428XL地震数据采集站原理分析.doc

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1、428XL 地震数据采集站原理分析郭蓉郭丽马启哓(东方地球物理公司装备制造事业部西安物探装备分公司 陕西 西安)摘要 : 428XL 地震数据采集系统是目前较先进的常规地震数据采集系统之一 。采集站作为采集链的核心部件 ,具有地震数据采集 、数据预处理 、数据传输和管理等多项功能 。文章从 428XL 采集链 、采集站的硬件结构和功能入手 ,详细地分析了 428XL 采集站的工作原理 ,供 428XL 仪器用户作为使用和维修参考 。关 键 词 : 428XL ; 采集链 ; 采集站中图法分类号 : P631 . 4 + 32文章编号 : 100429134 (2009) 0320028203文

2、献标识码 : B从功能 。作为“主 LAU”时 “, 主 LAU”向采集链内各个FDU 发 送 控 制 指 令 , 启 动 采 集 和 测 试 。同 时 从 各 个FDU 回收状态信息和采集数据 ,并进行滤波和压缩数 据 ,或者直接计算出测试的结果 。“从 LAU”的一个重 要功能 ,是把收集并处理过的数据打包成帧 ,然后寻径 返回 ,最终到达主机 CM408 。引言0基于 408UL 地震数据采集系统设计基础 ,法国塞舍尔公司成功地推出了 428XL 新一代地震数据采集 系统 。428XL 地震数据采集系统道容量更大 、体积更 小 、质量更轻 、功耗更低 ,更适宜于各种复杂勘探地区 和复杂勘

3、探方法的需要 。同时 , 428XL 系统保持了同408UL 地面设备的兼容性 ,其系统设计使得数传速率 更高 ,并适合全数字地震检波器应用 。下面从 428XL 采集系统的采集链 ( 428Link) 和采集站 ( FDU428) 的硬 件原理结构以及技术性能着手 ,详细地分析地震数据 的采集及传输原理 ,使我们对其技术和设计原理有一个更深入的了解 。图 1 地震数据采集链传输框图此外 LAUL 还兼有电源站的功能 ,它把外接电瓶 的 12 V 电压变成 24 V 的一次电压 ,向采集链内各 FDU 供电 。1 . 2 采集链主要特性采集链分 为 标 准 型 ( ST + ) 和 防 水 型

4、 ( WPSR ) 两 种 ,直径分别为 6 . 5 mm 和 9 . 5 mm 。在两个 FDU 之 间 ,当数传输率为 8 Mbp s 时 ,标准型电缆最大长度可 达 110 m , 防水型电缆最大长度可达 90 m ; 而当数传输率为 16 Mbp s 时 ,标准型电缆最大长度可达 90 m , 防水型电缆最大长度可达 75 m 。在两个 LAU 之间 ,当 数传输率为 8 Mbp s 时 ,最大的采集道数是 60 道 ;而当1采集链( 428 L in k)采集链是将采集站 ( FDU ) 与数传电缆连接在一起 ,按一定的间隔连接一定数量的 FDU 。采集链的两头带 有 FM4 插 头

5、 , 与 LAUL ( 大 线 采 集 单 元 ) 或 者 LAUX (交叉站) 相连接1 。地震排列就是用采集链互 相连接而成的 。1 . 1 采集链的传输原理428XL 地震数据采集链传输框图如图 1 所示 。采 集链由若干个采集站和数传电缆串接而成 ,其长度和结构可以根据用户的要求进行设计2 。采集链中的数据传输是利用锁相环和时钟恢复技术完成的 。每个LAUL 同时具备发送和回收两种功能 ,即同时具有主 、数传输率为 16 Mbp s 时 ,最大的采集道数是 120 道2 。与 408 Link 相比较 , 428 Link 的结构采用的是整体式 ,缆线采用铸模技术将一个采集链道与道之间

6、的 缆线全部压接在一起 ;而 408 Link 的结构是分段式 ,第一作者简介 : 郭 蓉 ,女 ,1968 年生 ,工程师 ,1993 年毕业于西安交通大学工业自动化专业 。现在东方地球物理公司装备事业部西安物探装备分公司从事地震仪器生产测试 、维修和技术支持工作 。邮编 :710054缆线只是采用铸模技术将道与道之间缆线的两端分别压接起来 ,靠 FDU 把每段缆线连接起来 。当 408Link 与 408 Link 同时工作时 , 数传速率要由 16 . 384 Mbp s 降到 8 . 192 Mbp s 。采集站 FDU428 是装配在整体式的采集链上 , 每 一个 FDU 只用一个

