3077.井下槽波地震數(shù)據(jù)采集及信號處理研究

1、密級碩士學位論文（全日制專業(yè)學位碩士）（全日制專業(yè)學位碩士）題目題目井下槽波地震數(shù)據(jù)采集及信號處理研究井下槽波地震數(shù)據(jù)采集及信號處理研究（英文）（英文）ResearchonUndergroundInseamSeismicDataAcquisitionSignalProcessing研究生學號:1402303013研究生姓名:黃三指導教師姓名、職稱指導教師姓名、職稱:張法全張法全研究員研究員申請學位類別:工程碩士工程碩士領域:電子與通信工

2、程電子與通信工程論文答辯日期:2017年6月摘要I摘要隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國對煤炭資源的需求量巨大，然而，復雜的煤田地質環(huán)境導致煤礦的開采效率低和生產(chǎn)成本高，槽波地震勘探技術因具備準確探測煤層厚度和地質異常結構的功能，被廣泛地應用于煤礦生產(chǎn)中，為煤礦制訂開采計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的核心設備，其采集信號的質量和同步精度直接決定了槽波勘探結果的準確性，為了便于井下開展勘探實驗，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還應具

3、備輕便易用的特點。論文針對槽波地震勘探的應用需求，根據(jù)國內(nèi)外主流設備的性能特點制訂了新的技術指標，并設計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)。在設計的槽波地震信號采集系統(tǒng)中，地震檢波器將機械的地震信號轉換成電信號，經(jīng)過低噪聲前置濾波電路實現(xiàn)信號的初步濾波和單端至差分的轉換，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)字濾波器進行放大和濾波處理，并轉換成數(shù)字量輸出給FP

4、GA，F(xiàn)PGA通過SPI總線接收數(shù)據(jù)并插入時間戳信息一起寫入FIFO中，STM32通過FSMC總線讀取FIFO中的數(shù)據(jù)進行解析后寫入SD卡中，同時通過USB發(fā)送至上位機采集軟件進行顯示和存儲，上位機采集軟件還具有波形回放功能。論文在槽波地震勘探技術領域首次引入分布式的高精度時鐘同步技術，設計了由LEA6T高精度授時模塊、AD9548時鐘同步芯片、MV200恒溫晶振以及STM32F4微處理器組成的高精度時鐘同步系統(tǒng)，時鐘同步系統(tǒng)為ADC采

5、樣提供同步時鐘信號，實現(xiàn)了各個采集終端之間以及同一采集終端三個通道之間的同步采樣，并為時間累加器和FPGA提供時鐘信號，實現(xiàn)井下的守時和授時功能，系統(tǒng)調(diào)用STM32的DSP函數(shù)庫實現(xiàn)了AOM（adaptiveoscillatmodel，自適應恒溫晶振模型）馴服守時算法，進一步提高了井下的時鐘同步精度。論文完成了槽波地震信號采集系統(tǒng)的硬件電路設計、驅動程序設計、控制算法實現(xiàn)以及LabVIEW上位機數(shù)據(jù)采集軟件設計等任務；測試了信號采集終端

6、的同步性能，系統(tǒng)的實時同步精度穩(wěn)定在18ns以內(nèi)；模擬井下環(huán)境測試了GPS秒脈沖失效情況下的守時性能，8小時累計守時誤差小于10us，24小時累計守時誤差小于18us；從噪聲性能、波形失真程度以及動態(tài)范圍等方面測試了信號采集性能，當采樣率為1000SPS、PGA增益為1?時，其最大噪聲僅為1.56V?，其最大動態(tài)范圍可達124.3dB。最后，將槽波信號采集系統(tǒng)應用于井下錘擊勘探實驗中，對煤層厚度情況進行了初步的探測，探測結果與實際挖掘驗