МНОГОКАНАЛЬНАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СБОРА СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ Российский патент 2005 года по МПК G01V1/22 

Изобретение относится к области сейсмической разведки, в частности к устройствам для проведения сейсмических работ размерностью 2D, 3D, 4D с помощью многоканальных телеметрических сейсмических станций.

Известно устройство для сбора сейсмических данных, содержащее связанную через первый контроллер линии связи с группой соединенных последовательно полевых модулей центральную автоматическую регистрирующую станцию, включающую первый блок управления, первый и второй порты которого связаны соответственно с первым контроллером линии связи и блоком синхронизации возбуждения (патент РФ №2189615, МПК 7 G 01 V 1/22). Устройство содержит также связанные с группами соединенных последовательно полевых модулей вторые, ведомые автоматические регистрирующие станции, содержащие вторые блоки управления, первые порты которых соединены с входами вторых контроллеров линии связи. Первая центральная автоматическая регистрирующая станция и каждая из вторых ведомых автоматических регистрирующих станций снабжены спутниковыми модемами, связанными в первой автоматической регистрирующей станции с третьим портом первого блока управления, а во вторых автоматических регистрирующих станциях - со вторыми портами второго блока управления.

Недостатком данного технического решения является недостаточно высокая оперативность и, следовательно, не высокая производительность, что обусловлено вероятностью сбоя при передаче команды пуска, а также невозможностью охватить значительные площади.

Известна также иерархическая телеметрическая система для сейсмических исследований, предназначенная для передачи сигналов сейсмоприемников на записывающее устройство, функционально являющееся центральным устройством управления и регистрации сейсмических данных (патент US 5627798, МПК 7 G 01 V 1/22). Система включает полевые управляющие устройства, подключенные к записывающему устройству и аналого-цифровые блоки (АЦП), подключенные к соответствующему управляющему устройству. Записывающее устройство может быть установлено в любой удобной позиции на земной поверхности относительно расстановки сейсмоприемников. При этом центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных (по прототипу записывающее устройство) включает цифровой регистратор, способный одновременно регистрировать выборки цифровых сигналов с 6000 отдельных сейсмоприемников или “каналов”, а также включает оборудование для контролируемого запуска сейсмической энергии и формирования управляющих сигналов для полевых управляющих устройств. Каждый блок АЦП включает в себя цельный соединительный кабель с разъемами на концах, аналоговые вводные устройства, на которые поступают сигналы сейсмоприемников, и электрическую схему обработки сигналов, размещенную в водонепроницаемом отсеке кабеля. Электрическая схема обработки включает аналого-цифровые преобразователи, подключенные к аналоговым вводным устройствам, буфер ЗУ для цифровых сигналов, переданных на один из преобразователей с других преобразователей, которые подсоединяются к данному преобразователю со стороны, противоположной соединению с управляющим устройством, а также цифровой приемопередатчик. Последний повторно передает на управляющее устройство с первой скоростью цифровые сигналы сейсмоприемников и сигналы, хранящиеся в буферном ЗУ. Управляющее устройство имеет второе буферное ЗУ для сигналов, поступающих с аналого-цифровых преобразователей, которые, в свою очередь, последовательно соединены с данным управляющим устройством. Управляющее устройство также содержит второй приемопередатчик для повторной передачи сигналов, хранящихся в буферном ЗУ, с блоков преобразования и других управляющих устройств на записывающее устройство со второй скоростью, превышающей первую скорость передачи данных. Описываемая система может включать также устройство буферизации (промежуточного преобразования) данных, расположенное между записывающим и управляющим устройствами. Устройство буферизации имеет еще один цифровой приемопередатчик, предназначенный для приема управляющих сигналов с записывающего устройства, а также буферное ЗУ для хранения оцифрованных сигналов с управляющего устройства и других буферных устройств, соединенных с данным устройством буферизации.

Данная система сбора сейсмических данных характеризуется высокой скоростью передачи данных, позволяет оперативно развертывать сейсмоприемники на поверхности земли, благодаря последовательному соединению входящих в ее состав устройств высокоскоростной телеметрии. Устройства оцифровывания могут независимо друг от друга управляться и тестироваться с записывающего устройства или высокоскоростного телеметрического устройства, расположенного в любом месте системы наблюдения.

Задачей изобретения является расширение арсенала средств, предназначенных для сбора сейсмических данных, обеспечивающих проведение сейсмических измерений в реальном времени с высокой производительностью и достоверностью.

