一种光纤地震采集系统的制作方法

1.本发明涉及地震信号探测技术，尤其涉及一种光纤地震采集系统。


背景技术：

2.目前，以动圈为主流的地震数据采集设备存在供电困难、电磁干扰大、数据传输慢等问题，在一定程度上限制地震勘探技术的发展。
3.基于动圈原理的地震数据采集系统由动圈检波器、采集站、交叉站、电源站、传输线缆(简称“大线”)和中央记录系统等组成。其中，动圈检波器用于敏感经震源激发、地层发射产生的地震波；采集站用于实现地震信号从模拟到数字的采集；交叉站用于测线排列的管理；电源站用于测线排列的供电；大线用于在采集站之间及采集站与其他设备之间传输地震信号；中央记录系统用于对地震数据进行显示和记录。从炮点能量激发开始仪器进入采集状态，此时地震波经动圈检波器输入到采集站，地震数据经大线传递到交叉站，再由交叉站传到中央记录系统直到完成整个记录长度。
4.由于基于动圈原理的地震数据采集系统是通过电磁感应的机理实现震动到电信号的转换，检波器、采集站、交叉站等关键设备均需要供电，大线中传输的也是电信号，受到通信方式的限制，传输速度也不快。因此，以动圈为主流的地震数据采集设备存在供电困难、电磁干扰大、数据传输慢等问题，在一定程度上限制地震勘探技术的发展。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种光纤地震采集系统，以提供一种纯光学设备，不需要多余供电，且抗电磁干扰能力强的地震采集系统。
6.本公开提出一种光纤地震采集系统，包括：地震记录仪、光纤解调器、光纤主缆以及多个光纤采集链；
7.各光纤采集链，沿所述光纤主缆设置在相应的位置，以采集地震波信号；
8.所述光纤解调器，与所述光纤主缆连接，用于基于各光纤采集链经由所述光纤主缆上传的光信号来提取地震信号；
9.所述地震记录仪，与所述光纤解调器连接，用于记录所述光纤解调器提取的地震波信号。
10.在一些实施例中，所述光纤主缆包括多个光上载分路器(oam)和多个光下载分路器(odm)，且一个oam和一个odm组成一个封装盒，多个封装盒级联；以及
11.各封装盒，在该封装盒的oam与该封装盒的odm之间连接有所述光纤采集链。
12.在一些实施例中，各光纤采集链包括多个光纤耦合器和多个光纤检波器，其中两个光纤耦合器和一个光纤检波器作为一组，且各组顺次级联；
13.各组中的其中一个光纤耦合器的第一输出端与另一个光纤耦合器的第一输入端连接有该组的光纤检波器；
14.所述其中一个光纤耦合器的第二输出端连接至下一组的其中一个光纤耦合器的
输入端；
15.下一组的另一个光纤耦合器的输出端连接至该组的另一个光纤耦合器的第二输入端，以形成网状结构。
16.在一些实施例中，最后一组的其中一个光纤耦合器的第二输出端与该组的另一个光纤耦合器的第二输入端之间连接有一个检波器。
17.在一些实施例中，同组的两个耦合器的分光比是相同的，且级联的各组的耦合器的分光比依次增大。
18.在一些实施例中，所述光纤主缆具有多组光纤，且各组光纤分别与各封装盒连接，且剩余一组用于实现光纤主缆的通信，以实现各封装盒的波分复用。
19.在一些实施例中，所述光纤解调器由光发射机、光接收机、供电电路和通信电路组成；
20.所述光发射机，被配置为调制和发射光波信号；
21.所述光接收机，与所述光纤主缆连接，被配置为接收所述光纤主缆的信号；
22.所述供电电路，被配置为为发射机、光接收机、和通信电路供电；
23.所述通信电路，用于实现与所述地震记录仪，或，邻近的光纤解调器之间的通信。
24.在一些实施例中，所述地震记录仪包括服务器；所述服务器，其内配置有光纤地震数据采集软件，用于提供地震数据相关的数据业务以及实现人机交互。
25.本公开的地震采集系统仅需对光纤解调器和地震记录仪供电，极大降低供电难度，并且由于光纤中传输的是光信号，抗电磁干扰能力很强。
26.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
27.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
