适于经由双导线线路连接在一起的数字地震波传感器和采集装置制造方法
【专利摘要】一种适于经由双导线线路(5)而连接到采集装置(30)的数字地震波传感器(31)。所述数字地震波传感器包括：数字传感构件(311)；提供采样频率的本地采样时钟(317)；接收构件(313)，用于接收来自所述采集装置的命令数据以及同步信息，所述同步信息提供准确的定时信息，从而实现地震波传感器同步；补偿构件(312)，用于根据所述同步信息来补偿所述本地采样时钟的漂移；传输构件(314)，用于向所述采集装置传输地震波数据；驱动构件(312)，用于根据所述双导线线路上的半双工传输协议并且使用从接收到的命令数据中提取的传输时钟，来驱动所述接收构件和所述传输构件；接收构件(315)，用于接收电力。
【专利说明】适于经由双导线线路连接在一起的数字地震波传感器和采集装置
1.【技术领域】
[0001]本发明涉及地震波数据采集。更具体而言，本发明涉及适于经由双导线线路连接在一起的数字地震波传感器和采集装置。本发明的特定应用涉及陆上地震波数据采集系统。
[0002]本发明尤其可以应用于使用地震波方法的石油勘探工业，也可以应用于实施地震波数据采集的任何领域。
2.【背景技术】
[0003]地震波数据采集系统通常使用包括电子单元的有线网络，地动传感器(gourndmovement sensor)便连接到其中的电子单元。
[0004]图1示意性地示出了根据第一种已知解决方案的地震波数据采集系统，所述第一种已知解决方案基于模拟传感器4的使用。
[0005]为了简化，各个参考数字4表不模拟传感器及其对应的外壳和外罩(在下文图6中详细示出)。
[0006]为了收集地震波数据(地球物理数据)，与地面相联系的一个或多个地震波源(图1中未图示)被激活，以传播全方向的地震波列。这些源可以包括海洋环境中的爆炸物、落锤、震动器或气枪等组成。由地下层反射的波列由模拟传感器4来检测，这些模拟传感器产生模拟信号以表示这些波在地下的地质界面上的反射。
[0007]模拟传感器4通常使用术语“模拟听地器”来指代。如图6所示，它们通常通过双导线线路5 (或用于串并联配置的三导线线路)互连成传感器组，以形成称为“模拟听地器串”的组群。为此，每个模拟听地器被安装在机械外壳(或匣)62中。模拟传感器的该机械外壳62带机械公差地被插入外罩61 ( 一般由塑料制成)内，该外罩的形状取决于调查区域的类型(沼泽、陆地等)。双导线线路5通常模制到外罩61上。
[0008]这些串中的每一者均连接到采集装置3(若干个串可以连接到同一采集装置)。为此，所述采集装置还安装在机械外壳中，所述机械外壳包括带两个触点的连接器63，该连接器适于与放置在双导线线路5 (即，串中的线缆)上的同一类型的连接器64配合。
[0009]模拟听地器串允许过滤噪声(空间滤波)，因为在双导线线路5上(向采集装置3)传播的模拟信息是每个模拟听地器的测量的平均值。
[0010]采集装置3通常使用术语“数字转换器单元(Digitizer Unit) ”来指代。它们通过有线网络(例如，四导线线路)来互连，对来自传感器组的模拟信号执行模拟数字转换，并且经由中间收集装置2(也使用术语“集中器装置”来指代)，将所得的数字地震波数据发送到中央记录系统I (也使用术语“中央数据处理单元”来指代)。中央记录系统I通常位于操测车上。
[0011]采集装置3还执行其他功能，尤其是:与中央记录系统I同步；处理地震波信号以及与数字网络接口连接(即，将地震波数据转移到中央记录系统1，对接收自中央记录系统I的命令进行接收和处理)。
[0012]图2示意性地示出了根据第二种已知解决方案的地震波数据采集系统，所述第二种已知解决方案基于数字传感器20的使用。相同元件用相同的数字参考符号表示。
[0013]数字传感器20通常使用术语“数字单元(Digital Unit) ”来指代。每个数字单元包括作为微机器加速度计(也使用术语“基于MEMS的加速度计”来指代，MEMS为“微电子机械系统”的首字母缩略词)的传感器。
[0014]与图1相比，各数字单元代替了采集装置3以及经由双导线线路5而连接到所述采集装置的一(多)束模拟传感器4。如图1中的采集装置3，数字单元20通过有线网络(例如，四导线线路)而互连并且经由中间收集装置2而将数字地震波数据发送到中央记录系统I。