Поставленная задача решается за счет того, что в многоканальной телеметрической системе сбора сейсмических данных, включающей центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных, соединенное магистральными каналами связи с полевыми управляющими устройствами, связанными линейными каналами связи с полевыми регистрирующими устройствами, соединенными с группами сейсмоприемников, при этом центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных содержит систему синхронизации возбуждения и управляющий компьютер, согласно изобретению центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных дополнительно содержит магистральный контроллер, первый вход-выход которого соединен к входу-выходу управляющего компьютера, второй и третий вход-выход соединены соответственно с первым и вторым магистральными каналами связи, а четвертый вход-выход связан с входом-выходом системы синхронизации возбуждения.

При этом магистральный контроллер включает первый и второй n-канальные приемники, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым n-канальными декодерами, последовательно соединенными с формирователями параллельных слов, выходы которых параллельными шинами данных связаны с первыми и вторыми входами мультиплексора данных, выход мультиплексора данных связан с входом данных блока буферной памяти, информационный и управляющий выходы которого соединены соответственно с информационными входами и входом запуска контроллера DMA, шинами адреса и данных контроллер DMA, связан с мультиплексором адреса - данных, вход сброса блока буферной памяти связан с первым выходом (сигнал сброса) схемы контроля ввода-вывода данных, шинами адреса и данных соответственно связанной с первым адресным выходом и первым входом-выходом микроконтроллера управления, второй и третий выходы схемы контроля ввода-вывода данных связаны соответственно с входами данных первого и второго блока формирователей команд, выходы которых соответственно через первый и второй кодеры связаны с первым и вторым одноканальными передатчиками, соответственно магистральный контроллер включает также первый-четвертый дешифраторы адреса, при этом первый дешифратор адреса шинами адреса и данных через регистр управления связан с управляющим входом контроллера DMA, второй и третий дешифраторы адреса шинами адреса и данных связаны с блоками двухпортовой памяти программ и данных, соответственно блок двухпортовой памяти программ шинами данных и адреса связан соответственно с входом микроконтроллера управления и его вторым адресным выходом, блок двухпортовой памяти данных шинами адреса и данных связан соответственно с третьим адресным выходом микроконтроллера управления и с его вторым входом-выходом, четвертый дешифратор адреса шинами адреса и данных связан с интерфейсом, последовательные вход и выход которого соединены с выходом и входом последовательного канала управления приемника GPS, управляющий выход интерфейса связан с первым входом схемы поддержки прерываний, другой вход которой связан с управляющим выходом контроллера DMA, входы разрешения первого-четвертого дешифраторов адреса соединены с выходом схемы поддержки пространства конфигурации, выход сигнала синхронизации (посекундного импульса) приемника GPS соединен со схемой ФАПЧ, выход которой соединен с входами синхронизации первого и второго блоков формирователей команд, и с первым входом блока индикации, другой вход которой связан с четвертым выходом схемы контроля ввода-вывода данных, пятый выход схемы контроля ввода и вывода данных соединен с входом сигнала возбуждения схемы управления устройством ССВ, выход которой связан с входом запуска сеанса схемы контроля ввода и вывода данных, шина данных, связанная с управляющими входами-выходами мультиплексора адреса данных канала DMA, схемы поддержки прерываний, первого-четвертого дешифраторов адреса, схемы поддержки пространства конфигурации и схемы контроля четности, является первым входом-выходом магистрального контроллера, вход первого n-канального приемника и выход первого одноканальный передатчик соединены с первым магистральным каналом связи и являются вторым входом-выходом магистрального контроллера, вход второго n-канального приемника и выход второго одноканального передатчика соединены с другим магистральным каналом связи и являются третьим входом-выходом магистрального контроллера, вход-выход схемы синхронизации управления ССВ является четвертым входом-выходом магистрального контроллера.