7、O 型圈 ,而 FDU408 则需要三个 O型圈 ,并且 FDU408 上大的接地钢板也被采集链上一个面积只有小拇指大小的接地片所取代 , FDU428 的 接地卡子也更为纤细 ,只有 FDU408 的 1/ 2 宽度 ,因此 FDU428 的重量减轻了 18 % 。428 Link 一是便于生产厂家组装生产 ; 二是减少 了排列连接故障 ,极大地提高了系统的稳定性和可靠性 ,以及野外采集的生产效率 。不过传输缆线一经生产厂家制造出来 ,用户不能像 Link 408 一样随意改变 道距 。得到提高 ,最低供电电压降到了 22 V ,电源功耗减少了 16 % 。FDU428 将数传速率由 8 .

8、 192 Mbp s 提高到16 . 384 Mbp s ,是 FDU408 的两倍 ,从而允许 LAU 可以 管理更多的采集单元 。FD U428 的工作原理FDU428 的主要作用是把与 KCK2 插座相连的检 波器拾取的模拟信号数字化 。当 FDU428 检测到数传 “鬼对”电压时 ,随即被唤醒 ,并把来自检波器的模拟数 据转 换 成 数 字 数 据 , 发 送 到 从 LAUL - 428 或 者 从 LAUX - 428 进行处理 ,并送回到中心站 。FDU 的核心是基于 - 技术的 24 位转换器 ,其采样频率为 256 kHz 。256 kHz 的 1 bit 数据位流经 过滤波

9、和抽取 ,输出 24 位 4 kHz 子样数据2 。FDU428 主要功能如下 :(1) 接收来自主 LAU 的命令 ; (2) 重复大线上的数据包 ;(3) 数字化地震数据 ;(4) 采样传输到从 LAU ;(5) 对仪器和野外测试产生模拟信号 ;(6) 在 EEPROM 里存储 FDU428 地址 ( ID) ;(7 ) 通 过 L ED 闪 烁 代 码 告 知 FDU428 基 本 的 状 态 。注 :主 LAU 用于激活和控制一个地震排列 。从 LAU 接受和处理地震排列中 FDUs 的数据 。3 . 1FD U428 主要功能模块3FD U 428 采集站采集链上的核心部件是被称为

10、FDU428 的单站单 道采集站 ,其关键技术是 - 24 位 ADC3 、4 。FDU 内部只有一块高度集成的电路板 ,外壳上安装有连接 检波器串的插座 。防雷击器件 (避雷管) 安装在检波器 插头里以免 FDU 遭受雷击 。FDU 是全密封防水型的 , 标准形的采集链可在水下 1m 处工作 ; 而防水性的可 在水下 15 m 处工作 。同 FDU408 相比较 ,FDU428 一方面保留了原有的 输入 、输出接口 ,另一方面在结构 、重量 、体积 、传输速 度 、噪 声 控 制 等 方 面 都 做 了 很 大 改 进 。FDU428 与 FDU408 性能指标对比见表 1 。2FDU428

11、 电路板是由 POWER SUPPL Y、FDU INT 、FDU COM 、SIG D EL 、EEPROM 五 个 主 要 功 能 模 块 构成 ,如图 2 所示 。表 1 FD U428 与 FD U408 性能指标对比FDU408FDU428功耗工作电压/ (V CD)质量/ g140 mW120 mW (8 Mbp s) 132 mW (16 Mbp s)2250350450nV ( G1)145nV ( G2)130 dB2750415620nV ( G1)170nV ( G2)噪声 (3200 Hz)动态范围失真度 浸水深度- 110 dB- 15m ( WPSR) / - 1m

12、 ( ST + )图 2 FD U 428 框图(1) POWER SUPPL Y :产生直流 6 . 3 V 和 2 . 7 V 电 压 ,分别为 FDU 模拟电路和数字电路供电 。(2) FDU - INT :信号整形 ,两个锁相环供数据同步 传输 。FDU428 采用了最新一代的 DSP 处理器 , 在数据处理 、采样精度 、噪声处理 、模数转换方面较上一代产 品都有了实质性的提高 ,从表 1 中我们可以得知仪器的内部噪声在增益 G1 和 G2 时 分 别 降 低 了 37 %和17 % ;由于采用了最新的器件 ,供电部分电源转换效率(3) FDU - COM :管理 FDU 和 LAU

