数字检波器的应用及效果
accuseis sl11数字检波器工作及测试原理
系统的测试指标及其测试原理。
关键词数字地震勘探采集系统数字检波器 AccuSeis SL11测试项目
Yan Wei, Li Zhengzheng, Li Zhengran, Gao Fengwan and Yan An. Working and testing principle of AccuSeis SL11 digital geophone. EGP,2019,29(4) ：214-217
1数字检波器的方向和极性
对于AccuSeis数字检波器而言，其核心部件为 微机电系统(MEMS, Micro Machined Electro Mechanical System)加速度传感器，作用为拾取垂 直分量的地震波能量，并依照设置的采样率实时输 出加速度数值。数字检波器会通过测量的重力自动 计算倾斜角度，当倾斜角度超过20°时，数字检波器 会将错误信息以标识的形式发送至中央记录系统。
样可配用Firefly无线系统、Hawk节点系统并能在 iXl平台下使用G3i数字地面设备⑵o 2018年 BGP在中东某国执行了设备占用量23.4万道，实时 采集18.6万道的纯数字采集项目，项目应用了 AccuSeis(SLll)单分量数字检波器及iXl平台下的有 线数字采集设备。下面以AccuSeis检波器为例，说 明其工作原理及厂家配套的测试项目和测试原理。
岩 巍等：AccuSeis SL11数字检波器工作及测试原理
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竖直坐标轴的方向与矢量的方向指向加速度的正方 向，即检波器受到向上的力时，输出极性为正的加速 度数值。此外，由于核心部件MEMS为水平焊接的 PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier 塑封有引线芯 片载体)封装方式芯片，且安装MEMS芯片的传感 器板与搭载控制电路的主板采取插座方式连接 ，首 先从物理结构上杜绝了模拟检波器安装或焊接造成 的反相现象⑷。
数字检波器在溱潼凹陷中的应用
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图 ２数字检波器与模拟检波器相位特性对 比
化调整加 电的大 小，使质量体平衡 ，而 加电的大ｄ ， Ｎ反映 了振 动的 大小，直接 以电信号平衡 重力变化原理来感 应地震波信号 ，其质 量 悬挂 系统采用在单 晶片上通过 Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ加工形成微米级弹性膜 。 从数字检波器 与模拟检波器在结 构和工作原理上看数字检 波器 具有很多的特性和优 点： （ １ ） 数字检波器 的结构采 用的是采集站和检波器集成 一体 的方 式，与常规 的模拟检波 器相 比，它故障 率低 、体积小 、质量轻 、携 带方便 。在野外 生产 中不但可 以节约人 力更重要的是可 以加快 施工 进度 。 （ ２ ）在 资料采集 方面 ，数字检波器 的传感器直接输 出的是 ２ ４ 位一个点 的数字信 号，确保记录仪器采 集到高保真 、高分辨率 的资
数字三分量检波器与模拟检波器实测参数对比分析
数字三分量检波器与模拟检波器实测参数对比分析作者：蒋立兵来源：《中国科技博览》2014年第14期摘要：三分量地震勘探作为一种有效的地震勘探方法，本文对数字三分量检波器与传统模拟检波器的实测参数进行仔细研究和对比，分析数字三分量检波器与模拟检波器的检波差异及其优缺点。
关键词：数字三分量检波器；MEMS；动态范围；信噪比【分类号】：TF046.6地震数据采集是地震勘探工作的重要环节，采集资料的好坏直接影响勘探成果。
地震检波器是把传输到地面的地震波转换成电信号的机电转换装置，是野外地震数据采集的关键部位。
检波器的类型可简单分为模拟检波器和数字检波器两类，模拟检波器输出模拟信号，数字检波器输出数字信号，目前大规模应用于地震勘探的还是模拟检波器。
当今陆上高分辨率地震勘探已经向多波多分量、全数字化采集发展。
较模拟检波器而言，数字检波器的瞬时动态范围大，信号保真好，分辨率高，且地震转换波中含有相当丰富的地下信息。
所以，数字三分量检波器是今后地震勘探的重要技术及应用方向。
衡量模拟检波器性能指标的主要技术指标有自然频率、阻尼系数、灵敏度、谐波畸变、假频等等；相关的检波器参数有直流电阻、检波器阻抗、噪声、漏电、极性；其它物理参数还有悬体质量、线圈最大位移、允许倾斜角度等。