[0015]在一个已知的替代性实施例中，采集装置3或数字传感器20使用无线网络来与中间收集装置2和/或中央记录系统I进行通信。[0016]在另一个已知的替代性实施例中，所使用的采集装置3或数字传感器20具有足够用于随后的地震波数据收集的存储容量。
[0017]这些数字传感器提供了优于模拟传感器的优点(尤其是在带宽和灵敏度稳定性方面)。然而，如果想要通过采集线路(每个采集线路均连接到中间收集装置2)用大量数字传感器(例如，数千个数字传感器，因此有数千个数字单元20)进行采集，那么图2的解决方案不是最佳的。实际上，在这种情况下，一条采集线路中的所有数字单元均串联，这需要各数字单元的稳健性(在质量设计和制造方面，这是昂贵的)。
[0018]此外，图2的解决方案无法在同一采集线路上具有多个传感器串(不同于图1中具有多串模拟听地器的解决方案)。然而，使用一串数字听地器是有优点的，尤其是:
[0019]?测量值的较高保真度和稳定性；以及
[0020]?一串模拟听地器所给出的测量值为多个测量的平均值，而一串N个数字听地器则给出N个测量值。使用这N个测量值可以进行更有效的空间滤波(这N个测量值的组合)。
[0021]至少出于这些原因，以及出于成本原因，发明人总结出:使用被充分证明的、包括双导线线路5(8卩，串中的线缆)和相关连接器63、64、外罩61以及外壳62的串技术(见图6)，来实施多串数字传感器是令人感兴趣的。
[0022]在特定实施例中，所提出的解决方案还应允许只将一个数字传感器经由双导线线路而连接到采集装置(即，根据总线拓扑，也称为分支拓扑的连接)。
[0023]不幸的是，目前不存在如上所述将串和数字传感器的理念组合起来的解决方案。换句话说，通过在模拟传感器的机械外壳(或匣)62中用数字传感器代替这些模拟传感器来使用串中现有的线缆(双导线线路5)，在目前是不可能的。
[0024]如上所述,模拟传感器的该机械外壳62带机械公差地被插入外罩61 ( 一般由塑料制成)内，该外罩的形状取决于调查区域的类型(沼泽、陆地等)。
[0025]需注意，在本发明被作出时，对于所属领域的技术人员而言，难以发现一种技术方案能够使用通常用于连接一个或多个模拟传感器的双导线线路(它还为质量差的线缆)，来将一个或多个数字传感器和采集装置连接在一起。
[0026]实际上，给定的数字单元经由质量好的(并且因此昂贵的)两对线路的线缆而连接到另一个数字单元，通过该线缆:
[0027]?给定的数字单元(从两个对的中点)接收电力，所述电力具体来说由给定的数字单元中所包含的数字传感器(基于MEMS的加速度计)使用；
[0028]?这两对连接到数字单元并且用于全双工模式中:一对作为命令和同步(采样时钟)的输入端；一对作为由给定的数字单元中包含的数字传感器(例如，基于MEMS的加速度计)所获得的地震波数据的输出端(这些地震波数据最终用于中央记录系统I)；
[0029]?给定的数字单元接收采样时钟(为各个数字单元中包含的所有数字传感器所共有)，所述采样时钟由给定的数字单元中所包含的数字传感器(基于MEMS的加速度计)使用。原始的采样时钟为中央记录系统I中含有的高精度时钟(例如，石英振荡器)。所述数字单元是通过用低相位噪声模拟锁相环(PLL)来从这些数据中提取采样时钟而与频率有关的。低相位噪声必须实现加速度计的超低噪声规定。为了用该PLL来实现低相位噪声，需要在输入对上一直有数据，以便处于全双工模式。实际上，没有数据馈送到PLL中的时间段，将导致PLL漂移和相位噪声。这就是使用该PLL必须使用两对的原因。
[0030]?给定的数字单元至少发送由给定的数字单元中包含的数字传感器(基于MEMS的加速度计)所获得的质量控制数据或地震波数据(这些地震波数据或质量控制数据最终用于中央记录系统I);
[0031]?给定的数字单元接收(中央记录系统I发送到给定的数字单元的)命令数据。
[0032]重要的是注意，所属领域的技术人员面临以下困境:数字传感器将经由质量差的(低成本的)标准听地器线缆(即，双导线线路)来接收采样时钟。但实际上，这是不可能的。实际上，线路上的噪声不允许这样做。更确切地说，在由PLL恢复之后，该线缆上的数据的相位抖动,并且因此采样时钟的相位抖动会太高。换句话说，由该线缆引起的衰减和失真会降低将在该线缆上传输的时钟的时间精度。此外，该线缆得到(“获得”)了会进一步使该时钟降级的环境电子噪声。