Поставленная задача решается также за счет того, что полевое регистрирующее устройство содержит четырехканальный АЦП, включающий соединенные последовательно входные цепи, коммутатор, предварительный усилитель, дельта-сигма модулятор и цифровой фильтр, выход которого связан с блоком управляющей логики, включающим буфер данных, управляющий процессор, кодер-декодер, формирователь тестового сигнала, при этом первый и второй входы буфера данных связаны соответственно с выходом цифрового фильтра АЦП и первым управляющим выходом управляющего процессора, выход буфера данных связан с первым информационным входом управляющего процессора, второй, третий, четвертый, пятый, шестой управляющие выходы которого связаны соответственно с управляющими входами цифрового фильтра, дельта-сигма модулятора, предварительного усилителя, коммутатора, устройства мониторинга и, через формирователь тестового сигнала, - с управляющим входом генератора тестового сигнала, выход которого связан с тестовым входом коммутатора, второй и третий информационные входы управляющего процессора через кодер-декодер связаны с выходами приемников приемопередатчика, четвертый информационный вход управляющего процессора связан с выходом устройства мониторинга, а первый и второй информационные выходы управляющего процессора через кодер-декодер связаны с входами передатчиков приемопередатчика.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что полевое управляющее устройство (узел) содержит первый и второй приемопередатчики линейного канала связи, связанные через первый и второй линейные кодер-декодеры с линейными входами и выходами коммутатора потоков данных и команд полевого управляющего устройства, магистральные вход - выход которого через первый и второй магистральные кодер - декодеры связан соответственно с первым и вторым двунаправленными магистральными приемопередатчиками полевого управляющего устройства, при этом выход данных указанного коммутатора потоков данных и команд соединен со связанными между собой контроллером FIFO и буферным ОЗУ, а его управляющие вход и выход связаны с микропрограммным автоматом управления, другие вход и выход которого связаны со вторым устройством мониторинга.

На фиг.1 приведена структура многоканальной телеметрической системы сбора сейсмичских данных, согласно изобретению, в целом; фиг.2 - блок-схема полевого регистрирующего устройства; на фиг.3 - блок-схема полевого управляющего устройства; на фиг.4 - блок-схема магистрального контроллера.

Многоканальная система сбора сейсмических данных согласно изобретению (фиг.1) включает центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных 1, соединенное по двум направлениям магистральными каналами связи 2 с полевыми управляющими устройствами (узлами) 3. Полевые управляющие устройства (узлы) 3 соединены линейными каналами связи 4 с полевыми регистрирующими устройствами 5, связанными с группами сейсмоприемников (не показаны). Центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных 1 (фиг.1) содержит магистральный контроллер 6, связанный с управляющим компьютером 7 и системой синхронизации возбуждения 8. Преимущественно центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных 1 располагается на транспортном средстве (не показано).

Полевое регистрирующее устройство 5 (фиг.2) содержит четырехканальный АЦП 9, включающий соединенные последовательно входные цепи 10, коммутатор 11, предварительный усилитель 12, дельта-сигма - модулятор 13, цифровой фильтр 14. Выход АЦП 9 связан с блоком управляющей логики 15, в состав которого входит буфер данных 16, управляющий процессор 17, кодер-декодер 18, формирователь тестового сигнала 19. Первый и второй входы буфера данных 16 связаны соответственно с выходом цифрового фильтра 14 и первым управляющим выходом управляющего процессора 17, первый информационный вход которого связан с выходом буфера данных 16. Второй - шестой управляющие выходы управляющего процессора 17 связаны соответственно с управляющими входами цифрового фильтра 14, дельта-сигма модулятора 13, предварительного усилителя 12, коммутатора 11 АЦП 9, устройством мониторинга 20 и через формирователь тестового сигнала 19 с управляющим входом генератора тестовых сигналов 21, выход которого связан с тестовым входом коммутатора 11 АЦП 9. Второй и третий информационные входы управляющего процессора 17 через кодер-декодер 18 связан с выходами приемников приемопередатчика 22. Четвертый информационный вход управляющего процессора 17 связан с выходом устройства мониторинга 20. Первый и второй информационные выходы управляющего процессора 17 через кодер-декодер 18 связаны с входами передатчиков приемопередатчика 22.

Полевое регистрирующее устройство 5 включает также задающий генератор 23, связанный с элементами, входящими в состав блока управляющей логики 15, и источник питания 24.

Организация полевого модуля 5 может быть осуществлена, например, с помощью следующих известных микросхем: ключи ADG511BR - коммутатор 11; усилитель OP284FS12 - усилитель 12; модуляторы ADS1201 или CS5272, генератор опорного напряжения MAX2650BESA - дельта-сигма - модулятор 13; скоростное ЗУ K6R1016V1C-TI12000, вычислитель на EP1K50TI144-2 - цифровой фильтр 14; EP1K50TI144-2 - блок управляющей логики 15; датчик температуры и напряжений AD7417AR, датчик влажности HIH3610-004-20 устройство мониторинга; дельта-сигма ЦАП ADG736BRM, буферный усилитель AD8552AR - генератор тестового сигнала 21; передатчик AD8062AR, приемник MAX907ESA - приемопередатчик 22; генератор KXO-V97 - задающий генератор 23.

