一种微秒时序控制的多通道电火花震源系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地震勘探技术领域，特别涉及一种微秒时序控制的多通道电火花震源系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]在地表通过人工方法激发地震波，在地震波向地下传播过程中，当遇到介质性质不同的岩层分界面时，将发生反射和折射。当所激发的地震波足够强，频谱在适宜传播的范围内，我们就可以通过检波器在地表或井中接收到这种地震波，此地震波与震源特性、检波器的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构直接相关，因此可对地下岩层的性质和形态进行推断。这里，震源系统无疑扮演着引擎和取经的使命，它决定着矿产探测的可行性和精确性。陆地地震勘探用的震源系统包括炸药震源系统、夯击车震源系统、液压驱动式可控震源系统、电磁式可控震源系统等。从上一世纪七十年代起中国科学院电工所陆续研制的陆地电火花震源系统，应用于石油、地质等勘探领域，取得了一定的成效。随着我国现有已探明储量矿产资源的日渐减少，有的甚至濒临枯竭，潜在大矿、富矿的勘查意义重大。但是前期系列产品，存在体积过大，野外工作笨重等特点，另外这些震源系统都要挖井注水或利用地下水层。鉴于多数金属矿大多在山区，这种方式虽然可行，但实施起来极不方便。
[0003]公开号为102830427A的中国专利公开了一种弹性波勘查用电火花震源的探测方法，公开号为1632615的中国专利公开了智能控制复合相干电火花震源装置，它们主要用于海洋地震勘探领域，需要有广阔的水域，无法用于陆地使用。公开号为102830638A的中国专利公开的可控电火花震源电路和湘潭无线电有限责任公司生产的XW5512A电火花震源，贮存电能仅900J，可用于建筑粧基、桥墩检测、金属无损检测及浅层勘探等，但如果用于深层地质探测，激发能量的不足带来信号衰减，检波器往往很难采集到回波信号，在工程上难以实施。公开号为85103629的中国专利公开的车载陆地电火花震源，将震源的全部部件安装在一辆汽车或拖车上，在平坦地带可给勘探带来极大的便利，但是在山区则不实用。
【发明内容】
[0004]基于上述情况，有必要提供一种微秒时序控制的多通道电火花震源系统及控制方法。
[0005]一种微秒时序控制的多通道电火花震源系统，包括多个等间距设置的单通道电火花震源、信号连接于所述单通道电火花震源的ARM处理器、与所述ARM处理器信号连接的上位机、与所述上位机信号连接的交叉站以及与所述交叉站信号连接的地震检波器；其中:
[0006]所述上位机，用于向ARM处理器发出控制指令，接收和储存交叉站传输的地震波信号;
[0007]所述ARM处理器，用于在单通道电火花震源和上位机之间进行信号传递；
[0008]所述多个单通道电火花震源，用于发射的地震波；
[0009]所述地震检波器，用于采集所述多个单通道电火花震源发射的地震波信号；
[0010]所述交叉站，用于将地震检波器采集的地震波信号传输至上位机。进一步的，还包括电源系统，所述电源系统分别与每个所述单通道电火花震源连接。
[0011]具体的，所述电源系统包括发电机和高压充电电源；所述发电机产生交流电，经高压充电电源将交流电转换成高压直流电，为所述单通道电火花震源进行充电。
[0012]更进一步的，所述单通道电火花震源包括、储能电容、电压测量模块、放电控制开关、放电电缆和放电换能器；所述储能电容与所述高压充电电源连接，用于储存所述高压充电电源输送的高压直流电；所述电压测量模块与所述储能电容并联，用于将测量的储能电容的电压信号传输至ARM处理器；所述储能电容与所述放电换能器之间通过放电电缆连接，所述储能电容与放电电缆之间还设置有放电控制开关。
[0013]作为一种改进，所述单通道电火花震源还包括隔离硅堆，所述隔离硅堆设置在储能电容和高压充电电源之间，用于在充电和放电过程中对储能电容和高压充电电源进行隔离和保护。