[0033]所属领域的技术人员面临着另一个问题:为了恢复来自中央记录系统I的采样时钟而使用锁相环(PLL)，引起了与将数字传感器放置在通常含有模拟传感器的外壳中的所需目标不一致的尺寸问题。
[0034]使用PLL还引起了与减少采集装置的功耗的所需目标不一致的巨大功耗问题。
[0035]因此，所属领域的技术人员为此没有动机去尝试将传感器串和数字传感器的理念组合起来。
[0036]3.发明目的
[0037]在至少一个实施例中，本发明尤其旨在克服现有技术的这些不同缺点。
[0038]更具体而言，本发明的至少一个实施例的目的是提供一种使用通常用于连接一个或多个地震波模拟传感器的双导线线路(即使该双导线线路是质量差的线缆)，将一个或多个地震波数字传感器与采集装置连接起来的技术。
[0039]本发明的至少一个实施例的另一目的是提供一种该类技术，从而允许通过在模拟传感器的机械外壳中用数字传感器来代替这些模拟传感器，来使用已知串中的现有线缆(双导线线路)。因此，该技术的开发成本较低(不需要开发新的机械外壳)。
[0040]换句话说，本发明的至少一个实施例的目的是提供一种数字传感器，该数字传感器具有一定的紧凑性以允许将其放置在通常含有模拟传感器的外壳中。[0041]本发明的至少一个实施例的另一目的是提供一种该类技术以允许降低采集装置的功耗。4.
【发明内容】
[0042]本发明的特定实施例提出了一种地震波传感器，所述地震波传感器适于经由双导线线路而连接到采集装置，所述采集装置采集由地震波传感器提供的地震波数据并且将所述地震波数据传输到中央记录系统或传输到中间收集装置。所述地震波传感器为数字地震波传感器，其包括:
[0043]-提供所述地震波数据的数字传感构件；
[0044]-将采样频率提供给所述数字传感构件的本地采样时钟；
[0045]-用于经由所述双导线线路而接收同步信息的构件，所述同步信息提供准确的定时信息，从而实现地震波传感器同步；
[0046]-用于根据所述同步信息来补偿所述本地采样时钟的漂移的构件；
[0047]-用于经由所述双导线线路而接收来自采集装置的命令数据的构件；
[0048]-用于经由所述双导线线路而向采集装置传输地震波数据的构件；
[0049]-驱动构件，用于根据所述双导线线路上的半双工传输协议并且使用从接收到的命令数据中提取的传输时钟，来驱动用于接收命令数据的所述构件以及用于传输地震波数据的所述构件；
[0050]-用于在所述双导线线路上接收电力的构件；以及
[0051]-用于将用于接收命令数据的所述构件、用于传输地震波数据的所述构件以及用于接收电力的所述构件耦合到所述双导线线路上的构件。
[0052]该特定实施例依据的是完全新颖且创造性的方法，该方法组合了若干特征:
[0053]?在同一双导线线路上多路复用地震波数据传输、命令数据接收以及电力。这样允许在数字地震波传感器与采集装置之间使用双导线线路；并且
[0054]?使用本地采样时钟，所述本地采样时钟的漂移根据接收到的同步信息来进行补偿。换句话说，我们摆脱了从数据中提取采样时钟的高性能PLL。实际上，我们分离(区分开)了由数据传感构件(例如，基于MEMS的加速度计)所使用的采样时钟与由用于接收和传输的构件所使用的传输时钟。这样允许使用标准的低成本/低质量听地器线缆(不是用于传输高频数字数据而是用于传输低频模拟数据)，并且允许在单一对线缆上使用半双工模式。
[0055]根据一特定特征，用于耦合的所述构件适用于根据总线拓扑而连接到所述双导线线路的连接。
[0056]因此，根据本发明的若干个数字地震波传感器可以根据总线拓扑(即，分支拓扑)而连接到同一双导线线路。换句话说，这样允许实施连接到双导线线路的一串数字地震波传感器。使用该串数字传感器的优点如上。
[0057]根据一特定特征，所述数字传感构件包括在所述本地采样时钟所提供的采样频率下对数据进行采样的模拟/数字转换器，从而提供具有由本地采样时钟提供的时间的、一系列被采样的且有日期的地震波数据。用于补偿所述本地采样时钟的漂移的所述构件包括:[0058]-用于测量所述本地采样时钟的频率误差的计时模块，所述计时模块能够使所述本地采样时钟符合所述同步信息；以及
[0059]-用于根据测定的频率误差来修正所述被采样的且有日期的地震波数据的再采样模块。
[0060]根据一特定特征，地震波传感器被整合在像机械外壳的“标准模拟听地器”中。
[0061]这样允许对数字传感器使用被充分证明的机械外壳技术 。