28.图1为本公开的光纤地震采集系统基本架构示意图；
29.图2为本公开的光纤主缆的部分结构示意图；
30.图3为本公开的光纤主缆的示例结构；
31.图4为本公开的光纤采集链的结构示意图；
32.图5为本公开的光纤地震采集系统的光发射机架构示意图；
33.图6为本公开的光纤地震采集系统光接收机架构示意图。
具体实施方式
34.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
35.本公开实施例提供一种光纤地震采集系统，如图1所示，包括：地震记录仪、光纤解调器、光纤主缆以及多个光纤采集链。地震记录仪、光纤解调器、光纤主缆依次连接。其中光纤解调器可以与一条光纤主缆连接也可以与多条光纤主缆连接，具体可以根据实际需要确定。
36.各光纤采集链，沿所述光纤主缆设置在相应的位置，以采集地震波信号。如图1所示，具体的沿所述光纤主缆设置有多个光纤采集链，可以依据本共公开的地震采集系统完成时分复用。
37.所述光纤解调器，与所述光纤主缆连接，用于基于各光纤采集链经由所述光纤主缆上传的光信号来提取地震信号。
38.所述地震记录仪，与所述光纤解调器连接，用于记录所述光纤解调器提取的地震波信号。
39.本公开的地震采集系统的工作原理是基于激光干涉的物理原理来拾取地震信息。光纤解调器的激光光源发出的光波在光纤中传播并在光路中发生干涉，当震源激发的震动经地层反射后传导到光纤采集链上携带的光纤地震检波器时，会引起检波器内弹性顺变柱体的形变，导致传感光纤长度发生变化，光纤中传输光波的相位受到调制。光纤解调器对干涉光波进行光电转换和信号处理，提取出光波相位中包含的地震信息。
40.本公开的地震采集系统仅需对光纤解调器和地震记录仪供电，极大降低供电难度，并且由于光纤中传输的是光信号，抗电磁干扰能力很强。
41.在一些实施例中，所述光纤主缆包括多个光上载分路器(oam)和多个光下载分路器(odm)，且一个oam和一个odm组成一个封装盒，多个封装盒级联；以及
42.各封装盒，在该封装盒的oam与该封装盒的odm之间连接有所述光纤采集链。
43.图2示出了光纤主缆的部分结构示意图，图2中的光纤主缆上承载有4个封装盒，其中一个封装盒具有一个光上载分路器(oam)和一个光下载分路器(odm)。一个oam和一个odm之间连接有所述光纤采集链。由此组成一个时分复用的封装盒结构。
44.在一些实施例中，所述光纤主缆具有多组光纤，且各组光纤分别与各封装盒连接，且剩余一组用于实现光纤主缆的通信，以实现各封装盒的波分复用。一些实施例中，采用14芯轻型野战光缆、12芯光缆航插、2芯odc插头的配合，其中为14芯轻型野战光缆包括12芯传感光路和2芯通信光路，12芯光缆航插与12芯传感光路连接。12芯传感光路分为4路，形成4路光纤主缆(1-4号光纤主缆)，每路光纤主缆包括4个封装盒，也即4路光纤主缆包括16个封装盒，从而不同编号的光纤主缆可以实现空分复用。其中每个封装盒包括1个oam、1个odm以及1个2芯odc插头，该封装盒的2芯odc插头用于连接光纤采集链，通过odc插头可以将光纤采集链接入该封装盒。例如图3中，光纤主缆中1～3芯为1号光纤主缆所用的光纤，4～6芯为2号光纤主缆所用的光纤，7～9芯为3号光纤主缆所用的光纤，10～12芯为4号光纤主缆所用的光纤，剩余2芯为光纤通信用的光纤。每个封装盒可以注入与之连接的光纤采集链对应的光波信号，各光纤采集链注入的光波信号的波长不同，通过这样的方式可以实现4个封装盒对应的4条光纤采集链的波分复用。
45.在一些实施例中，各光纤采集链包括多个光纤耦合器和多个光纤检波器，其中两个光纤耦合器和一个光纤检波器作为一组，且各组顺次级联；
46.各组中的其中一个光纤耦合器的第一输出端与另一个光纤耦合器的第一输入端
连接有该组的光纤检波器；
47.所述其中一个光纤耦合器的第二输出端连接至下一组的其中一个光纤耦合器的输入端；
48.下一组的另一个光纤耦合器的输出端连接至该组的另一个光纤耦合器的第二输入端，以形成网状结构。
