jié)點(diǎn)中16通道的地震數(shù)據(jù)，另一方面接收下一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳來的地震數(shù)據(jù)。在頻率為Π的采集時(shí)鐘的時(shí)序下，數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器13 將接收到的承載有地震數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)幀以8Β/10Β的編碼方式傳輸?shù)缴弦粋€(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用于地球物理探測(cè)的地震信號(hào)采集傳輸裝置，結(jié)構(gòu)為在所述裝置即節(jié)點(diǎn)的雙絞線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式是同步信息被周期性的插入到命令信息中，傳輸?shù)拇a型均為三階高密度雙極性碼HDB3碼，同步信息和命令信息經(jīng)接收變壓器2耦合后，首先經(jīng)信號(hào)均衡器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大增強(qiáng)處理，然后一方面經(jīng)過單雙變換及整形模塊進(jìn)行雙極性碼HDB3碼到單極性碼NRZ碼的變換，以使雙極性碼變?yōu)镹RZ碼，供FGPA內(nèi)部模塊處理；另一方面被傳送到位同步時(shí)鐘提取器進(jìn)行位同步定時(shí)時(shí)鐘的提?。凰鲛D(zhuǎn)發(fā)器7在位同步時(shí)鐘的控制下，將命令信息和同步信息發(fā)送到幅度補(bǔ)償及單雙變換模塊；單雙變換模塊將接收到的信號(hào)進(jìn)行單極性碼NRZ碼到雙極性碼(HDB3碼)的轉(zhuǎn)換后，經(jīng)發(fā)送變壓器9耦合到雙絞線上，向下一級(jí)節(jié)點(diǎn)傳輸；采集時(shí)鐘提取模塊在所述提取出的位同步時(shí)鐘的定時(shí)下對(duì)接收到的同步信息進(jìn)行解碼，并將解碼出的采集時(shí)鐘傳輸?shù)芥i相環(huán)電路；命令解碼模塊在所述提取出的位同步時(shí)鐘的定時(shí)下對(duì)接收到的命令信息進(jìn)行解碼，并將相應(yīng)命令信息傳送到節(jié)點(diǎn)主控制器；主電源經(jīng)雙絞線后到達(dá)接收變壓器，再經(jīng)接收變壓器輸入端的中心抽頭取出，經(jīng)電源模塊轉(zhuǎn)換成所需直流電壓，另一方面，主電源經(jīng)傳輸線連接到發(fā)送變壓器輸出端的中心抽頭上，并經(jīng)雙絞線傳輸?shù)较乱粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，為下一個(gè)節(jié)點(diǎn)提供主電源；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，每個(gè)是有8個(gè)輸入通道且高度集成的M位Δ - Σ ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，用兩個(gè)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)16個(gè)通道地震信號(hào)的轉(zhuǎn)換、濾波與抽取過程，16個(gè)傳感器等分為兩組，每組中的每個(gè)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)分別通過前置放大器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、增益調(diào)節(jié)電路、信號(hào)調(diào)理電路后被傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的一個(gè)通道中，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)組幀器后被傳送到數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器；增益及自檢控制器，一方面分別連接節(jié)點(diǎn)主控制器、信號(hào)調(diào)理電路，在控制命令的控制下實(shí)現(xiàn)放大增益的調(diào)節(jié)；另一方面分別連接節(jié)點(diǎn)主控制器、用于自檢的DAC電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，在控制命令的控制下實(shí)現(xiàn)自檢功能；從傳感器輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入之間全部采用差分的形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和傳輸； PECL均衡芯片、串并轉(zhuǎn)換用于將來自下一相鄰節(jié)點(diǎn)的高速低壓差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)后傳至數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器；并串轉(zhuǎn)換用于將從數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器輸出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高速的低壓差分信號(hào)并傳至PECL驅(qū)動(dòng)芯片，然后傳輸?shù)缴弦粋€(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)；位同步時(shí)鐘提取器、轉(zhuǎn)發(fā)器、采集時(shí)鐘提取模塊、命令解碼模塊、節(jié)點(diǎn)主控制器、增益及自檢控制器、數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器、數(shù)據(jù)組幀器在一片F(xiàn)PGA芯片上實(shí)現(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征是，鎖相環(huán)電路中鑒頻鑒相器PFD、比例積分濾波器、 晶體壓控振蕩器VCTCXO依次串接，采用鑒頻鑒相器PFD提高相位的捕獲能力；采用具有高直流增益的比例積分濾波器，使鎖相環(huán)具有在任何條件下均能從失鎖狀態(tài)恢復(fù)到鎖定狀態(tài)的能力，提高鎖相環(huán)工作的可靠性；采用具有溫度補(bǔ)償?shù)木w壓控振蕩器VCTCM)保證鎖相環(huán)路的高穩(wěn)定性和低相位噪聲，提高鎖相環(huán)路的同步精度。
全文摘要
本發(fā)明屬于地球物理勘探領(lǐng)域。為提供一種能高速可靠傳輸大容量地震數(shù)據(jù)的采集傳輸節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，用于地球物理探測(cè)的地震信號(hào)采集傳輸裝置，結(jié)構(gòu)為在所述裝置即節(jié)點(diǎn)的雙絞線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式是同步信息被周期性的插入到命令信息中，此外還包括采集時(shí)鐘提取模塊、命令解碼模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、增益及自檢控制器位同步時(shí)鐘提取器、轉(zhuǎn)發(fā)器、采集時(shí)鐘提取模塊、命令解碼模塊、節(jié)點(diǎn)主控制器、增益及自檢控制器、數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)器、數(shù)據(jù)組幀器在一片F(xiàn)PGA芯片上實(shí)現(xiàn)。鎖相環(huán)電路中鑒頻鑒相器PFD、比例積分濾波器、晶體壓控振蕩器VCTCXO依次串接。本發(fā)明主要應(yīng)用于地球勘探。
文檔編號(hào)G01V1/22GK102436011SQ20111029950
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者何智剛, 華香凝, 常宗杰, 張超, 段發(fā)階, 蔣佳佳, 陳勁 申請(qǐng)人:天津大學(xué)