[0062]根据一特定特征，地震波传感器包括全数字延迟锁定环，以从接收到的命令数据中提取出传输时钟。
[0063]ADDLL具有与PLL相同的功能，但是它产生具有某一高相位噪声的时钟，该高相位噪声不符合基于MEMS的加速度计噪声规定。
[0064]根据本发明，本地采样时钟与传输时钟分离的事实，允许使用具有许多优点的ADDLL:
[0065]?该ADDLL允许节约占用空间(它几乎零尺寸)并且较便宜(它几乎零成本)，因为它被整合在数字传感器中所包含的CPU中(这在PLL中几乎是不存在的情况)；
[0066]?不存在学习阶段。在双导线线路上进行全双工传输的情况下，使用PLL是可接受的，因为只在通电时存在学习阶段(这可能花大约200ms)。随着双导线线路用于半双工中，该学习阶段将发生在每个消息中(在通信的每次反向时)，这样会阻碍带宽。
[0067]根据一特定特征，所述数字传感构件属于包括以下项的群组:基于MEMS的加速度计、基于MEMS的速度计以及与模拟/数字转换器整合的模拟听地器。
[0068]根据一特定特征，所述数字传感构件为单组件传感器。
[0069]因此，地震波数字传感器的紧凑性进一步提高。
[0070]根据一替代性实施例，所述数字传感构件为三组件传感器。
[0071]本发明的另一特定实施例提出了包括连接到双导线线路的多个地震波传感器的一串地震波传感器，所述双导线线路适于连接到采集装置，所述采集装置采集由所述多个地震波传感器提供的地震波数据并且将所述地震波数据传输到中央记录系统或传输到中间收集装置。所述地震波传感器中的每一者均为根据上述实施例中任一项的地震波传感器。
[0072]本发明的另一特定实施例提出了一种采集装置，所述采集装置适于经由双导线线路而连接到至少一个地震波传感器，所述采集装置包括用于采集由至少一个地震波传感器提供的地震波数据的构件以及用于将所述地震波数据传输到中央记录系统或传输到中间收集装置的构件。该采集装置包括:
[0073]-用于经由所述双导线线路而传输同步信息的构件，所述同步信息提供准确的定时信息，从而实现地震波传感器同步；
[0074]-用于经由所述双导线线路而向所述至少一个数字地震波传感器传输命令数据的构件；
[0075]-用于经由所述双导线线路而接收来自所述至少一个数字地震波传感器的数字地震波数据的构件；
[0076]-驱动构件，用于根据所述双导线线路上的半双工传输协议并且使用从本地时钟以及所述地震波数据中获得的传输时钟，来驱动用于接收数字地震波数据的所述构件以及用于传输命令数据的所述构件；
[0077]-用于在所述双导线线路上传输电力的构件；以及
[0078]-用于将用于接收数字地震波数据的所述构件、用于传输命令数据的所述构件以及用于传输电力的所述构件耦合到所述双导线线路上的构件。
[0079]所提出的采集装置适于(经由双导线线路)与上述一个或一串若干个新的数字地震波传感器配合。
[0080]根据一特定特征，采集装置包括模拟/数字转换器、切换构件以及用于启用/停用的构件，使得如果所述至少一个地震波传感器为数字类型，那么:
[0081]-所述切换构件将来自所述至少一个地震波传感器的数字地震波数据引导向所述耦合构件；
[0082]-所述模拟/数字转换器被停用；
[0083]-用于传输命令的所述构件被启用；
[0084]-所述驱动构件被启用，以根据所述双导线线路上的所述半双工传输协议并且使用所述传输时钟，来驱动用于接收地震波数据的所述构件以及用于传输命令数据的所述构件；
[0085]-用于传输电力的所述构件被启用。
[0086]根据一特定特征，用于启用/停用的所述构件使得如果所述至少一个地震波传感器为模拟类型，那么:
[0087]-所述切换构件将来自所述至少一个地震波传感器的所述模拟地震波数据引导向所述模拟/数字转换器；
[0088]-所述模拟/数字转换器被启用，以将所述模拟地震波数据转换成数字地震波数据；
[0089]-用于传输命令的所述构件被停用；
[0090]-用于传输电力的所述构件被停用。
[0091]因此，同一采集装置可以与一个或一串若干个传统的模拟地震波传感器一起使用，或与一个或一串若干个新型数字地震波传感器一起使用。
[0092]根据一特定特征，采集装置包括用于自动检测至少一个地震波传感器是否已经由双导线线路而连接到采集装置的构件，以及用于自动确定连接到采集装置的至少一个地震波传感器的类型(模拟或数字)的构件。
