jdb_30地震波采集系统井下仪器使用说明书.doc

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1、西安弘传科技开发有限责任公司 培训材料 井中地震多波采集系统培训材料 系统工作原理 西安弘传科技开发有限责任公司 2012年 9 月 西安弘传科技开发有限责任公司 接收系统培训材料 JDB30 地震波采集系统原理说明 JDB30 井中地震波采集系统由地面部分和井下部分两者构成。地面部分包括笔记本电脑和采集箱体（具体说明见地面系统说明书），井下部分包括井下数传节和若干个采集节。其原理框图如下： 笔记本电脑 采集节电源 推靠电源 采集箱体 地面 测井电缆 井下 数传节 采集节 1 采集节 2 采集节 3 采集节 24 1 西安弘传科技开发有限责任公司 接收系统培训材料 1 系统简介 井中地震波采集

2、系统主要用于井中地震数据采集，可完成井中 VSP 采集，Walkaway-VSP、 Walkaround-VSP、 3DVSP、微地震监测及 4D 井中地震 监测等。 本数据采集系统具备以下特点： 1) 系统机箱及接插件，符合国际标准。 2) 系统采用插板模块式结构，可现场配置。根据需要，选配不同的插板，实 现不同的功能。而且各个功能插板相对独立、便于维修、可靠性高。 3 )采用数字信号处理 芯片和可编程逻辑器件协同工作，简化硬件电路，使系 统结构简单。 4) 本系统采用（ Digital Subsribe Line）技术以解决远距离高速度数码传输问题，最高速率可达到 500KBps； 5)

3、系统其它配套箱体如：计算机、直流电源等均选配优质整机，从而使系 统的质量全面提高。 2 地面系统说明 2.1 地面系统组成 图 1 JDB-30 地震数据采集地面系统 2 西安弘传科技开发有限责任公司 接收系统培训材料 JDB-30 井中地震数据采集为 4U 系统 ,主要由数据采集箱体，双配置井下 供电直流电源，笔记本组成： 笔记本是系统的控制核心，负责地面系统的数据采集、存储、处理和解释 等功能。 采集箱体，是系统的井下数据采集、井下仪器控制的核心。负责井下仪器 的控制命令的发送，井下上传信号的恢复、解码、采集，深度处理， 两路直流电源通过采集箱体向井下仪器供电。电压 0-300V 连续可调

4、；电流 0-2.8A，连续可调，一路供井下推靠电机，一路供井下数传 节和采集节。 注意：如图所示，面对采集箱体，右边的直流电源是电机推靠电源，为井下仪器提供推靠电压，受 “MOTOR”波段开关，和延时继电器组合控制。默认电压为 115V。左边的直流电源是仪器供电电源，为井下仪器提供工作电源，受“DC1” 波段开关，和采集软件组合控制。 调节好对应的电压值和限流值（根据相应连接的仪器串数和工作条件。） 2.2 地面系统原理方框图 图2 便携系统原理图 工控机（或笔记本电脑）、采集箱体、直流电源、构成了地面系统。实 现从 数据采集到资料输出和记录的整个过程。 3 西安弘传科技开发有限责任公司 接收

5、系统培训材料 工控机笔记本是系统的操作界面。装有地震数据采集系统和测井等专用软件。通过 USB 与采集箱体进行通信，实现井下仪器数据、深度数等据的采 集，和采集的数据的现场处理；得到的数据由解释中心进行处理和解释。 采集箱体是系统的井下数据采集、井下仪器控制的核心。向井下仪器供电的直流电源，经采集箱体的隔离部分由井下电缆接向井下仪器供电 。 7 芯铠装电缆，是地面和井下仪器联系的唯一通道。采集箱体通过它向井下仪器发送命令，接收井下上传信号，进而进行恢复、解码、记录、处理等。另外，箱体与绞车面板或马丁代克相连，处理深度、张力、磁记号等，采集后与井 下仪器的数据打包，按一定协议与工控机进行通信。