Полевое управляющее устройство (узел) 3 (фиг.3) содержит первый и второй приемопередатчики 25, 26 линейного канала связи, связанные через первый и второй линейные кодер-декодеры 27 и 28, соответственно с линейными входами коммутатора 29 потоков данных и команд.

Другие магистральные входы коммутатора 29 потоков данных и команд через первый и второй магистральные кодер-декодеры 30, 31 соответственно связаны с соответствующими магистральными приемопередатчиками 32 и 33, связанными с магистральными каналами связи 2 (А и Б). Вход и выход данных коммутатора 29 потоков данных и команд соединены со связанными между собой контроллером FIFO 34 и буферным ОЗУ 35. Управляющие вход и выход коммутатора 29 потоков данных и команд соединены с первыми выходом и входом микропрограммного автомата управления 36, другие вход и выход которого связаны с выходом и входом второго устройства мониторинга 37.

Организация полевого управляющего устройства (узла) 3 может быть осуществлена, например, с помощью следующих известных микросхем: передатчик AD8062AR, приемник MAX907ESA - приемопередатчики линейного канала 25, 26; двунаправленные приемопередатчики ADM3491AR - приемопередатчики магистрального канала 32, 33; элементы логики микросхемы EP1K50TI144-2 - кодер-декодеры 27-28, 30-31, коммутатор потоков данных и команд 29, контроллер FIFO 34, микропрограммный автомат управления 36; скоростное ЗУ K6R1016V1C-TI12000 - буферное ОЗУ 35; датчик температуры и напряжений AD7417AR, влажности HIH3610-004, - устройство мониторинга 37.

Магистральный контроллер 6 (фиг.4) включает первый и второй n-канальные приемники 38 и 39, связанные соответственно с первым и вторым n-канальными декодерами 40 и 41 (например, кода HDB3), последовательно соединенными с формирователями параллельных слов 42 и 43 соответственно. Формирователи параллельных слов 42 и 43 параллельными шинами данных связаны с первыми и вторыми входами мультиплексора данных 44. Выход мультиплексора данных 44 связан с входом данных буфера FIFO 45, информационный и управляющий выходы которого соединены с информационными входами и входом запуска контроллера ДМА 46 соответственно. Шинами адреса и данных контроллер DMA 46 связан с мультиплексором адреса - данных 47 канала ДМА. Вход сброса буфера 45 FIFO связан с первым выходом (сигнал сброса) схемы контроля ввода-вывода данных 48 микроконтроллера управления 49. Второй и третий выходы схемы контроля ввода-вывода данных 49 связаны соответственно с входами данных первого и второго формирователей команд 50 и 51, выходы которых соответственно через кодеры 52 и 53 связаны с одноканальными передатчиками 54 и 55 соответственно. Магистральный контроллер 6 включает также первый-четвертый дешифраторы адреса 56-59. Первый дешифратор адреса 56 через регистр управления 60 связан с управляющим входом контроллера DMA 46, второй и третий дешифраторы адреса 57 и 58 через первый и второй двухпортовые блоки памяти 61 и 62 (программ и данных соответственно) шинами адреса и данных связаны с микроконтроллером управления 49. Четвертый дешифратор адреса 59 шинами адреса и данных связан с интерфейсом 63. Последовательные вход и выход интерфейса 63 соединены с входом и выходом последовательного канала управления приемника GPS 64. Управляющий выход интерфейса 63 связан с первым входом схемы поддержки прерываний 65, другой вход которой связан с управляющим выходом контроллера DMA 46. Входы разрешения первого-четвертого дешифраторов адреса 56-59 соединены с выходом схемы поддержки пространства конфигурации 66. Выход сигнала синхронизации (посекундного импульса) приемника GPS 64 соединен с входом схемы ФАПЧ 67, выход которой соединен с входами синхронизации формирователей команд 50 и 51. Выход сигнала синхронизации (посекундного импульса) приемника GPS 64 связан также со схемой индикации 68, другой вход которой связан с четвертым выходом схемы контроля ввода-вывода данных 48 управления устройством ССВ 69. Пятый выход схемы контроля ввода и вывода данных 48 соединен с входом сигнала возбуждения схемы управления устройством ССВ 69, выход которой связан с входом запуска сеанса схемы контроля ввода и вывода данных 48. Через шину данных 70, связанную с мультиплексором адреса данных канала DMA 47, схемой поддержки прерываний 65, дешифраторами адреса 56-59, схемой поддержки пространства конфигурации 66 и схемой контроля четности 71, магистральный контроллер 6 связан управляющим компьютером 7. N-канальный приемник 38 и одноканальный передатчик 54 соединены с одним с из магистральных каналов связи 2. N-канальный приемник 39 и одноканальный передатчик 55 соединены с другим магистральным каналом связи 2.