[0093]根据一特定特征，采集装置被整合在像机械外壳的“用于模拟传感器的标准采集装置”中，该机械外壳包括带两个触点的连接器，该连接器适于与放置在双导线线路上的同一类型的连接器配合。
[0094]这样允许对采集装置使用被充分证明的机械外壳技术。
[0095]根据一特定特征，采集装置包括全数字延迟锁定环，以从接收到的地震波数据中提取出传输时钟。
[0096]在采集装置中使用ADDLL的优点与上文已针对数字地震波传感器论述的优点相同。
5.【专利附图】
【附图说明】[0097]通过下文的描述，并借助于说明性而非限定性的实例和附图，可以更加清楚地了解本发明的实施例的其他特征及优点，在这些附图中:[0098]-图1示意性地示出了根据第一种已知解决方案的地震波数据采集系统，所述第一种已知解决方案基于模拟传感器的使用；
[0099]-图2示意性地示出了根据第二种已知解决方案的地震波数据采集系统，所述第二种已知解决方案基于数字传感器的使用；
[0100]-图3示意性地示出了根据本发明一特定实施例的地震波数据采集系统；
[0101]-图4详细描绘了图3中出现的串，并且所述串包括连接到采集装置的两个数字传感器；
[0102]-图5详细描绘了采集装置的替代性实施例，所述采集装置上可以连接有一串数字传感器，或一串模拟传感器；
[0103]-图6示意性地示出了根据现有技术的一串模拟听地器。
6.【具体实施方式】
[0104]在本文件的所有附图中，相同的元件和步骤用同一个数字标号表示。
[0105]图1、图2和图6涉及现有技术并且已在上文中论述。
[0106]现参考图3，我们呈现了根据本发明一特定实施例的地震波数据采集系统。
[0107]如图1和图2，该地震波数据采集系统包括中央记录系统I (通常在操测车上)以及中间收集装置2 ( “集中器装置”)。
[0108]如图1，该系统还包括多串传感器，但是在图3中，所使用的传感器为新的数字传感器31 (见下文图4的描述)。
[0109]为了最佳地理解本发明，各个参考数字31表示数字传感器及其对应的外壳和外罩。
[0110]每串数字传感器31经由双导线线路5而连接到新的采集装置30，下文中也称为“新的数字转换器单元”(见下文图4的描述)。
[0111]在该特定实施例中，我们有以下特征:
[0112]?该串线缆为通常用于连接一个或多个模拟听地器的标准低成本/低质量双导线线路5，如图1，且并非用于传输高频数字数据而是用于低频模拟数据；
[0113]?每个数字传感器31的外罩和外壳与模拟传感器4的外罩61和外壳62 (如图6所示)相同；
[0114]?每个采集装置30的外壳与图1中的采集装置3的外壳相同。
[0115]因此，我们使用被充分证明的、包括双导线线路5 ( 即，串中的线缆)以及相关连接器的串技术。
[0116]在一替代性实施例中，至少一个串只包括经由双导线线路5而连接到采集装置30的一个数字传感器31。
[0117]图4详细描绘了图3中出现的串并且包括经由双导线线路5而连接到采集装置30的两个数字传感器31。
[0118]为了简化图4，只示出了一个采集装置30，并且该采集装置30与中央记录系统I之间的网络未图示。[0119]我们现在详细描述根据该第一实施例的数字传感器31的结构以及采集装置30的结构。
[0120]数字传感器31包括:
[0121]?提供地震波数据的基于MEMS的加速度计311 (或任何其他数字传感构件，例如基于MEMS的速度计或与模拟/数字转换器整合的模拟听地器)。在一特定实施例中，数字传感构件311为单组件传感器。在一替代性实施例中，数字传感构件311为三组件传感器；
[0122]?将采样频率提供给基于MEMS的加速度计的本地采样时钟317 ；
[0123]?处理器312 (或CPU，即“中央处理单元”)，以及相关的存储器(未图示:只读存储器(ROM)以及随机存取存储器(RAM))；
[0124]?用于在双导线线路5上接收电力的接收块315 ；
[0125]?用于接收以下项的接收块313:
[0126]〇来自采集装置30的命令数据；以及
[0127]〇提供准确的定时信息以启用传感器同步的同步信息(像同步帧)，所述同步信息经由所述双导线线路5而接收自采集装置30 ；
[0128]?用于至少将地震波数据和质量控制数据传输向采集装置30的传输块314 ；