6、2.3 井中地震波采集系统的地面主控制板 WIB 板：井中地震波采集系统的地面主控制板 WIB 板的原理框图如下： 图 3 WIB 板的原理框图 WIB板内包括微控制器及其固化程序， USB 接口，地面数传电路。微控制器通过 USB 接口和 操作微机（工控机或者笔记本电脑）通讯，接收操作员在操作菜单上键入的命令，通过地面数传电路和测井电缆，传到井下。从井下返回的状态字和数据字经过地面数传电路返回到微控制器，再经由 USB 接口返回操作微机以完 成一条命令的执行。 WIB 板内还包括时断讯号整形电路，该电路从震源处获取输入信号，经过放 4 西安弘传科技开发有限责任公司 接收系统培训材料 大整形后

7、形成负脉冲，触发时断电路，以标示计时开始并触发采集过程 。 当接到加电命令时，微控制器发出控制讯号到继电器板，以接通井下采集系统的电源。一旦加电，地面数传电路和井下数传节之间将启动训练过程，直到面板上的绿灯亮，这一过程将持续大约 16 秒，只有在这一过程结束之后，系统才能正常工作，绿灯将会一直保持亮的状态，直到断电命令发出，或者按下面板上 的复位按钮。 面板上的红灯表示忙碌，表示微控制器正在执行一条操作命令，当该命令执 行完毕，红灯灭，微控制器将置闲，亦等待下一个命令。 井下各个采集节推靠臂的 “推 ”和 “收 ”不受微控制器的控制，也不通过数传节传送，地面推靠电源 通过测井电缆连接到各节的推

8、靠板输入，推靠板输出带动推靠电机转动，推靠板控制推靠电流的通断，该板上包含一个微控制器，当地面推靠电流接通时，各节的推靠电机将按不同的时间延时启动，以避免所有的电机同时启动造成大的冲击电流。当某一节的推靠臂推到位时，由于电机上的电流加到了既定值，微控制器将切断电流，电机停止，“推靠 ”动作完成。 “收臂 ”过程则完全由地面的时间继电器和收臂启动开关控制，各节同时启动，同时停止， 收臂时间可以按需要设置。 箱体内还装有子波节，该采集节的作用是采集震源附近的地震信号， WIB 板的微控 制器通过串口通讯口与子波板通讯。 5 西安弘传科技开发有限责任公司 接收系统培训材料 3井下部分说明 井中地震采

9、集系统的井下部分由井下数传和若干采集节（最多 30 节）组成，其 原 理 框 图 如 下 ： 测 井 电 3.1 井下数传节： 井下数传节包括微控制器， RS-485接口和数传电路（由成帧器和 DSL 芯片组组成），其原理框图如下： 就整个系统而言，井下数传节起转发的作用，它把从测井电缆接收到的命令通过 RS-485 总线传送到各个采集节，又将采集节返回的状态字通过 RS-485 6 西安弘传科技开发有限责任公司 接收系统培训材料 总线传送到测井电缆，但单从井下的 RS-485 系统而言，井下数传节起 “主 ”（ master）的作用，而各个采集节起 “从 ”（ slave）的 作用。主 -从

10、系统的总访问机制如下： 1.主 设备按照 地址 访问每个 从 设备；只有受到访问的 从 设备才能占有总线，并返回相应的数据； 2.各 从 设备之间无信息交流。 这种总线访问控制简单，但已经能够满足本系统的要求。 数传电路由成帧器和 DSL 芯片组构成。成帧器将微控制器写入的 8 位并行数据变成串行，加上 前缀 后缀 以形成串行的 帧 ，经过 DSL 芯片组送到测井电缆，另一方面它又接收从 DSL 芯片组输入的串行帧，去掉前后缀，变成并行的 8 位数据，并向微控制器发出数传到达的警示，让微控制器读取 。 DSL 芯片组相当于数传系统的物理层，它将确保发送端送出的二进制不归零讯号经过 7000 米