常规模拟检波器的谐波失真一般为千分之一到千分之二，模拟超级检波器的失真系数则最小能达万分之几的数量级，检波器的谐波失真主要影响系统接收的动态范围，由于常规检波器本身是非线性系统，所以其谐波失真远大于地震采集仪器的谐波畸变指标（0.0003%）；随着灵敏度的提高直流电阻相应增加；常规模拟检波器的尾锥一般在5-7厘米之间，能保证与地面的良好耦合；假频也是衡量检波器质量的一个重要参数，假频的产生能对有效波产生重要影响，致使地震信号产生严重的畸变，虽然常规检波器的假频已从最初的150Hz 左右扩展到现在的 300Hz甚至更高，但是系统的去假频滤波能力仍然十分重要。
数字检波器与模拟检波器采集效果对比
根 据 实 际取 得 的 地 震 资 料 效 果 ， 对 几 种 数 字和 传 统模 拟 检 波 器 的采 集 效 果 进 行 了深 入 地 对 比分 析 。 现 场 试 验 资 料 分析结果表 明， 在 信 噪 比较 高 的 地 区使 用 数 字检 波 器 可 提 高 分 辨 率 ， 这 与 理 论 分 析 结 论 符 合 性 很 高 。应 用 该 认 识
张志锋 ， 刘胜 ， 刘远志 ， 梁 正洪 ， 朱锋． 数 字 检 波 器 与模 拟 检 波 器 采 集 效 果 对 比． 物探装备 ， ２ ０ １ ３ ， ２ ３ （ １ ） ：１ ～７ 传 统模 拟 检 波 器 具 有 频 带 窄 、 动态范围小、 灵敏 度 低 、 一致 性差 等缺 陷 ， 严 重 制 约 了高 分 辨 率 地 震 勘 探 的发 展 。 理论对 比发现 ， Ｓ ＶＳ Ｍ、 陆 用 压 电等 数 字检 波 器 在 提 高 分 辨 率 方 面 有 独 特 的效 果 。 本 文 在 大 量 野 外 试 验 的 基 础 上 ，
２ ０ １ ３ 年 ２月
物 探 装 备
第２ ３ 卷
第１ 期
・
专 论与 综述
・
数字检 波器与模拟检波 器采集效 果对 比
张 志 锋 刘 胜 刘 远 志 粱 正 洪 朱 锋
（ 西 南石 油 局第 二 物探 大 队 ，四川 Ｉ 德阳 ６ １ ８ ０ ０ ０ ）
摘
要
电等数 字检 波器 在一 定信 噪 比地 区提 高分辨 率方 面
０ ， 常规 速
度检 波 器频 带 窄 、 动 态 范 围小 、 灵敏度低、 一 致 性 差
ｇ ｅ ｏ ｐ ｈ ｏ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｏ ｇ ｇ ｅ ｏ ｐ ｈ ｏ ｎ ｅ ．Ｅ ＧＰ， ２ ０ １ ３， ２ ３（ １ ）：１ ～７
数字相敏检波
数字相敏检波技术不仅可检测信号幅值，而且能同时检测信号相位。
而且其检测精度高，即使对信噪比降低的场合，也可得到较高的检测精度。
此外，数字相敏检波技术对被测信号的频率具有很好的适应性，可以实现跟踪检波，只要改变参考信号的频率即可。
（数字相敏检波技术及其应用_路长厚）目前各种高性能的数字信号处理器的广泛应用，数字相敏检波器以其可靠性、灵活性已经在逐步取代传统的模拟相敏检波器。
数字相敏检波原理：设被测信号与参考信号分别为()()0cos s t V t Noise ωθ=++()()()00cos sin r t t j t ωω=+式中，V 为信号幅值；θ为信号初相位；Noise 为噪声。
由于噪声信号与参考信号不相关，被测信号与参考信号的互相关函数求得()()()sr 0=cos sin 22V V R j θθ- 正交分量为 ()()m sr 0=sin 2V b I R θ=-⎡⎤⎣⎦ 对信号经行M ×N 次采样，M 为采样周期数，N 为单周期采样次数，由采样间隔()s 00=/2/t T N N πω=得采样序列为()()cos 2/s n V n N πθ=+参考信号序列()()()()()a b cos 2/sin 2/r n n N j n N r n r n ππ=+=+式中，n=0,1, …MN-1，则()()1a 01MN t a s n r n MN-==⨯∑ ()()1b 01MN t b s n r n MN-==⨯∑进而求出信号幅值和初相位分别为V ()=/arctg b a θ-（数字相敏检波在DSP中的实现_石军）。
陆上常用模拟检波器直接数字化的记录效果
带 来严 峻 的挑 战 ， 别 是 地 震 波 接 收 技 术 要 求 大 幅 特
度 提高 记 录质量 ， 以最佳 的方 式记 录地 震 信息 ， 可 尽
