[发明专利]无缆地震仪多冗余同步数据采集装置及采集方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种地球物理勘探中的无缆遥测地震仪，尤其是涉及无缆存储式地震仪中以世界协调时为同步基准的多冗余数据采集同步方法。

背景技术：

地震仪发展经历了模拟地震仪、集中式地震仪、现代分布式遥测地震仪三个大的阶段，当前的主流地震仪是有线遥测地震仪，其典型代表是法国Sercel公司的408UL、428XL和美国ION公司的Scorpion地震勘探系统。以428XL为例，现代遥测地震仪采用有线连接主从架构，测量系统由主控站(控制管理总体测量工作流程)、交叉站(转发测量命令和数据)、采集站(地震数据采集单元)、和电源站(供电单元)组成。上千上万个地震采集站通过数传电缆连接在一起，并同交叉站相连，交叉站通过电缆线与主机相连，构成一个地震数据测量网络。地震采集站为“单站单道”结构，一个站负责一个地震传感器(拾振器，又称地震检波器)的模拟信号采集，所有采集站的总数即为测量系统的总数据采集道数，地震勘探要求所有采集通道必须同步启动数据采集。428XL为了实现所有采集通道的同步数据采集，在数传电缆中设定了专用的采集命令和同步信号构建同步机制，所有地震采集站通过数传电缆线监测主控站发出的采集命令和同步信号，采集站在检测到同步信号后立即启动数据采集，从而实现所有采集通道的同步数据采集。采集站完成数据采集后，通过数传电缆线将数据发送到主控站，主控站接收并回放所有采集站同步采集的地震数据，实时监测采集结果并存入硬盘。现代有线遥测地震仪的优点是数据通讯速率快、道带载能力高，得到了广泛的应用；但对于复杂地形地表条件下的地震数据采集，如山地、黄土沟壑区等，有线遥测地震仪由于电缆线的束缚，不便在地表起伏大，沟壑纵横的地区施工。为了解决复杂地形地区的地震数据采集问题，可以采用无缆存储式的地震采集站结构，地震采集站摆脱电缆线，将野外采集的地震数据存储在内部非易失性存储器中，从而适应复杂地区的数据采集，这就是无缆遥测地震仪。无缆遥测地震仪为了同步需要一种共同的时间服务系统。

当前，无缆遥测地震仪通常采用GPS卫星定位系统授时作为时间服务系统，CN01134726.0公开了一种“GPS卫星授时遥测地震仪”和CN200910169540.1公开了一种“利用短信进行地震仪控制和数据传送的方法及短信控制传送型无缆地震仪”都采用GPS卫星授时作为同步时钟，进而实现多地震采集站之间的同步数据采集。但是，在大山附近、丛林茂密地区等卫星信号较差的条件下，GPS定位系统授时信息不可获得，或因电磁干扰等原因GPS信号失锁可能导致一批采集站无法实现同步数据采集，使得整个采集系统无法正常工作进而陷入瘫痪，这很大程度上限制了无缆地震仪的应用。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种无缆地震仪多冗余同步数据采集装置；

本发明的目的是提供一种无缆地震仪多冗余同步数据采集方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

无缆地震仪多冗余同步数据采集装置，是由PC机经校钟控制器的1-128接口一对一连接1-128个无缆地震仪采集站，1个电源适配器并联连接1-128无缆地震仪采集站，GNSS接收模块经总线驱动并联连接1-128个总线连接器，1-128个总线连接器一对一连接1-128个无缆地震仪采集站。

采集站是由ARM-Linux系统分别连接CF卡、GPS接收机、以太网口和同步动态随机存储器，ARM-Linux系统经可编程逻辑器件与模拟调理电路连接，可编程逻辑器件连接GPS接收机秒脉冲输出端，恒温晶振连接数字滤波器和可编程逻辑器件，四通道模拟输入经模拟调理电路、Δ∑调制器和数字滤波器与可编程逻辑器件连接构成。

采集站校钟控制器是由GNSS接收模块、FPGA智能时钟系统、晶振和采集站主控及采集系统构成，GNSS接收模块授时信息经COM2口输出并与采集站主控系统及采集系统连接，GNSS同步脉冲信号CLK2与自锁控制器和采集站主控及采集系统连接，FPGA智能时钟系统由自锁控制器、分频器、公历时钟智能计数器、SPI接口和置数模块构成，置数模块接收采集站主控及采集系统经CRL2口发送的校钟信息，并置入公历时钟计数器，自锁控制器、分频器和晶振构成公历时钟计数器的计数控制开关，由采集站主控及采集系统经CRL1控制，公历时钟智能计数器同步脉冲CLK1与采集站主控及采集系统连接，公历时钟智能计数器的授时信息通过SPI接口转换后经COM1口与采集站主控及采集系统连接。