Организация магистрального контроллера 6 может быть осуществлена, например, с помощью следующих известных микросхем: приемник MAX907ESA - n-канальные приемники 38, 39; передатчик AD8062AR54 - передатчики 54, 55; буферные схемы 74НС24463 - схема управления устройством ССВ 69; МАХ3221ЕАР - интерфейс RS232 63; микросхемы - EP20K160EQC208-3 - остальные блоки.

Многоканальная телеметрическая система сбора сейсмических данных согласно изобретению работает следующим образом.

Центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных 1 осуществляет: синхронизацию возбуждения сейсмических сигналов, телеуправление по магистральным каналам связи 2 полевыми управляющими устройствами (узлами) 3 и соединенными с ними линейными каналами связи 4 полевыми регистрирующими устройствами 5, интерактивное управление всей системой сбора сейсмических данных, прием оцифрованных сейсмических данных, их временное хранение и запись на переносной носитель информации.

Питание полевых устройств управления 3 (узлов) и питание полевых регистрирующих устройств 5 включается дистанционно по команде с центрального устройства управления и регистрации сейсмических данных 1.

Перед срабатыванием источника сейсмического сигнала центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных 1 по каналам связи 2, 4 передает сигнал для активизации полевых регистрирующих устройств 5. Каждое из указанных полевых регистрирующих устройств 5 в течение заданного промежутка времени принимает с групп сейсмоприемников (не показаны) аналоговые электрические (сейсмические) сигналы, осуществляет преобразование их в цифровую форму в моменты времени, определяемые формируемыми системой синхронизации возбуждения 8 сигналами, и передает их в кодированном виде на соответствующие полевые управляющие устройства 3. Каждое из полевых управляющих устройств 3 принимает сейсмические данные по двум линейным каналам связи 4 от последовательно соединенных регистрирующих устройств 5, осуществляет формирование и сбор потоков данных, и в заданные моменты времени передает их на последующее в направлении центрального устройства управления и регистрации сейсмических данных 1 полевое управляющее устройство (узел) 3.

Обмен и передачу информации между полевыми управляющими устройствами 3 и центральным устройством управления и регистрации сейсмических данных 1 обеспечивают магистральные каналы связи 2.

Полевые управляющие устройства 3 последовательно принимают команды, следующие с центрального устройства 1 управления и регистрации и ретранслируют их дальше по магистральным каналам связи 2 в последующее полевое управляющее устройство 3, при этом каждое из них по соответствующим линейным каналам связи 4 передает соответствующие команды в полевые регистрирующие устройства 5. В свою очередь, в ответ на полученные команды, полевые устройства 3 и 5 формируют пакеты данных, которые поступают, как показано выше, на центральное устройство 1 управления и регистрации сейсмических данных. В каждом пакете и, соответственно, в потоке данных часть бит отдается под служебные данные, включающие информацию о состоянии всех составных частей системы и окружающей среды, формируемые первым и вторым устройствами мониторинга 20 и 37.

Полевые регистрирующие устройства 5 работают следующим образом.