能利 于 室 内压制 各 种 干 扰 ， 保 地 震 资 料 具 有 高 分 确 辨率 和振 幅保真 度 。模 拟检 波器 经过 多年 的技 术发
～
７ ８
Ｄｉ ｉａ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ ｎ ｍｉ ｒ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌｓ ｓ ｅ ｇ ｔ ｌｓ ｎ ｏ ｓｂ ｓ ｄ ｏ ｃ ｏ ｍ ｃ ａ ｉａ ｙ ｔ ｍｓ （ ＥＭ Ｓ）ａ ｃ ｌｒ ｍｅ ｅ ｓ ａ ｅ ｔ ｅ ｎ ｗｅ ｔｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｅｎ Ｍ ｃ ｅｅ ｏ ｔ ｒ ｒ ｈ ｅ ｓ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｓ ｂ ｉ ｇ ｕ ｅ ｎ ｓ ｉｍｉ ｃ ｕ ｓｔ ｎ Ｄｉ ｉ ｌｓ ｎ ｏ ｓ ａ ｅ ｅ ｓ ｎ ｉｌ ｋ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｎ ｉ ｉｉ ｒ ，ｉ ｍｐ ｒ ａ ｔ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓ ｄ ｉ ｅｓ ｃａ ｑ ｉｉｉ ． ｇ ｔ ｅ ｓ ｒ ｒ ｓ ｅ ｔ ｌ ｍａ ｅ ｕ ｆｓ ｎ ｏ ｓａ ｄ ｄ ｇ ｔｚ ｓ ｔ ｉ ｏ ｔ ｎ ａ ａ ｔ ｒ ｏ ａ ａｙ ｅ ｓ ｃ
摘
要
周志才 ， 承业 ， 于 侯树 麒 ． 陆上 常 用模 拟 检 波 器 直 接 数 字 化 的 记 录 效 果 ． 探 装 备 ，０ ２ ２ （ ） ７ ～７ 物 ２ １ ，２ ２ ： ５ ８
数 字 检 波 器 通 常 指 基 于 微 电 子机 械 系统 的 加 速 度 计 ， 地 震 采 集 中的 最 新 技 术 ， 质 上 也 是 由振 动 传 感 器 和 是 本 数 字 化 电 路 两 部 分 构 成 ， 重 要 特 征 是 在 检 波 器 内部 进 行 模 ／ 转 换 ， 现检 波 器 数 字 信 号 输 出。 将 模 拟 检 波 器 加 其 数 实 上 数 字 化 芯 片 即对 其 直 接 数 字化 ， 同样 可 以达 到 比 较 好 的 效 果 。本 文 介 绍 了陆 上 常 用 模 拟 检 波 器 的 直 接 数 字 化 方 法 ， 过 实 例 分 析 了数 字传 输 对 提 高 模 拟 检 波器 记 录 能 力 的 重 要 作 用 。 实 践 证 明 ， 拟 检 波 器 经 直 接 数 字 化 后 减 通 模 小 了 高 频传 输 损 失 、 强 了弱 小 地 震 信 号 的记 录 能 力 、 宽 了地 震 记 录 的频 率 范 围 ， 增 拓 因而 改 善 了地 震 资 料 的 品质 。
数字检波器对高频弱小地震信号的记录能力分析
数字检波器对高频弱小地震信号的记录能力分析唐科伟;杨贵祥;董进【摘要】优选检波器是提高地震记录质量的关键因素之一，检波器性能直接影响地震信号记录能力。
检波器对高频弱小信号的记录能力，直接关系到地震信号的频带宽度、保真度和分辨率。
通过对地震勘探信号特征、检波器性能、检波器与地震仪器记录方式之间的匹配关系及野外试验资料的综合分析，指出针对记录高频弱小信号优选检波器是提高地震记录质量的关键措施之一，加速度型数字检波器（如涡流检波器）具有压制低频强信号、提升高频弱信号的优势。
%Geophone selection is one of key factors to improve seismic record quality, and its performance can directly influence the record ability of seismic signal. The record ability of geophone on high frequency and weak seismic signal can be directly relate to frequency bandwidtn, fidelity and resolution of seismic signal. Through comprehensive analyzing signal characters of seismicex⁃ploration, geophone performance, the matching relation of record