井下槽波地震数据采集及信号处理研究

发布时间：2017-12-13 20:13

  本文关键词：井下槽波地震数据采集及信号处理研究

  更多相关文章： 槽波地震勘探技术 高精度授时 同步采样 AOM时钟驯服算法 LabVIEW

【摘要】：随着经济的飞速发展,我国对煤炭资源的需求量巨大,然而,复杂的煤田地质环境导致煤矿的开采效率低和生产成本高,槽波地震勘探技术因具备准确探测煤层厚度和地质异常结构的功能,被广泛地应用于煤矿生产中,为煤矿制订开采计划提供了宝贵的物探资料。槽波地震数据采集系统作为槽波地震勘探技术的核心设备,其采集信号的质量和同步精度直接决定了槽波勘探结果的准确性,为了便于井下开展勘探实验,数据采集系统还应具备轻便易用的特点。论文针对槽波地震勘探的应用需求,根据国内外主流设备的性能特点制订了新的技术指标,并设计了一种信噪比和同步精度均很高的分布式槽波地震数据同步采集系统。在设计的槽波地震信号采集系统中,地震检波器将机械的地震信号转换成电信号,经过低噪声前置滤波电路实现信号的初步滤波和单端至差分的转换,然后送入低噪声、高分辨率的ADC采样电路,由ADC芯片内部的可编程增益放大器(PGA)和数字滤波器进行放大和滤波处理,并转换成数字量输出给FPGA,FPGA通过SPI总线接收数据并插入时间戳信息一起写入FIFO中,STM32通过FSMC总线读取FIFO中的数据进行解析后写入SD卡中,同时通过USB发送至上位机采集软件进行显示和存储,上位机采集软件还具有波形回放功能。论文在槽波地震勘探技术领域首次引入分布式的高精度时钟同步技术,设计了由LEA-6T高精度授时模块、AD9548时钟同步芯片、MV200恒温晶振以及STM32F4微处理器组成的高精度时钟同步系统,时钟同步系统为ADC采样提供同步时钟信号,实现了各个采集终端之间以及同一采集终端三个通道之间的同步采样,并为时间累加器和FPGA提供时钟信号,实现井下的守时和授时功能,系统调用STM32的DSP函数库实现了AOM(adaptive oscillator model,自适应恒温晶振模型)驯服守时算法,进一步提高了井下的时钟同步精度。论文完成了槽波地震信号采集系统的硬件电路设计、驱动程序设计、控制算法实现以及LabVIEW上位机数据采集软件设计等任务;测试了信号采集终端的同步性能,系统的实时同步精度稳定在18 ns以内;模拟井下环境测试了GPS秒脉冲失效情况下的守时性能,8小时累计守时误差小于10 us,24小时累计守时误差小于18 us;从噪声性能、波形失真程度以及动态范围等方面测试了信号采集性能,当采样率为1000SPS、PGA增益为?1时,其最大噪声仅为1.56?V,其最大动态范围可达124.3 dB。最后,将槽波信号采集系统应用于井下锤击勘探实验中,对煤层厚度情况进行了初步的探测,探测结果与实际挖掘验证的情况基本一致,能满足槽波地震勘探技术的要求。
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P631.4

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