微地震数据采集优化及其时间同步研究

发布时间：2022-08-23 21:57

　　随着电子技术、计算机技术和地球物理技术的进步与发展,微震监测技术已被广泛运用于指导矿山、隧道、大坝的安全生产,并且在油气开采的水力压裂中得到广泛运用。但国内微震监测设备起步晚、发展慢、对外依赖度高,且伴随着微震监测设备对分辨率、精度、通道数等方面的更高要求,微震监测的数据量越来越大,实质上微震监测的数据中有大量的冗余,有效地去除数据冗余,对微震监测数据的传输和存储具有至关重要的影响,也对后期的地震数据处理具有重大的意义。在后期的地震数据处理中微震监测的数据通过采集节点间的时间一致性建立联系,其采集节点之间的时间同步精度对微震定位的精度具有较大的影响。本文针对微地震监测数据量大与时间同步的问题,以STM32+FPGA为设计框架,主要完成了微地震数据采集单元设计、微地震数据采集优化设计、微地震数据采集节点时间同步研究。主体研究工作体现在如下三个方面:第一,针对目前国内微地震监测设备对外依赖高的问题,研究实现了12路高精度、高分辨率的微地震数据采集单元。在硬件上设计了可对传感器拾取的原始信号进行1-128倍增益调节的信号调理电路,同时将单端信号转换为差分信号以提高抗干扰能力。在逻辑代码设计上... 

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRCT
1 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 微地震数据采集系统国内外研究现状
        1.2.2 微地震采集节点时间同步研究现状
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 论文结构安排
2 系统总体方案设计
    2.1 微地震监测理论基础
    2.2 微震监测需求分析
    2.3 微地震数据采集方案设计
    2.4 微地震数据采集优化方案设计
    2.5 节点时间同步方案设计
        2.5.1 GPS时间同步方案
        2.5.2 NTP时间同步方案
        2.5.3 PTP时间同步方案
    2.6 技术路线
    2.7 本章小结
3 微地震数据采集单元设计
    3.1 硬件电路设计
        3.1.1 信号调理电路设计
        3.1.2 ADC模数转换电路设计
        3.1.3 数据缓存电路设计
        3.1.4 SD卡数据存储电路设计
        3.1.5 以太网传输电路设计
    3.2 逻辑设计
        3.2.1 ADC采集控制器设计
        3.2.2 SDRAM控制器设计
        3.2.3 SPI通信接口设计
    3.3 本章小结
4 微地震数据采集优化设计
    4.1 STA/LTA原理
    4.2 数字滤波器设计
    4.3 STA/LTA算法FPGA实现
        4.3.1 STA/LTA算法实现流程
        4.3.2 特征值生成模块
        4.3.3 时窗均值求取模块
    4.4 本章小结
5 微地震数据采集节点时间同步研究
    5.1 PTP时间同步技术
        5.1.1 PTP时间同步原理
        5.1.2 PTP时钟类型
        5.1.3 PTP报文类型
        5.1.4 最佳主时钟算法
    5.2 PTP协议状态机设计
    5.3 PTP报文处理
        5.3.1 通知报文处理流程
        5.3.2 同步报文处理流程
        5.3.3 跟随报文处理流程
        5.3.4 延时请求报文工作流程
        5.3.5 延时请求应答报文工作流程
    5.4 时间戳获取
    5.5 PTP时间同步实现
    5.6 本章小结
6 测试与分析
    6.1 数据采集测试
        6.1.1 信号采集测试
        6.1.2 系统等效噪声测试
    6.2 震动信号识别测试
        6.2.1 震动信号识别仿真分析
        6.2.2 震动信号识别实测分析
    6.3 时间同步测试分析
    6.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果



本文编号：3678554