methods between geophone and seismic instrument, and field test data, it is concluded that the selected geophone for recording high frequency and weak seismic signal is one of the key measures to improve quality of seismic record, in addition, acceleration digital geophone like vortex geophone has the advantages of suppressing low frequency and strong signal, and improving high frequency and weak signal.【期刊名称】《油气藏评价与开发》【年(卷),期】2016(006)005【总页数】4页(P63-66)【关键词】数字检波器;高频弱小信号;记录能力【作者】唐科伟;杨贵祥;董进【作者单位】中国石化石油工程地球物理有限公司装备管理中心，江苏南京211100;中国石化华东油气分公司，江苏南京210019;中国石化华东油气分公司，江苏南京 210019【正文语种】中文【中图分类】P631地震接收技术要求以最佳的方式真实地接收野外激发产生的有效地震信号，尽可能有利于室内压制各种噪音，确保地震记录具有高保真度、高分辨率。
数字检波器地震资料高保真宽频带处理技术
数字检波器地震资料高保真宽频带处理技术陈志德;关昕;李玲;张晶【摘要】与模拟检波器接收地震资料相比,数字检波器地震资料具有频带宽、振幅保真度高、噪声大的特点。
本文基于喇嘛甸工区数字检波器接收的三维三分量地震数据,应用纵波资料开展针对高含水开发后期精细砂体描述的高分辨率处理技术研究,主要研发了4项关键技术,即不同处理阶段的噪声逐次压制技术、数据驱动振幅校正技术、反褶积之前的Q值相位校正与振幅补偿技术、地表一致性脉冲反褶积技术。
通过井震结合精细砂体识别与描述,结果证实数字检波器数据的处理成果能够清晰刻画砂体边界。
【期刊名称】《石油地球物理勘探》【年(卷),期】2012(047)001【总页数】10页(P46-55)【关键词】数字检波器;高保真;频带宽度;噪声压制;振幅补偿;脉冲反褶积;岩性识别【作者】陈志德;关昕;李玲;张晶【作者单位】大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712;大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712;大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712;大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712【正文语种】中文【中图分类】P631相对于模拟检波器，数字检波器采用MEMS技术，具有动态范围大、信号畸变小、没有相位延迟的优势［1～4］，理论上可以在高噪声背景下真实记录地下弱小反射信号，是一种有望进一步提高地震分辨率的技术手段。
在相关文献报道中，从理论上阐述了数字检波器的技术优势，并与不同地区实际数据进行对比［5～7］，均说明数字检波器是解决地震分辨率问题的有效技术之一。
笔者对喇嘛甸与齐家北两个工区相同测线位置获得的数字检波器及模拟检波器接收的单炮资料，采用相同的流程进行处理，对比两种检波器接收资料的处理结果，证实数字检波器资料在岩性识别中具有明显优势，体现在记录频带宽（相同振幅级别的高频端要比模拟检波器资料宽20Hz），层间信息丰富、纵横向振幅关系保持好，但资料的信噪比低。
基于DSP的数字相敏检波器的实现
1 [ cos ( 2 2 ) - sin
0t +
) + cos
] d t - jA
0
1 2 [ sin ( 2
0t
+
] dt
T T A cos + j A sin ( 2) 2 2 相敏检波的目的就是测量出待测信号的实部和虚 =
图 1 相敏检 波原理框图
部 [ 2] , 由将信号 u ( t ) 进行积化和差 运算后, 与式 ( 2 ) 对比可 以看出 式中的 A cos 即为 待测信 号的实 部 ,
用 AD 转换 器将模拟信号 离散化转化 为数字信 号之 后 , 再用求和近似代替积分 , 这样就可以获得数字相 敏检波原理框图如图 2 所示。
