基于混合无线网络的地震勘探无线数据采集系统开发研究
发布时间：2020-11-18 00:52
地震勘探数据的无线采集是地震勘探领域一个重要研究方向。本文开发了一套基于混合无线网络的地震勘探无线数据采集系统。整个系统以STM32处理器为控制核心,协调各个模块完成数据的采集和传输。搭建了一个以ADS1282模块为核心的地震数据采集卡,其连接PS-10XS型动圈式检波器,完成地震数据的采集和模数转换功能。ADS1282采样精度可达32Bit,支持250SPS至4000SPS可调采样率。为解决采集节点时间同步的问题,采用了基于GPS集中授时的解决方案。由于GPS模块每秒发出一次授时信号,保证整个系统的时间准确同步。采集节点接收到授时信号后将启动计数器,通过计数值更新节点的本地时间。在地震勘探采集系统的无线传输网络设计中,分析现有各种无线通信方案以及地震勘探无线采集系统的功耗和网络传输速率等因素的具体需要。采用功耗小、速率低的ZigBee网络作为控制网络,采用功耗高、传输速率高的Wi-Fi网络作为大数据量的传输网络,最终形成一个混合网络的无线传输模式。设计了具有电池充放电管理功能的电源管理模块以满足于野外的工作需求。开发了配套的地震勘探无线采集系统上位机软件,实现系统控制和数据汇总。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P631.4
【部分图文】：
川、河流等不适合布设线缆的情况，施工难度非常大。加上线缆本身的体积和重??量都比较大，布设和转移回收都很不便，线缆的维护、保养、运输成本也比较大。??图１．２是有线方式采集的检波器和线缆，可以看到，检波器相比线缆小巧灵活很??多。??丨丨丨一一－心一二ｉｔｉ｜｜平镩?Ｓｉｒ－??？?？?｜??ｋ?…２?？?卜、一．??ｆ?？１??德袭’?一、．Ａ、：秦＾：??图１．２有线方式地震勘探数据采集的线缆??２??
??同时整个系统又由多个采集传输节点、Ｓｉｎｋ／网关节点以及ＰＣ上位机构成。图２．１??是无线采集系统的系统架构，图２．２是单个采集和传输节点的总体架构。??传输节点??〇?〇?〇?／??Ｚ?上位机??０?〇?０??图２．１无线采集系统总体构架??ＧＰＳ＆授时模块?ｐ??????????＾?????地震检波器一＾信号采集卡?＾?主控制模块?￣Ｊ￣无线传输??Ｉ??电源管理模块?Ｌ??图２．２数据采集和传输节点构架??网关节点在硬件结构上和普通节点的无线传输模块相同，但不需要电池供电，??因此网关节点没有功耗问题。网关节点和普通节点的不同主要表现在软件设计上，??网关节点要承担将收到的数据打包发送给ＰＣ上位机同时接收上位机指令并分发??给普通节点的任务；而普通节点的无线传输模块主要承担把数据传输到网关节点??并接收网关节点转发的上位机指令的任务。??ＰＣ上位机主要承担网络控制和数据存储的功能。节点组网成功后ＰＣ上位??机会获取整个网络各种信息，如节点位置，网络拓扑结构等；然后根据相关信息??完成为节点分配股道、为Ｗｉ－Ｆｉ网卡分配ＩＰ地址等操作。ＰＣ上位机还负责发送??开始／停止采集等控制指令。在接收到地震勘探数据后，ＰＣ上位机还要负责数据??的存储；为方便对数据的后续处理，直接采用了?ＳＥＧ－Ｙ标准存储采集的数据。??ＳＥＧ－Ｙ?格式是由?ＳＥＧ?（Ｓｏｃｉｅｔｙ?ｏｆ?Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ?Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｉｓｔｓ）提出一种数据存储??格式标准
动圈式检波器。??２．３．１动圈式检波器工作原理??图２．３左右两边分别描述了动圈式检波器的芯体结构和外壳结构。当检波器??插入地表后，理想情形下，可以认为检波器外壳和地表运动保存一致；而检波器??内部的惯性体（永磁体）因为有保持静止的惯性，从而和惯性体周围的线圈产生??相对运动，切割磁感线，由电磁感应定律可以知道线圈会在磁场作用下会产生电??动势，将震动信号转换成电信号输出［１１］。??塑料盖＼＾??ｎ?－?Ｓ－ｒ??图２．３动圈式检波器的芯体结构和外壳结构??设检波器在工作时，壳体位移为＆，惯性体的位移为＆，则相对位移为Ｘ?＝??Ｘｉ－化，设Ｓ为磁感应强度，／为线圈的长度，则??Ｖ?＝?＾?（２－１）??ｕ〇?＝?Ｂｌｖ?（２－２）??由公式２－２可知，检波器输出电压与震动的速度成正比。??７??