[0129]^ADDLL块316( “全数字延迟锁定环”)，用于从来自采集装置30的所接收的命令数据中提取出传输时钟；
[0130]?用于将接收块313和315以及传输块314耦合到双导线线路5上的耦合块318。在一特定实施例中，耦合块318适用于根据总线拓扑而连接到双导线线路5的连接。
[0131]耦合块318允许在同一双导线线路5上多路复用地震波数据传输、命令数据接收以及电力。更详细地，耦合块318包括:第一电容器(连接在双导线线路5的第一导线与接收块313的第一输入端和传输块314的第一输出端之间)、第二电容器(连接在双导线线路5的第二导线与接收块313的第二输入端和传输块314的第二输出端之间)、第一电感器(连接在双导线线路5的第一导线与接收块315的第一输入端之间)以及第二电感器(连接在双导线线路5的第二导线与接收块315的第二输入端之间)。
[0132]处理器312实施以下额外功能:
[0133]?补偿本地采样时钟317的漂移；以及
[0134]?根据双导线线路5上的半双工传输协议并且使用由ADDLL块316从来自采集装置30的所接收的命令数据中提取出来的传输时钟，来驱动接收块313和传输块314。
[0135]在一特定实施例中，漂移补偿的功能取自以瑟塞尔公司(Sercel)名义的第7，548，600B2号美国专利的教示。
[0136]在当前背景下，基于MEMS的加速度计311包括在所述本地采样时钟317所提供的采样频率下对数据进行采样的模拟/数字转换器(未图示)，从而提供具有由本地采样时钟317提供的时间的、一系列被采样的且有日期的地震波数据。
[0137]处理器312或协处理器(未图示)，包括:
[0138]?用于测量本地采样时钟317的频率误差的计时模块，所述计时模块能够使本地采样时钟符合同步帧(也称为“参考时钟”)；以及
[0139]?用于根据测定的频率误差来修正被采样的且有日期的地震波数据的再采样模块。[0140]涉及计时模块和再采样模块的所有实施细节均可以在前述第7，548，600B2号美国专利的描述和附图中找到。
[0141]在一特定实施例中，根据双导线线路5上的半双工传输协议来驱动接收块313和传输块314的功能，是通过任何已知的半双工传输协议来执行的。
[0142]在一替代性实施例中，由处理器312实施的所有功能(见以上论述)可以由专用硬件机器或组件来实施，例如FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)或任何其他硬件模块(或若干个硬件模块的任何组合)。也可以使用将硬件部分与软件部分组合在一起的任何形式。
[0143]在图4中所示的第一实施例中，采集装置30包括:
[0144]?本地时钟307;
[0145]?用于与网络(即，中间收集装置2 (“集中器装置”)或另一采集装置)接口连接的接口连接块301 ；
[0146]?处理器302 (或CPU，即“中央处理单元”)，以及相关的存储器(未图示:只读存储器(ROM)以及随机存取存储器(RAM))；
[0147]?用于在双导线线 路5上将电力供应给数字传感器31的电源块305 ；
[0148]?用于至少接收来自数字传感器31的地震波数据和质量控制数据的接收块303 ；
[0149]?用于传输以下项的传输块304: [0150]〇发往数字传感器31的命令数据；以及
[0151]〇提供准确的定时信息以启用传感器同步的同步信息(像同步帧)，所述同步信息经由双导线线路5而被传输；
[0152]^ADDLL块306( “全数字延迟锁定环”)，用于从由数字传感器31发送到采集装置30的数据中所含有的接收到的位中提取出传输时钟；
[0153]?用于将接收块303和305以及传输块304耦合到双导线线路5上的耦合块308 (与数字传感器31中所包含的耦合块318相同)。在一特定实施例中，耦合块308适用于根据总线拓扑而连接到双导线线路5的连接。
[0154]处理器302实施采集装置的传统功能(例如，处理地震波信号以及与数字网络接口连接，即，将地震波数据转移到中央记录系统1，对接收自中央记录系统I的命令进行接收和处理，等)。
[0155]处理器302还实施以下额外功能:根据双导线线路5上的半双工传输协议并且使用由ADDLL块306提取出来的传输时钟，来驱动接收块303和传输块304 (见上文)。