图 2 数字相敏 检波原理框图
[ 2]
2
数字相敏检波器的设计与实现
2. 1 硬件设计与实现 数字相敏检波器的框图如图 3 所示。其主要由调 理电路、 AD 转换电路、 DSP 处理 单元三个模块组 成。 接收到的信号经调理电路调理成适合 AD 转换的信号 后 , 送至 AD 转换电路 进行数模 转换, 转换结果 交由 DSP 进行相敏检波运算。
0
引
言
测信号 s ( t ) 与参考信号 r ( t ) 延时 为零时的相关运 算。其中, 参考信号 r ( t ) 与有用信号 u( t ) 频率相同。 由上述原理可得相敏检波器输出为:
T
现代测井技术常常涉及到微弱信号检测, 实际的 测井仪器进行测井时 , 固定频率的正弦有用信号常常 被淹没到噪声当中。由于相敏检波器具有鉴别调制信 号相位和选频能力的特点 , 因此 , 为了从测量信号中获 取固定频率的有用信号 , 从而获得准确的地层视电阻 率信息 , 相敏检波技术得到了广泛应用, 成为各种测井 仪器中最常使用的测井数据处理技术之一 [ 1] 。传统的 模拟相敏检波是利用双发射极晶体管的开关特性来实 现相敏检波的功能的 [ 2] , 其具有原理简单、 易于实现的 特点, 但三极管的管压降与被检测的微弱信号相比 , 已 经是不可忽略的因素 , 导致无用信号和有用信号的分 离不够彻底 , 同时其将视电导率实部直接当成视电导 率 , 而将视电导率虚部当作无用信号抑制掉, 从而使测 量结果不够精确。故本文设计 实现了一种基 于 DSP 的数字相敏检波器。
解析RF检波器原理及应用
解析RF检波器原理及应用WiFi、4G、蓝牙等各种无线连接技术的普及带动各种终端设备井喷式增长，包括物联网、可穿戴等各种基于无线连接技术的新兴产业迅速成长起来，各种无线信号链解决方案涌现推动这种热潮的持续发展。
在无线信号链中，很久没有听到有人提起一个关键的组件——检波器，ADI专家最近的一场技术讲座对这个无线设计中“原始”而重要的器件的一场分享，让笔者有机会重新梳理这个重要但有点陌生的产品技术。
检波又称振幅解调，它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。
从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近。
随着RFID、雷达、物联网……的广泛普及应用，射频传输无处不在，检波器应用越来越多。
而RF检波器拥有着远高于传统的二极管检波器的灵敏度和稳定性，逐渐地占领射频行业的市场。
这些典型应用，检波器很关键先来看看射频检波器的各种应用。
在测试和测量应用中，射频功率检波器用于精密测量射频功率，以及用作频谱和网络分析仪中输入保护电路的一部分。
在通信和医疗应用中，射频检波器用于监测和控制发射功率和天线回波损耗。
一种新兴应用是基于射频的材料分析，其中检波器好比是微型网络分析仪，分析材料反射的信号的幅度和相位，并利用算法来确定材料的特性，例如水分含量。
还有许多应用，其中射频检波器用于测量脉冲功率，如电子支付系统、雷达和电子战。
RF检波器是一种微型RF功率计现在，对于那些不熟悉射频检波器操作的人来说，其功能非常简单，最好在时域中观察。
想象一个射频检波器由一个输入电平随时间变化的信号驱动，如左图所示。
当输入电平提高时，检波器的直流输出电平也会提高。
现在，尽管输入电平和输出电平之间的确切关系会随器件和功能而变化，但该基线响应对所有射频功率检波器都是通用的。
数字三分量检波器发展趋势及施工难点分析
数字三分量检波器发展趋势及施工难点分析作者：于浩淼来源：《中国科技博览》2013年第26期摘要：三分量地震勘探作为一种有效的地震勘探方法，正在越来越多的被地震界人士所接收，而作为三分量地震勘探技术的核心部分之一—三分量检波器直接决定着采集资料的品质。
本文介绍了三分量检波器的发展，分析了在野外地震采集时可能遇到的一些问题以及对三分量检波器VectorSeis与DSU3做了简单比较。
关键词：传感器三分量检波器地震勘探中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-559-010 引言目前生产的三分量检波器主要是基于可控硅（重力）加速度计技术而为地震勘探设计的微电子机械数字传感器系统。
其数字检波的主要原理是：当大地产生振动时，检波器中心框架产生运动，而惯性质量体保持平衡，由此产生电容的变化转变为数字信号。
较常规检波器而言，数字检波器的瞬时动态范围大，信号保真好，分辨率高，且地震转换波中含有相当丰富的地下信息。
