本文關(guān)鍵詞：井下槽波地震數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理研究

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,我國(guó)對(duì)煤炭資源的需求量巨大,然而,復(fù)雜的煤田地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致煤礦的開采效率低和生產(chǎn)成本高,槽波地震勘探技術(shù)因具備準(zhǔn)確探測(cè)煤層厚度和地質(zhì)異常結(jié)構(gòu)的功能,被廣泛地應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中,為煤礦制訂開采計(jì)劃提供了寶貴的物探資料。槽波地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為槽波地震勘探技術(shù)的核心設(shè)備,其采集信號(hào)的質(zhì)量和同步精度直接決定了槽波勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性,為了便于井下開展勘探實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還應(yīng)具備輕便易用的特點(diǎn)。論文針對(duì)槽波地震勘探的應(yīng)用需求,根據(jù)國(guó)內(nèi)外主流設(shè)備的性能特點(diǎn)制訂了新的技術(shù)指標(biāo),并設(shè)計(jì)了一種信噪比和同步精度均很高的分布式槽波地震數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)的槽波地震信號(hào)采集系統(tǒng)中,地震檢波器將機(jī)械的地震信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)過(guò)低噪聲前置濾波電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的初步濾波和單端至差分的轉(zhuǎn)換,然后送入低噪聲、高分辨率的ADC采樣電路,由ADC芯片內(nèi)部的可編程增益放大器(PGA)和數(shù)字濾波器進(jìn)行放大和濾波處理,并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出給FPGA,FPGA通過(guò)SPI總線接收數(shù)據(jù)并插入時(shí)間戳信息一起寫入FIFO中,STM32通過(guò)FSMC總線讀取FIFO中的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后寫入SD卡中,同時(shí)通過(guò)USB發(fā)送至上位機(jī)采集軟件進(jìn)行顯示和存儲(chǔ),上位機(jī)采集軟件還具有波形回放功能。論文在槽波地震勘探技術(shù)領(lǐng)域首次引入分布式的高精度時(shí)鐘同步技術(shù),設(shè)計(jì)了由LEA-6T高精度授時(shí)模塊、AD9548時(shí)鐘同步芯片、MV200恒溫晶振以及STM32F4微處理器組成的高精度時(shí)鐘同步系統(tǒng),時(shí)鐘同步系統(tǒng)為ADC采樣提供同步時(shí)鐘信號(hào),實(shí)現(xiàn)了各個(gè)采集終端之間以及同一采集終端三個(gè)通道之間的同步采樣,并為時(shí)間累加器和FPGA提供時(shí)鐘信號(hào),實(shí)現(xiàn)井下的守時(shí)和授時(shí)功能,系統(tǒng)調(diào)用STM32的DSP函數(shù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了AOM(adaptive oscillator model,自適應(yīng)恒溫晶振模型)馴服守時(shí)算法,進(jìn)一步提高了井下的時(shí)鐘同步精度。論文完成了槽波地震信號(hào)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、控制算法實(shí)現(xiàn)以及LabVIEW上位機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)等任務(wù);測(cè)試了信號(hào)采集終端的同步性能,系統(tǒng)的實(shí)時(shí)同步精度穩(wěn)定在18 ns以內(nèi);模擬井下環(huán)境測(cè)試了GPS秒脈沖失效情況下的守時(shí)性能,8小時(shí)累計(jì)守時(shí)誤差小于10 us,24小時(shí)累計(jì)守時(shí)誤差小于18 us;從噪聲性能、波形失真程度以及動(dòng)態(tài)范圍等方面測(cè)試了信號(hào)采集性能,當(dāng)采樣率為1000SPS、PGA增益為?1時(shí),其最大噪聲僅為1.56?V,其最大動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)124.3 dB。最后,將槽波信號(hào)采集系統(tǒng)應(yīng)用于井下錘擊勘探實(shí)驗(yàn)中,對(duì)煤層厚度情況進(jìn)行了初步的探測(cè),探測(cè)結(jié)果與實(shí)際挖掘驗(yàn)證的情況基本一致,能滿足槽波地震勘探技術(shù)的要求。
【學(xué)位授予單位】：桂林電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P631.4

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本文編號(hào)：1286422