分布式有缆遥测地震勘探系统交叉站原理样机研制

发布时间：2020-05-14 20:42

【摘要】：随着国家综合国力和人民生活水平的不断提高，能源和资源的消耗逐渐增加，导致了不断开展各类资源勘探项目。目前有线遥测地震仪已经成为我国地震勘探的主流仪器，在各种地震勘探和野外工程地质评价中取得了很好的效果。目前，国内地震勘探仪器很大程度上依赖进口国外先进的地震勘探仪器，此种情况已经严重制约了我国地质勘探事业的发展。为了摆脱长期对国外仪器进口的局面，本文结合国内外有缆遥测地震仪器和交叉站，以实验室已有的二维遥测地震勘探系统为基础，研制了分布式有缆遥测地震勘探系统交叉站单元样机，从而为三维地震勘探奠定了基础。分布式有缆遥测地震勘探系统在野外地震勘探中主要用于三维地震勘探，方面能获得地震剖面图，另方面还能获得三维空间的数据体，从而可以丰富全面的获得地下的地质形态。交叉站作为分布式有缆遥测地震勘探系统的核心单元，方面要完成测线的建排管理和数据的转发，还兼有数据采集和触发控制功能，根据此功能需求提出了分布式有缆遥测地震勘探系统交叉站原理样机的设计思想，在室内对交叉站原理样机进行了测试和分析，从而验证了交叉站方案的可行性。 以吉林大学仪器科学与电气工程学院研制的基于接力式以太网拓扑结构的二维地震勘探系统为基础，调研分布式有缆遥测地震勘探系统对交叉站的要求，分析国外先进的有缆遥测地震勘探系统交叉站功能指标和设计思路。本文通过GNS3网络仿真软件验证了把二维地震勘探中接力式以太网拓扑结构拓展到三维地震勘探的可行性，，依据地震勘探野外工作滚动和滚道测量的特点，提出分布式有缆遥测地震勘探系统交叉站原理样机研制的总体设计方案。 根据结构和功能交叉站分为采集模块、电源模块和控制模块三个模块组成，采集模块和控制模块之间通过双排插针连接，构成分布式有缆遥测地震勘探系统交叉站的硬件平台，采集板以24位A/D为核心，实现参考道、辅助道的高精度数据采集以及触发控制信号的获取。控制板以PowerPC芯片为核心，基于Linux操作系统的控制平台，主要包括处理器模块、网络模块、调试模块，处理器模块用于运行和存储Linux系统和相关软件；网络模块主要完成地震数据的交换和转发；调试模块用于系统的测试。电源板为整个系统提供±5V、+3.3V和+12V电压值。 详细介绍和研究了交叉站硬件和软件平台的搭建、基于FPGA采集模块和触发控制电路的程序设计、分布式有缆遥测地震勘探系统数据传输技术方法、分布式遥测地震勘探系统测控软件设计。选择了MPC8360处理器为核心搭建交叉站主控板，基于地震勘探数据采集的高精度原则选择了以24位A/D套片作为交叉站双通道数据采集板的核心器件；构建了基于powerpc+Linux交叉编译开发平台并完成了Linux系统的移植；介绍了基于FPGA采集模块字符设备驱动程序的设计；介绍了多跳以太网架构的分布式有缆遥测地震勘探系统数据传输方法，主要完成地震仪主机对排列中各节点IP地址的动态分配和相应路由表的建立，从而可以实现主机与各节点命令的交互和地震数据的传输，此外根据各节点的IP地址和物理编号可获得各排列中各节点的连接顺序；设计了款具有操作性能好、执行效率高、野外工作运行可靠等优点的分布式有缆遥测地震勘探系统上位机软件，该软件可以实现地震勘探数据的回收和显示、测线管理、勘探系统各参数的设置和系统的测试。 在室内通过对交叉站原理样机各功能指标的测试，验证了自主研制的交叉站原理样机的可行性和正确性。对交叉站的Linux系统运行测试、FPGA采集模块的正弦波采集测试和短接采集测试、FPGA触发控制电路测试中均获得了理想的效果;在实验室搭建的两条测线勘探系统与上位机联调测试中实现了对各节点IP地址的动态分配和路由表的建立，并完成了主机和与各节点的命令交互和地震数据传输;最后对系统通讯速率和交叉站带道能力进行了测试，测试结果表明交叉站能够提高单条测线的带道能力并能满足双网口数据同时上传主机的要求。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.43

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本文编号：2663908