所以，数字三分量检波器是今后地震勘探的重要技术及应用方向[1]。
由于加速度检波器的输出信号与振动激励信号的加速度成正比，因而具有随着振动频率的升高检波器的输出也随着增高的特点，其与速度型检波器的输出特性如图 1所示。
图 1 速度型和加速度型检波器的输出特性一、数字检波器的优点和局限性数字检波器的诸多优点将使其在地震勘探技术发展中起到重要作用：1、质量轻、容易使用，对大道数地震队有优势。
2、作为点采集接收地震信号，无震源衰减、无环境噪音衰减、高频成分保持好、垂直分辨率高、各相同性记录好。
3、频带宽度大，有改善垂直分辨率潜力。
4、数字具有准确校准，适合定量地震。
5、3C 数字检波器优点突出，适合做油藏描述。
但数字检波器在替代或继承模拟检波器方面有其局限性：研制速度，使我国的地震检波器技术跟上国际检波器无地滚波空间滤波，噪音大环境下不适合；发展的步伐，为我国的地震勘探做出贡献。
ADS1255及其在数字地震检波器中的应用_王小波
2010年2月地质装备ADS1255及其在数字地震检波器中的应用王小波赵兆梁春苗(煤炭科学研究总院西安研究院陕西西安710054)摘要:针对煤矿井下地震勘探检波器要求全空间、高速、高精度的特点,选用ADS1255模数转换器作为数字地震检波器的核心部件。
文中介绍了ADS1255的主要特点、构成、工作原理,及其在数字检波器中硬件实现和软件设计流程、试验。
所设计的数字检波器达到了煤矿井下微型化、低功耗、高速、高精度的要求。
关键词:数字检波器A DS1255地震勘探1引言在地震检波器的设计中,研发人员对于模数转换的精度要求越来越高,为了能获得高分辨率的振动信号,要求信号采集系统动态范围大,这对检波器的数据采集系统提出了很高的要求。
积分型、逐次逼近型和直接比较型A/D转换器很难达到高动态范围。
传统的Ny quist率A/D转换器很难实现16位以上分辨率,在新一代地震检波器中多采用高分辨率的24位E v A/D转换器。
E v型A/D转换器是高性能新型结构的A/D 转换器。
不同于传统A/D转换器,它不是直接根据采样数据对每一个采样值的大小进行量化编码,而是以很低的采样分辨率(1位)和很高的采样速度将模拟信号数字化,通过使用过采样、反馈和数字滤波等技术方法增加有效分辨率,然后对A/D转换器输出进行采样抽取处理以降低有效采样速率,实现A/ D转换。
A/D的选用一般有两种方案;套片方案的特点:(1)套片的设计方案简单,但外围电路复杂;(2)成本高,有上千元的差价;(3)生产周期长一些,因为该方案中涉及到的很多芯片供货周期大多4~7周。
本设计方案综合考虑各种因素,选用ADS1255转换器。
2ADS1255概述ADS1255是德州仪器(T I)推出的是一款高性能的模数转换器,也是德州仪器公司重点推荐的地震勘探专用A/D转换器,是由模拟多路开关(MU X)、输入缓冲器(BUF),可编程增益放大器(PGA)、四阶E v调制器再加一个可编程数字滤波器组成。
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2007年12月 物 探 装 备第17卷 第4期 专论与综述数字检波器的应用及效果王梅生*(东方地球物理公司采集技术支持部,河北涿州072751)摘 要王梅生.数字检波器的应用及效果.物探装备,2007,17(4):235~240本文根据数字检波器的调研结果,介绍了数字检波器在全球的应用情况,在分析数字检波器的工作原理及采集效果的基础上,对数字检波器与常规模拟检波器的应用进行了对比,并根据理论分析和实际应用效果对数字检波器的应用范围提出了自己的看法。
关键词 数字检波器 动态范围 谐振频率ABSTRAC TWang M eisheng.Application and eff ect of digital geophone.EGP,2007,17(4):235~240Accor ding to the studied results o f dig ital g eopho ne,the paper intro duced the g lobal applicatio n situatio n of dig ital g eopho ne,summar ized the co rr elation of applicatio n of dig ital g eopho ne wit h co mmon analo gue g eo pho ne in all its aspects based o n analyzing the