【参考文献】
本文编号：2888137
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P631.4
【部分图文】：
川、河流等不适合布设线缆的情况，施工难度非常大。加上线缆本身的体积和重??量都比较大，布设和转移回收都很不便，线缆的维护、保养、运输成本也比较大。??图１．２是有线方式采集的检波器和线缆，可以看到，检波器相比线缆小巧灵活很??多。??丨丨丨一一－心一二ｉｔｉ｜｜平镩?Ｓｉｒ－??？?？?｜??ｋ?…２?？?卜、一．??ｆ?？１??德袭’?一、．Ａ、：秦＾：??图１．２有线方式地震勘探数据采集的线缆??２??
??同时整个系统又由多个采集传输节点、Ｓｉｎｋ／网关节点以及ＰＣ上位机构成。图２．１??是无线采集系统的系统架构，图２．２是单个采集和传输节点的总体架构。??传输节点??〇?〇?〇?／??Ｚ?上位机??０?〇?０??图２．１无线采集系统总体构架??ＧＰＳ＆授时模块?ｐ??????????＾?????地震检波器一＾信号采集卡?＾?主控制模块?￣Ｊ￣无线传输??Ｉ??电源管理模块?Ｌ??图２．２数据采集和传输节点构架??网关节点在硬件结构上和普通节点的无线传输模块相同，但不需要电池供电，??因此网关节点没有功耗问题。网关节点和普通节点的不同主要表现在软件设计上，??网关节点要承担将收到的数据打包发送给ＰＣ上位机同时接收上位机指令并分发??给普通节点的任务；而普通节点的无线传输模块主要承担把数据传输到网关节点??并接收网关节点转发的上位机指令的任务。??ＰＣ上位机主要承担网络控制和数据存储的功能。节点组网成功后ＰＣ上位??机会获取整个网络各种信息，如节点位置，网络拓扑结构等；然后根据相关信息??完成为节点分配股道、为Ｗｉ－Ｆｉ网卡分配ＩＰ地址等操作。ＰＣ上位机还负责发送??开始／停止采集等控制指令。在接收到地震勘探数据后，ＰＣ上位机还要负责数据??的存储；为方便对数据的后续处理，直接采用了?ＳＥＧ－Ｙ标准存储采集的数据。??ＳＥＧ－Ｙ?格式是由?ＳＥＧ?（Ｓｏｃｉｅｔｙ?ｏｆ?Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ?Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｉｓｔｓ）提出一种数据存储??格式标准
动圈式检波器。??２．３．１动圈式检波器工作原理??图２．３左右两边分别描述了动圈式检波器的芯体结构和外壳结构。当检波器??插入地表后，理想情形下，可以认为检波器外壳和地表运动保存一致；而检波器??内部的惯性体（永磁体）因为有保持静止的惯性，从而和惯性体周围的线圈产生??相对运动，切割磁感线，由电磁感应定律可以知道线圈会在磁场作用下会产生电??动势，将震动信号转换成电信号输出［１１］。??塑料盖＼＾??ｎ?－?Ｓ－ｒ??图２．３动圈式检波器的芯体结构和外壳结构??设检波器在工作时，壳体位移为＆，惯性体的位移为＆，则相对位移为Ｘ?＝??Ｘｉ－化，设Ｓ为磁感应强度，／为线圈的长度，则??Ｖ?＝?＾?（２－１）??ｕ〇?＝?Ｂｌｖ?（２－２）??由公式２－２可知，检波器输出电压与震动的速度成正比。??７??
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 刘江平;王莹莹;刘震;潘小康;宗育泉;;近地表反射和折射法的进展及应用[J];地球物理学报;2015年09期
2 王云宏;江浩;王盼;吴海;;GPS授时地震仪走时误差校正[J];煤田地质与勘探;2015年03期
3 张国琴;吴玉蓉;;基于GPS校准晶振的高精度时钟的设计[J];仪表技术;2010年04期
相关硕士学位论文 前2条
1 仲伟冲;地震勘探数据无线采集的异构网络传输系统开发研究[D];山东大学;2016年
2 田佳;地震勘探仪器中Sigma Delta AD转换器的设计[D];山东大学;2012年
本文编号：2888137
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