49.图4示出了一条光纤采集链的结构示意图，如图4中，本公开设计的光纤采集链包括多个光纤耦合器和多个光纤检波器，组成梯状网络结构。具体的，每条光纤采集链包括一个2芯光缆航插头，每两个光纤耦合器和一个光纤检波器作为一组(一级梯状结构)，第一组的两个光纤耦合器与一个2芯光缆航插头连接。图4中一共有8级设置的光纤地震检波器，其中：
50.该组梯级结构中的其中一个光纤耦合器的第一输出端与另一个光纤耦合器的第一输入端连接有该组的光纤检波器；该组的其中一个光纤耦合器的第二输出端连接至下一组的其中一个光纤耦合器的输入端。如此形成梯状网络结构，基于该梯状结构可以实现各光纤检波器的时分复用。
51.在一些实施例中，同组的两个耦合器的分光比是相同的，且级联的各组的耦合器的分光比依次增大。
52.例如图4中光纤采集链具体包括一个2芯光缆航插头、2个分光比为1:7的光纤耦合器、2个分光比为1:6的光纤耦合器、2个分光比为1:5的光纤耦合器、2个分光比为1:4的光纤耦合器、2个分光比为1:3的光纤耦合器、2个分光比为1:2的耦合器、2个分光比为1:1的耦合器以及8个光纤地震检波器。在一些实施例中，最后一组的其中一个光纤耦合器的第二输出端与该组的另一个光纤耦合器的第二输入端之间连接有一个检波器。也即2个分光比为1:1的耦合器的之间还连接有一个检波器8。其中，光纤地震检波器可以由非平衡光纤michelson干涉仪和敏感结构组成。在具体设置时，光纤干涉仪的两臂缠绕在弹性顺变柱体上，震动信号引起弹性顺变柱体发生形变导致干涉仪中传输光波的相位受到调制，通过相位解调可以实现地震波检测。
53.基于光纤检波器阵列实现波分和空分复用的效果，每条光纤主缆可以挂接4条光纤采集链，实现光纤检波器阵列的模块化设计。与光纤采集链直连光路相比，主缆的使用可以降低光纤检波器阵列的总体损耗，增强设备的便携性及系统的实用性。
54.在一些实施例中，所述光纤解调器由光发射机、光接收机、供电电路和通信电路组成；
55.所述光发射机，被配置为调制和发射光波信号；
56.所述光接收机，与所述光纤主缆连接，被配置为接收所述光纤主缆的信号；
57.所述供电电路，被配置为为发射机、光接收机、和通信电路供电；
58.所述通信电路，用于实现与所述地震记录仪，或，邻近的光纤解调器之间的通信。
59.本实例中，光纤解调器可以为光纤地震检波器提供光波信号并实现对光纤检波器阵列中光波相位携带的震动信息的拾取。光纤解调器具备的功能包括：激光光波发射功能、光信号接收功能、数据采集功能、相位解调功能以及光纤通信功能。
60.作为一种具体的示例，光纤解调器主要由光发射机、光接收机、供电电路和通信电路组成。光发射机由激光光源、波分复用器、声光调制器及其驱动模块、光放大器和光纤耦
合器组成，用于实现激光光波的复用、调制和发射；光接收机由光衰减器、波分解复用器、光电探测器和调制解调电路组成；用于对检波器阵列回传的信号解复用、光电转换，并对激光光源调频，实现地震信号的采集和解调功能；供电电路输入12v直流电，输出用于给光纤解调器内不同光学器件和电路板供电。通信电路与gps授时器、主缆的通信光纤以及光接收机的输出连接，给解调后的数据打时标，并实现与地震记录仪或相邻光纤解调器的通信功能。
61.如图5所示，在一些实施例中，光发射机采用8路时分、4路波分、7路空分的光路架构，用于给200基元的检波器阵列提供光波信号。四个不同波长的激光光源发出的光波经过波分复用器复用后，再经过声光调制器调制成光脉冲，经过光放大器放大光功率后，再通过光纤耦合器等分为8束光波，选择其中的7束光波输出。
62.如图6所示，在一些实施例中，光接收机用于接收并解调200基元的检波器阵列返回的信号。光衰减器接收光纤检波器阵列返回的信号，经过衰减后进入波分解复用器，再通过光电探测器转换为电信号后，在调制解调电路完成信号的解调功能。