wo rk pr inciple and acquisition effects of dig ital g eophone,and presented so me know ledge about applicatio n f ield of dig ital geophone acco rding to theo retical analy sis and pr actical application.Key words dig ital g eophone,dynamic range,resonant frequency引 言基于动圈结构的模拟检波器的性能和作用已被长期的生产实践所验证。
这类传统的检波器具有性能稳定、可靠、价格优廉等优点,但是也存在对电磁干扰、信号串音、漏电较为敏感等问题。
随着地震勘探技术的发展,需要的道数急剧增多、频带加宽,研制体积更小、重量更轻、接收频带更宽、更容易校准的检波器成为发展方向。
这种需求,加上微机电加工技术等相关科学技术的发展,数字检波器就是在这种发展背景下出现的。
数字检波器的工作原理及优点两种数字检波器简介目前主要有以下两种数字检波器:一种是结构与常规的模拟检波器基本一致,只是在常规检波器上增加了模数转换器。
在模拟电信号产生后,立即通过模数转换器转变为数字信号,检波器输出的信号为数字信号。
这种检波器的振幅、相位与常规检波器一致。
由于模拟地震信号不再经过线缆传输而是在检波器内完成模数转换,因此其对电磁干扰、信号串音、漏电等问题能较好地改善,但仍不能彻底解决。
国内华昌公司生产的SI数字化检波器、西方公司Q-LAND采用的部分数字化检波器就是这种类型的检波器。
另一种数字检波器是基于微机电系统(MEMS)的新型数字加速度检波器。
这种数字加速度检波器(以下简称MEM S数字检波器)在传感器的结构和性能上与普通速度检波器有本质的差别。
基于M EMS技术的数字检波器采用加速传感器,在谐振频率之下工作,而常规动圈式检波器采用速度传感器,在谐振频率之上工作,这个差别使得这两种类型的检波器有着完全不同的性能和外形尺寸。
M EMS数字检波器的振动拾取部分仍然是模拟传感器,在控制回路中,由特定用途的集成电路芯片(ASIC)将输出进行数字化。
MEM S数字传感器*王梅生,男,1984年毕业于江汉石油学院物探专业,长期从事地震资料采集工作,现为东方地球物理公司采集技术支持部副总工程师。
236物 探 装 备2007年的体积比常规传感器小得多。
M EMS 数字检波器的加速度传感器是一个小硅片,长1cm 左右,重量小于1g 。
基于动圈结构的速度传感器是一个长约3cm,重约75g 的小圆柱体。
在MEM S 芯片中,惯性质量和框架的残留位移只有几纳米,而常规检波器的移动却达2m m 。
数字检波器的优点1.频谱特性从性能方面看,MEM S 加速度检波器的优点表现在宽带线性振幅和相位响应上,频率响应范围在0~800H z,振幅畸变不超过 1%(图1中的直线),时间畸变不超过 20 s 。
MEM S 的谐振频率远远高于地震波频带(1kH z),这个性能使其记录10H z 以下的频率成分不衰减、记录与重力加速度有关的直流电信号成为可能。
重力矢量为灵敏度校准和倾角测量提供了有用的参考(3C 传感器)。
图1 数字检波器和模拟检波器的频谱特性对比由于在常速情况下,加速度随着频率的增加而增加,所以M EM S 数字检波器也适用于高频测量。
高于50H z 时,M EM S 数字检波器的背景噪音低于常规检波器与终端组合的背景噪音。
这种宽带特征为提高地震数据的垂向分辨率打开了通道,因为垂向分辨率取决于信号的最大和最小频率的比值(F max /F min =2n,n 为倍频程数)。
MEMS 数字检波器特别适合于记录低频(<5H z)反射信号,如来自主要岩石地层边界的反射。
在这个频率范围内,限制主要在震源附近,这样低频信号的信噪比很低。
高频信号的接收主要受传播过程中衰减的限制。
在油气生产期间,如果将MEM S 数字检波器埋置于井中,就能够检测到油藏中流体流动的微震(频率在500H z 左右)。
2.动态范围使用M EM S 数字检波器的24位记录系统的总动态范围可以高达120dB (4m s 采样时,最大信号-4.5m/s 2与背景噪音- 4.5 m /s 2的比,畸变小于-90dB),它低于使用单个常规检波器的同一记录系统的总动态范围140dB(这也是最新的24位记录系统的总动态范围)。
在实际情况下(包括强信号或噪音产生的畸变),M EM S 检波器的瞬时动态范围最低在90dB,优于单只常规检波器(不超过70dB,但可以通过使用检波器组合来改善)。