13、L 之间的通讯 。执行采样率从 256 kHz 到 4 kHz 的第一级分频 ,以及 其它管理功能 。(4) SIG D EL :把从检波器输入的模拟信号转换成256 kHz 的 1 bit 数 据 位 流 , 它 还 包 含 了 一 个 受 控 于LAUL 或者 LAUX 的模数转换器 DAC 。该 DAC 为野 外测试和仪器测试提供信号源 。(5) EEPROM :受 FDU - COM 管理 ,包括 FDU 的识别和校准参数 。3 . 2初始化预置当 FDU 428 加电后 ,它的初始化是分 4 个阶段自 行进行的 。(1) 时钟同步 : FDU - INT 里的锁相环电路工作 , 与

14、8 . 192 MHz 或者 16 . 384 MHz 时钟达到时钟数据同 步 。(2) 校准 : FDU - COM 检测数据的起始 , FDU428对命令加以解释 。(3) 取向设定 : FDU428 可以任意连接到排列的高 低端 ,在这个阶段内部自动取向 ,选择积极端还是消极 端 。(4) 初始化测试 : 检波器串的野外测试和仪器测 试 。3 . 3地震数据采集和传输模拟数据转换成为采样率为 0 . 25 ms 的 24 位 1 bit 数据位流 , 发送至大线管理部件 LAU428 , 在 LAU 进行抽取滤波 (线性相位或最小相位) 、分频 、压缩 ,最 后发送到 CM (中央记录单

15、元) 。如果数据需要第二级分频和滤波 , 那么它的最终处理工作是在 LAUL 428和 LAUX 428 内完成的 。 为了量化并传送大线上的白噪声 (即量化噪声) 数据 ,必须要有较好的同步功能插入 CRC ( 循环冗余码 校验) ,使得 LAU 能够检测任何传输故障 。3 . 4测试信号发生器信号发生器的功能是通过数 - 模转换器 DAC 来 执行 ,它是 SIG D EL 电路的一部分 。DAC 把一组离散 的数字数据转换成一个连续的模拟信号 ,数字信号来 自 LAU 428 以 0 . 25 ms 的采样率存储在 Flash 存贮器 里 。3 . 5时钟同步时钟同步的方法同 408UL

16、 ,数据是以同步的方式 传输的 ,位速率 8 . 192 Mbp s 或 16 . 384 Mbp s 。时钟信 号是从进来的数据中恢复而来的 ,依靠融合在FDU -INT 器件里的锁相环 PLL 电路 。如图 3 所示 ,在每个FDU - INT 里有 2 个锁相环 , 对应于向前和向后的两 个传输方向 。图 3 FD U 428 时钟同步框图把数据和时钟 (VCO 的输出) 的相位加以比较 ,相 位比较器产生的电压被滤波和放大后 , 送到 VCO ( 压 控振荡器) , 根据 VCO 的输入 ( 电压) ,VCO 用一个新 的频率传输一个新的信号 ,最后得到与数据同步的时 钟 ,该过程为时

17、钟恢复的过程 。PLL 为钟恢复电路 ,在 恢复时钟的操作下 ,可以实现同步传输的目的 。在每 个大线采集单元 (LAUL ) 中 ,也有个附加的 PLL 在前行 通 路 防 止 数 据 抖 动 , 时 钟 同 步 电 路 也 用 于 电 源 站 (LAUL 428) 、交叉站 (LAUX 428) 和大线控制接口 (LCI428) 。4结束语428XL 每个 LAU 最多可管理 120 道采集单元 ,最高数传输率达到 16 . 384 Mbp s 。428Link 采用内部信号源 、高速数传技术 、一体化采集链的系统设计思想 , 对国产地震数据采集系统仪器的设计有一定的指导作 用 , 可 以

18、 作 为 地 震 仪 器 产 品 设 计 的 借 鉴 。当 然 ,428Link 也存在一些不完善之处 ,例如 : 如果采集链的某一部分有故障 ,就要将整个采集链报废 ,会给客户造 成极大的浪费 。参 考 文 献柴书常. 24 位遥测地震仪 M .2008北京 : 石油工业出版社 ,12Sercel 公 司. 428XL REFERENCE TRAININ G GUIDE.2006王文良. 从 428XL 的推出看地震数据采集系统的新发展J . 物探装备 ,2006 ,16 (1)王文良. SERCEL 408UL 新型遥测地震仪的特点 J . 石 油仪器 ,2000 ,14 (5)34(收稿