[0014]作为另一种改进，所述电火花震源还包括泄放模块，所述泄放模块与所述储能电容并联，用于泄放充电或放电过程中储能电容中的残余电荷。
[0015]接着，所述电火花震源还包括触发板，所述触发板与所述放电开关连接，所述触发板还与所述ARM处理器电性连接，用于接收ARM处理器发出的控制信号，并控制放电开关的导通与闭合。
[0016]一种微秒时序控制的多通道电火花震源系统的控制方法，包括如下步骤:
[0017]a.将所述多个单通道电火花震源等间距埋设在探测地表；
[0018]b.通过上位机对所述ARM处理器发出控制指令，依次控制每个单通道电火花震源进行放电；
[0019]c.所述地震检波器依次检测到每个单通道电火花震源产生的地震波后，将地震波信号经交叉站传回到上位机；
[0020]d.所述上位机记录下每个单通道电火花震源信号峰值对应的延时时间，并计算单通道电火花震源峰值对应的延迟时间的差值，再将所述延迟时间差值传送至所述ARM处理器;
[0021]e.所述ARM处理器按照延时时间差值控制所述多个单通道电火花震源进行放电。
[0022]本发明一种微秒时序控制的多通道电火花震源系统，本发明不依赖于水域，同时将若干可人工搬运的单通道电火花震源，在施工现场组装成系统，用嵌入式芯片和上位机进行集中控制，解决了传统笨重的高能量电火花震源系统难以在山区开展探测的难题；采用多个单通道电火花震源分别放电，然后记录延时，据此再集中控制所有单通道电火花震源的方法，使放电能量叠加得到优化，解决了激发地震波能量不足的问题。
【附图说明】
[0023]图1为本发明一种微秒时序控制的多通道电火花震源系统的结构示意图；
[0024]图2为本发明一种微秒时序控制的多通道电火花震源系统的单通道电火花震源示意图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]如图1所示，一种微秒时序控制的多通道电火花震源系统，包括多个单通道电火花震源30、分别与每个所述单通道电火花震源30连接的电源系统、分别与每个单通道电火花震源30连接的ARM处理器40、与ARM处理器40连接的上位机50、与所述上位机50连接的交叉站60以及与所述交叉站60连接的地震检波器70 ;其中:所述ARM处理器40，用于在单通道电火花震源30和上位机50之间进行信号传递；所述上位机50，用于根据单通道电火花震源30和交叉站60传输的信息向ARM处理器40发出控制指令；所述交叉站，用于将地震检波器采集的地震波信号传输至上位机。
[0027]所述地震检波器70等间距排成一列，与所述交叉站60通过转接线相连，所述交叉站60和所述上位机50通过网线相连，通过上位机50可以控制所述储能电容33上残余电荷和过冲电压的泄放、所述单通道电火花震源30电压信号的实时采集。
[0028]电源系统包括发电机和高压充电电源；所述发电机产生交流电，经高压充电电源将交流电转换成高压直流电，为所述单通道电火花震源进行充电。在本实施例中，所述发电机为柴油发电机。柴油发电机10的输出接所述高压充电电源20的输入，所述柴油发电机10输出220V的交流电，经所述高压充电电源20转变为O?5KV的直流电；所述高压充电电源20的输出引出两根母线，多个所述单通道电火花震源30对应多组输入端按正负极相对应的原则均连接到这两根母线上。
[0029]其中，所述单通道电火花震源30包括隔离硅堆31、泄放模块32、储能电容33、电压测量模块34、放电控制开关35、触发板36、放电电缆37和放电换能器38 ;所述储能电容与所述高压充电电源连接，用于储存所述高压充电电源输送的高压直流电；所述电压测量模块与所述储能电容并联，用于将测量的储能电容的电压信号传输至ARM处理器；所述储能电容与所述放电换能器之间通过放电电缆连接，所述储能电容与放电电缆之间还设置有放电控制开关。具体的，所述隔离硅堆31的正极端与所述高压充电