两种检波器在总动态范围和瞬时动态范围方面的这些差别正好解释了为什么MEM S 数字检波器更适宜记录强噪音背景下的弱信号(近炮检距),而常规检波器更适宜记录有弱噪音背景的深层弱反射信号(远炮检距道)。
M EM S 数字检波器的振幅校准能力及其不随时间、温度而变化的稳定性能优于常规检波器。
总体上来说,集成在电路板上的M EMS 数字检波器的性能优于连接着不同电子元件的常规检波器串的性能。
3.相位特性从相位特性方面考虑,模拟检波器对信号存在一定的相位畸变,而数字检波器在0~800H z 范围内的相位响应是基本相同的,见图2所示。
图2 数字检波器和模拟检波器的相位特性对比4.抗电磁干扰方面数字检波器与常规检波器的另一个区别是数字检波器没有模拟传输,它通过对MEM S 传感器与电子元器件集成,变成全数字化传输。
全数字化传输的优点已经被证实。
在野外试验中,将堆放的常规检波器的记录与埋置在同一位置的数字检波器的记录进行对比,结果发现:在炮集记录中,常规检波器在高压线下接收的50H z 的干扰非常明显;在f k 域图上,电磁噪音对有效信号的干扰也很严重。
而在基于M EMS 数字检波器的记录中,这些干扰都没有出现,这正是由于数字检波器在结构上不同于常规检波器,且采用全数字化传输的结果。
第17卷 第4期王梅生:数字检波器的应用及效果237数字检波器的应用及效果分析数字检波器推出后,在全球的很多探区陆续进行了试验或试生产。
西方公司在Q -LAND 中所使用的数字检波器是其自行研制开发的,不对外销售,我们无法确切地了解其拥有量。
对外销售数字检波器的生产厂家主要有两家:一个是Sercel,一个是ION 。
我们对这两家公司的数字检波器在全球特别是在国内的销售情况进行了统计(数据由两家公司的代理人员提供)。
从统计结果可以看出,近年来数字检波器的应用数量正在迅速增加。
数字检波器的销售情况截至2007年4月份,Ser cel 在全球共销售DSU1、DSU3数字检波器13万道,合计15套采集系统。
其中,单分量为10000个点,三分量为40000个点。
在Sercel 所有售出的408UL 系统和428XL 系统中,数字检波器占408采集系统的6%,占428采集系统的17%。
ION 公司只生产三分量数字检波器,用于有线传输和无线传输两种仪器,截止到目前共销售有线传输55000个点,无线传输9700个点。
有线传输的55000个点中,35000个点是2006年底前销售的,20000个点是2007年销售的。
无线传输的9700个点是2006年销售的。
国内数字检波器购买和分布情况如下:1)东方地球物理公司数字408单分量检波器DSU 1,共10000道;数字Sy stem !三分量检波器,共5500个点;2)胜利物探公司408三分量检波器DSU3,5500个点;数字428三分量检波器DSU3,10000个点,正在交付中;3)四川物探公司408三分量检波器,共3000个点;4)中原物探公司Sy stem !三分量检波器,750个点。
数字检波器效果分析东方地球物理公司从2003年开始使用从美国ION 公司引进的三分量数字检波器,到目前为止共在5个区块进行了试验或生产:其中二维1个区块,三维4个区块。
2005年又开始使用从法国Ser cel 公司引进DSU 1单分量数字检波器。
到目前为止共完成12个区块的试验或生产:其中二维10个区块,三维2个区块。
另外还有多个项目正在施工中。
我们在华北、新疆两个工区对数字、模拟检波器进行了对比试验,并根据试验结果进行了效果分析。
1.华北某地区对比试验效果分析该工区地势平坦,海拔10~15m ,地表条件复杂,村庄、湖泊,水道、农田等障碍物众多。
工区地表为第四系黏土覆盖,潜水面较浅,一般在1~6m ,低降速带厚度一般为2~8m ,但是局部地区低降速带也达到10m 以上。
该区为东部老油田区,油气勘探图3 试验原始单炮记录238物 探 装 备2007年重点已由常规的构造勘探逐步转移到寻找小构造、小断层、构造(加)岩性和岩性圈闭油气藏。
本次试验中,单个数字检波器、单个模拟检波器与9个模拟检波器三条排列平行摆放在一起,每次激发三条排列同时接收,因此其噪音环境和接收环境可以认为是一致的。
图3、图4、图5是不同检波器接收的原始单炮记录、频率扫描及频谱分析图。
从图3所示的原始单炮记录中可以看出,数字检波器的视频率明显提高。
图4所示则显示,在30~60H z 带通和高通40Hz 以上滤波时,数字检波器能量相对更强。