63.每个光纤解调器可以带200道检波器，同一个测线上可以带多台光纤解调器及不同解调器对应的检波器阵列。如1000道，可以采用5台光纤解调器串联连接。如10000道，可以采用5条测线的光纤解调器并联连接(每条测线10台光纤解调器，2000道)，最后通过并联方式接入地震记录仪，实现万道地震数据传输与存储。由于采用了光纤通信的体制，比现有428体制大线传输的传输速率要高得多，所以在实现万道波形记录上要更有优势。
64.光纤解调器的主要接口包括电源接口、光纤解调器与主缆、光纤解调器与万道地震记录仪的接口以及光纤解调器与gps授时器的接口。其中，电源接口为12vdc接口；光纤解调器与主缆的接口为j599a8光缆航插(插座端)接口；光纤解调器与万道地震记录仪的接口为千兆以太网接口；光纤解调器与gps授时器的接口为usb接口和rs232接口，其中usb接口用于给gps授时器供电，rs232接口用于传输数据。
65.在一些实施例中，所述地震记录仪包括服务器；所述服务器，其内配置有光纤地震数据采集软件，用于提供地震数据相关的数据业务以及实现人机交互。
66.作为一种具体的示例地震记录仪可以由服务器、交换机和磁盘阵列组成。其中，服务器实现设备自检、数据质量控制、数据存储等功能；交换机实现以太网通信和数据交换的功能；磁盘阵列用于存储地震数据。在万道地震记录仪上运行光纤地震数据采集软件，用于实现配置采集参数、控制数据采集、获取地震数据、显示数据波形等功能。
67.服务器，其内配置有光纤地震数据采集软件，软件架构可以分为支撑层、数据层、服务层和应用层。
68.其中支撑层包含前述的前端设备，例如光纤采集链、光纤解调器等，用于数据采集及网络通信。
69.数据层主要包括地震数据库和业务数据库，包括设备参数库等。
70.服务层包括基础应用服务、地震数据图形服务、数据访问和格式转换服务、应用程序界面服务、应用程序框架服务。
71.基础应用服务为应用层提供公用的基础服务和支持，提供框架的配置管理、异常处理、内存管理、消息机制、加密机制、版本管理和数据访问支持等基础服务功能。
72.地震数据图形服务为应用层提供统一的基于opengl等图形引擎的二维或三维图形库，满足地震数据采集业务的图形服务需求。
73.数据访问和格式转换服务，针对不同的业务数据采用不同的方法。对于结构化数据，可用传统的数据表格表示，通过传统的sql结构化查询语言，进行数据库访问。对于非结构数据，通常采用文件方式进行存储。格式转换支持ascii文件、segy文件和sps文件。
74.应用程序界面服务包括菜单栏、工具栏、导航区、视图区及信息区等界面设计。
75.应用程序框架服务，包括应用程序界面框架设计，为应用层提供插件、界面布局、自定义控件等公用服务和组件，实现插件的加卸载和访问，并管理和规范插件接口。
76.应用层作为系统核心层，为不同使用对象提供业务功能，包括运行监控、数据处理、存储显示、系统管理功能模块。运行监控功能部件能够实时显示地震数据采集状态、设备运行状态、通信网络状态等信息，能够对设备参数进行配置和管理，能够控制数据采集的开始和结束。数据处理功能部件能够实现频谱分析、数据滤波等数据处理业务。存储显示功能部件实现对采集数据的高速并行存储和对历史数据的查询显示。系统管理功能部件实现系统权限管理、系统日志管理、用户管理和认证等功能。
77.针对传统地震数据采集系统存在的供电困难、电磁干扰大、数据传输慢等问题，本发明设计了一种光纤地震数据采集系统及方法，可以对震源激发、经地层发射后的地震信号实现敏感、提取及存储等功能。本公开的光纤地震数据采集系统中的光纤采集链、光纤主缆是纯光学设备，不需要供电，仅需对光纤解调器和仪器车内的地震记录仪供电，因此极大降低了供电难度。同时由于光纤中传输的是光信号，因此抗电磁干扰能力很强；光纤通信具有很高的带宽，传输速度快。
78.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
79.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
80.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。