19、日期 :2009 - 01 - 14 编辑 : 刘雅铭)The application performance and measure method and structure feature of the tool are focused in the article .Key words :four2arm caliper ; high definition caliper resistance ; constant current sourceD ing Qingrong , Ni L i , L iu Xingbin , Hu Jin ha i1 an d Y u Yongbo . S

20、imula tion an d experimental study on the impedance sensor in oil2wa ter stra tif ied flo w of horizontal wells . PI , 2009 , 23( 3) :1820 , 22Oil2water stratified flow of horizontal wells was p rimary flow type . So study on impedance is necessary . Simulation and experimental study on the impedanc

21、e sensor in oil2water stratified flow of horizontal wells is p resented in this paper . Factors impacting the relative response of the sensor are concluded from the results of the simulations and the experi2 ments , also , a good linear characteristic of the sensor response is shown in the results .

22、Key words :horizontal well ; oil / water two2p hase flow ; water holdup ; water cut ; stratified flowSu Juan , Yan Zhengguo an d Wu Y inchuan . Development of ca pacity mea sure ment calcula tor of precipita ting tan k f or oil f iel ds . PI , 23( 3) :2122A portable capacity measurement calculator o

23、f p recipitating tank for oil fields is introduced in this paper . The ca2 pacity measurement calculator can measure the liquid2level of p recipitating tank and water2oil contact conveniently . Fur2 thermore , the volume of p recipitating tank and oil to water volume can be gotten from the measured

24、data . Research and Application of the capacity measurement calculator is important to superintend p roduction in oil fields .Key words :p recipitating tank ; capacity measurement ; calculatorD uan Xinxin an d Han Xueyi. Imple menta tion of the lan d2an d2wa ter l in k of 408 UL S an d 428 XL . PI ,

25、 2009 , 23 ( 3) :2324408 UL S and 428 XL are 408 series instruments p roduced by the Sercel company . The 408UL S is applicable to ex2 plore in water area and neritic area construction , and it belongs to small scaled OBC series . The 428XL is applicable to explore in land and marsh area and it belo

26、ngs to the land instrument . This paper introduces the cop ulate method and trouble clearing .Key words :408UL S ; 428XL ; land2and2water linkL i Jinf eng . Combina tion logging tool of production prof ile f or Deep Ga s Well . PI , 2009 , 23( 3) :2527The combination logging tool of p roduction p ro

27、file for deep gas well in this paper is a new combination of p roduction p rofile logging tool based mainly on gas well testing environment ( high temperature , high p ressure , corrosiveness) . Thistool can measure the parameters of temperature , p ressure , gamma ray , CCL , flow and water holdup

28、. The tools outer di2ameter is 38 mm , its maximum operating temperature is 200 , the maximum operating p ressure is 80 MPa . In themean while , the tool specification of temperature and p ressure are verified in the laboratory and the field experiment .Key words :deep gas well ; combination tool ;

29、high temperature ; high p ressure ; thick film circuitGuo Rong , Guo L i an d Ma Qixia o . Analysis of the principle of 428 XL seismic da ta acquisition sta tion . PI , 2009 ,23( 3) :2830The 428XL seismic data acquisition system is one of the conventional seismic data acquisition system at p resent

30、, the FDU as the core components of the Links , it performs seismic data acquisition , data p re2p rocessing , data transmission and management f unctions . Coming from the hardware structure and f unction of the 428XL acquisition Link and FDU , the paper analyzes in detail working p rinciple of the

31、 428XL FDU , which p rovides reference data for use and maintenance of 428XL seismograp h .Key words :428XL ; L IN K ; FDUCa o Zhigang , Ga o Y il in an d Ga o Xian wei. Para meter setup of the plotter f or 408 XL seismic instrument . PI ,2009 , 23( 3) : 3133408XL is one of the latest models of the

32、telemetry seismic instrument , It was made in France . This paper first gives the brief introduction of 408XL ,then gives some idea to setup the playback factor of the seismic instrument , so the effec2 tive wave is extruded and interfered wave is supp ressed , signal to noise ratio of the seismic d

33、ata is imp roved .Key words :telemetry seismic instrument ; playback record ; effective wave ; 408XLHan Zhuangke , Xie Qi , D uan Qiang , Zha o Yang , Qia o L ongha i , Wang Juncha o , Zhu L ian qing an d ZhangQingjun . Infl uence of insula ting property on the logging curve of EIL og - 05 l itho2density logging tool . PI , 2009 ,23( 3) :3436