[0156]在一特定实施例中，根据双导线线路5上的半双工传输协议来驱动接收块303和传输块304的功能，是通过任何已知的半双工传输协议来执行的。如果该串包括若干个数字传感器31(如图4中所示的情况)，那么半双工传输协议还对时分多路复用(TDM)进行管理以在采集装置30和数字传感器31中共享双导线线路5的使用。
[0157]在一替代性实施例中，由处理器302实施的所有功能(见以上论述)可以由专用硬件机器或组件来实施，例如FPGA、ASIC或任何其他硬件模块(或若干个硬件模块的任何组合)。也可以使用将硬件部分与软件部分组合在一起的任何形式。
[0158]图5详细描述了采集装置50的替代性实施例，所述采集装置上可以连接有一串数字传感器(在图5中未图示，但是与图4中所示的情况相同)，或一串模拟传感器51 (图5中所示的情况)。
0159]模拟传感器51是为人熟知的，且在此不详述。
0160]在该替代性实施例中，采集装置50与图4中的采集装置30的不同之处在于它包括模拟/数字转换器309以及根据这些传感器的类型(模拟或数字)而为来自这些传感器的数据选择路径的切换块310，且不同之处在于处理器302还实施启用/停用功能使得:
0161]-如果地震波传感器为模拟类型的(图5中所示的情况)，那么:
0162]*切换块310将数据(来自模拟传感器51)引导向模拟/数字转换器309 ；
0163]*模拟/数字转换器309被启用，以将由模拟传感器51提供的地震波数据转换成数字地震波数据；
0164]*传输块304被停用；
0165]*电源块305被停用；
0166]-如果地震波传感器为数字类型的(图4中所示的情况)，那么:
0167]*切换块310将数据(来自数字传感器31)引导向耦合块308;
0168]*模拟/数字转换器309被停用；
0169]*传输块304被启用；
0170]*驱动功能被启用，以根据双导线线路5上的半双工传输协议并且使用传输时钟，来驱动接收块303和传输块304 ；
0171]*电源块305被启用。
0172]在一特定实施例中，采集装置50包括用于自动检测一个地震波传感器或一串地震波传感器是否已经由双导线线路而连接到采集装置的构件，以及用于自动确定连接到采集装置的该地震波传感器或这些地震波传感器的类型(模拟或数字)的构件。
【权利要求】
1.一种适于经由双导线线路(5)而连接到采集装置(30)的地震波传感器(31)，所述采集装置采集由所述地震波传感器提供的地震波数据并且将所述地震波数据传输到中央记录系统(I)或传输到中间收集装置(2)，其特征在于所述地震波传感器为数字地震波传感器，其包括:提供所述地震波数据的数字传感构件(311)；将采样频率提供给所述数字传感构件的本地采样时钟(317)；接收构件(313)，用于经由所述双导线线路而接收同步信息，所述同步信息提供准确的定时信息，从而实现地震波传感器同步；补偿构件(312)，用于根据所述同步信息来补偿所述本地采样时钟的漂移；接收构件(313)，用于经由所述双导线线路而接收来自所述采集装置的命令数据；传输构件(314)，用于经由所述双导线线路而向所述采集装置传输地震波数据；驱动构件(312)，用于根据所述双导线线路上的半双工传输协议并且使用从接收到的命令数据中提取的传输时钟，来驱动用于接收命令数据的所述构件以及用于传输地震波数据的所述构件；接收构件(315)，用于在所述双导线线路上接收电力；以及 耦合构件(318)，用于将用于接收命令数据的所述构件、用于传输地震波数据的所述构件以及用于接收电力的所述构件耦合到所述双导线线路上。
2.根据权利要求1所述的地震波传感器，其特征在于所述耦合构件适用于根据总线拓扑而连接到所述双导线线路的连接。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的地震波传感器，其特征在于所述数字传感构件包括在所述本地采样时钟所提供的所述采样频率下对数据进行采样的模拟/数字转换器，从而提供具有由所述本地采样时钟提供的时间的、一系列被采样的且有日期的地震波数据，并且特征在于用于补偿所述本地采样时钟的漂移的所述构件包括:用于测量所述本地采样时钟的频率误差的计时模块，所述计时模块能够使所述本地采样时钟符合所述同步信息；以及用于根据测定的频率误差来修正所述被采样的且有日期的地震波数据的再采样模块。