11、测井电缆之后在接收端能够正确无误的再现。 3.2 井下三分量地震数据采集节 每个采集节有三个信号通道，分别对应与三个地震波分量。每个通道由一个前置的放大器和一个模数转换器构成。 前置放大器的增益三档可选择（ 0， 18db,48db）。模数转换器由 24 位 -型芯片组构成。 微控制器通过 SPI 端口与各个模数转换器的 SPI 端口相连，以便对采集过程进行控制，并读取其状态字和数据字。 微控制器还通过 RS-485接口和井中 RS-485 总线相连，接收来自数传节发送来的命令，将状态字和数据字通过数传节送到地面主机。 原理框图如下： 7 西安弘传科技开发有限责任公司 接收系统培训材料 SPI

12、接口 3.3 推靠控制电路 各井下采集节包含推靠控制电路，主要控制 推 收 的过程，其原理框图如下图所示： 8 西安弘传科技开发有限责任公司 接收系统培训材料 地面推靠电流经过测井电缆直接接到本电路，当该电源为 正 时，经过二极管 D1，电子开关 S1，推靠电机 M，电阻 R1，到地（接测井电缆外皮），当 S1 接通时推靠电机正转，进行 推靠 过程。 S1 受微控制器的控制，延时接通。延迟的时间各个采集节不相等，以避免各个采集节推靠电机同时上电引起的过大的冲击电流。微控制器监视推靠电流在 R1 上产生的压降，以观测推靠电流，当推靠臂到位时，该电流达到 150mA,微控制器将发出控制讯号，以切断

13、电子开关 S1，从而推靠电机停止工作，推靠完成。 由地面控制，当推靠电源为 负 时，推靠电流经过二极管 D2，推靠电机 M，二极管D3 到地，使电机反转，从而收臂，并不受推靠电路控制，地面采集箱体面板上有收臂的时间设定，当收臂过程启动时，各个采集节同时收臂，到达时间继电器预设的时间时各个采集节收臂动作同时停止。 4 嵌入式软件 嵌入式软件在本系统的软件系统中起重要作用。它们分别固化在： 1). 主机接口板的微控控制器中； 2). 井中数传节的微控制器中； 3). 井中各采集节的微控制器中。 9 西安弘传科技开发有限责任公司 接收系统培训材料 操作员通过操作界面键入的主机命令大致有： 1). 查

14、排列； 2). 建排列 3). 微震监视； 4). 数据采集 5). 测试等 这些命令都是一般地震仪所需要完成的通用功能。这些命令被传送到主机接口板，微控制器将其分解为井下采集节能够执行的条命令，逐一通过地面数传送 出，并接收从井中采集节返回的状态字和数据字送回主机，以完成主机命令所完成的功能。这便是主机接口板微控制器中固化的程序所要做的事情。 井下数传节的 DSL 通讯口接收来自地面的命令，并通过 RS485 接口发至各井中采集节。这些命令都是可以为井中采集节直接执行的，井中数传节只是将它们转发而已。 除此以外，井中数传节还单独执行两条命令： 1). 数传系统传输测试 2). 井中温度测试

15、这两条命令由数传节直接返回测试结果，不转发到采集节。这是井中数传节微控制器需要完成的功能。 井中采集节能够执行的命令大致如下： 1). 建站 2). 返回状态字 3). 同步 4). 返回数据字 5). AD 转换器开电 6). AD 转换器关电 10 西安弘传科技开发有限责任公司 接收系统培训材料 7). 数传测试 8). 启动数据采 9） . 传送记录 这些便是各采集节中微控制器固化程序所要完成的工作。 5 系统主要的技术指标 记录长度： 32s、 16s、 8s、 4s、 2s、 1s、0.5s A/D 转换： 24 位 -型 前放增益： 0， 18db, 48db 数 传 率： 528Kb/s(级间 ) 接收传感器： 三分量正交装置 直流漂移及噪声 : 0.4uv (增益为 48dB 时 ) 输入动态： 110dB 畸 变： 0.003% 增益精度： 1% 串音： -90dB 共膜抑制比： -90dB 11