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的地震波传感器，其特征在于所述地震波传感器包括全数字延迟锁定环(316)，用于从接收到的命令数据中提取所述传输时钟。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的地震波传感器，其特征在于所述数字传感构件属于包括以下项的群组:基于MEMS的加速度计、基于MEMS的速度计以及与模拟/数字转换器整合的模拟听地器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的地震波传感器，其特征在于所述数字传感构件为单组件传感器。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的地震波传感器，其特征在于所述数字传感构件为三组件传感器。
8.—种地震波传感器串，所述地震波传感器串包括连接到双导线线路(5)的多个地震波传感器(31)，所述双导线线路适于连接到采集装置(30)，所述采集装置采集由所述多个地震波传感器提供的地震波数据并且将所述地震波数据传输到中央记录系统或传输到中间收集装置，其特征在于所述地震波传感器中的每一者为根据权利要求1至7中任一项所述的地震波传感器。
9.一种采集装置(30)，所述采集装置适于经由双导线线路(5)而连接到至少一个地震波传感器(31)，所述采集装置包括用于采集由所述至少一个地震波传感器提供的地震波数据的构件以及用于将所述地震波数据传输到中央记录系统(I)或传输到中间收集装置(2)的构件，其特征在于所述采集装置包括:传输构件(304)，用于经由所述双导线线路而传输同步信息，所述同步信息提供准确的定时信息，从而实现地震波传感器同步；传输构件(304)，用于经由所述双导线线路而向所述至少一个数字地震波传感器传输命令数据；接收构件(303)，用于经由所述双导线线路而接收来自所述至少一个数字地震波传感器的数字地震波数据；驱动构件(302)，用于根据所述双导线线路上的半双工传输协议并且使用从本地时钟(307)以及所述地震波数据中获得的传输时钟，来驱动用于接收数字地震波数据的所述构件以及用于传输命令数据的所述构件 ；传输构件(305)，用于在所述双导线线路上传输电力；以及耦合构件(308)，用于将用于接收数字地震波数据的所述构件、用于传输命令数据的所述构件以及用于传输电力的所述构件耦合到所述双导线线路上。
10.根据权利要求9所述的采集装置，其特征在于所述采集装置包括模拟/数字转换器(309)、切换构件(310)以及用于启用/停用的构件(301)，使得如果所述至少一个地震波传感器为数字类型，那么:所述切换构件将来自所述至少一个地震波传感器的数字地震波数据引导向所述耦合构件；所述模拟/数字转换器被停用；用于传输命令的所述构件被启用；所述驱动构件被启用，以根据所述双导线线路上的所述半双工传输协议并且使用所述传输时钟，来驱动用于接收地震波数据的所述构件以及用于传输命令数据的所述构件；用于传输电力的所述构件被启用。
11.根据权利要求10所述的采集装置，其特征在于用于启用/停用的所述构件使得如果所述至少一个地震波传感器为模拟类型，那么:所述切换构件将来自所述至少一个地震波传感器的模拟地震波数据引导向所述模拟/数字转换器；所述模拟/数字转换器被启用，以将所述模拟地震波数据转换成数字地震波数据；用于传输命令的所述构件被停用；用于传输电力的所述构件被停用。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的采集装置，其特征在于所述采集装置包括用于自动检测至少一个地震波传感器是否已经由所述双导线线路而连接到所述采集装置的构件(301)，以及用于自动确定连接到所述采集装置的所述至少一个地震波传感器的类型(模拟或数字)的构件(301)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的采集装置，其特征在于所述采集装置包括全数字延迟锁定环(306)，用于从`接收到的地震波数据中提取传输时钟。
【文档编号】G01V1/18GK103513274SQ201310241444
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】丹尼尔·潘尼科, 杰罗姆·莱恩, 雅克·哈蒙 申请人:瑟塞尔公司