Каждое из полевых регистрирующих устройств 5 включает в себя четырехканальный АЦП 9, содержащий последовательно соединенные входные аналоговые цепи 10, коммутатор 11, предварительный усилитель 12, дельта-сигма модулятор 13, цифровой фильтр 14. В АЦП 9 данные с сейсмоприемников преобразовываются в цифровой вид с заданной частотой квантования. Для обработки последовательностей данных, сформированных на выходе дельта-сигма модулятора 13, используется цифровой фильтр 14 с конечной импульсной характеристикой. Отчеты АЦП 9 с выхода цифрового фильтра 14 поступают в буфер данных 16 блока управляющей логики 15. Данные команд с линии связи 4 через один из приемников приемопередатчика 22 в виде импульсов поступают на кодер/декодер 18 (например, кода HDB3). Кодер/декодер 18 восстанавливает из входных данных код NRZ (без возвращения к нулю) и синхроимпульсы, которые поступают на управляющий процессор 17. Управляющий процессор 17 дешифрует команду, принимает ее к исполнению и ретранслирует ее через кодер/декодер 18, первый передатчик приемопередатчика 22 в линейный канал связи 4 к последующим полевым регистрирующим устройствам 5. Одновременно управляющий процессор 17 каждого из полевых регистрирующих устройств 5, в соответствии с принятыми командами, организует управление внутренним оборудованием полевого регистрирующего устройства 5: записывает в формирователь тестового сигнала 19 частоту и амплитуду сигнала для формирования на выходе генератора тестового сигнала 21 аналогового тестового сигнала, поступающего на вход коммутатора 11 АЦП 9; подает сигналы управления на коммутатор 11 для выбора источника сигнала, который должен попасть на предварительный усилитель 12, на который он подает сигнал управления коэффициентом усиления; задает частоту работы дельта-сигма модулятора 13. Входные сейсмические аналоговые сигналы через защитные входные цепи 10 поступают на коммутатор 11, далее - на предварительный усилитель 12, где усиливаются и подаются на аналоговые входы дельта-сигма модулятора 13, который преобразует полученные данные в битовый поток, который поступает на вход цифрового фильтра 14, процессом вычисления которого также управляет управляющий процессор 17. Цифровой фильтр 14 с конечной импульсной характеристикой вычисляет очередные значения по всем каналам (отчеты данных АЦП 9) и переписывает их многоразрядным числом в буфер данных 16. Сейсмические данные от предыдущих регистрирующих узлов 5 по линии связи 4 поступают на второй приемник приемопередатчика 22, с выхода которого в виде импульсов поступают на кодер/декодер 18. Управляющий процессор 17 декодирует данные пакета со второго выхода кодера/декодера 18, определяет конец пакета и добавляет в него свои сейсмические данные и служебные данные: настройки, данные мониторинга, принимаемые с устройства мониторинга 20 и буфера данных 16 по команде управляющего процессора 17. Через второй передатчик приемопередатчика 22 указанный пакет данных поступает через линию связи 4.

Задающий генератор 23, подключенный к блоку управляющей логики 15, организует всю временную синхронизацию и тактирование всех частей полевого регистрирующего устройства 5. Питание схемы формируется источником питания 24.

Принятые, оцифрованные и обработанные сейсмические данные с полевых регистрирующих устройств 5 по двум линейным каналам связи 4 поступают на линейные входы полевого управляющего устройства 3. Через приемники приемопередатчиков 25, 26 и кодер-декодеры 27, 28, соответственно, восстановленные потоки данных поступают на линейные входы коммутатора потоков данных и команд 29. Поток данных магистрального канала, например 2А, от предыдущего узла 3, если он есть, поступает на приемопередатчик магистрального канала 32 (А). С выхода приемопередатчика 32 восстановленные кодер-декодером 30 данные поступают на магистральные входы коммутатора потоков данных и команд 29. Коммутатор потоков данных и команд 29 под управлением микропрограммного автомата управления 36 коммутирует свои входы, линейные и магистральные, на виртуальные блоки памяти (FIFO), организованные в буферном ОЗУ 35 при помощи контроллера FIFO 34. Под каждый виртуальный блок памяти (FIFO) отводится часть общего адресного пространства. Подключение виртуального блока памяти к направлению производится, если он “свободен”. Контроллер FIFO 34 представляет собой набор указателей адресов записи и чтения данных буферного ОЗУ 35, состояние виртуальных блоков FIFO может быть - свободное, полное, последнее слово для чтения. Указатели адресов и признаки FIFO изменяются по выполнению операций с памятью: коммутации к приемникам и передатчикам, записи и чтения данных. При этом под один пакет данных с любого направления отводится одно виртуальное FIFO. Закреплением виртуальных блоков памяти за направлениями, т.е. коммутацией, занимается микропрограммный автомат управления 36, он же отслеживает заполнение блоков виртуальной памяти. По мере заполнения виртуальной памяти принятыми данными (прием более двух слов данных) микропрограммный автомат управления 36, принимая от контроллера FIFO 34 признак состояния виртуального блока памяти “полное”, коммутирует последний на свободный передатчик приемопередатчика магистрального 33 канала 2Б, через кодер-декодер 31. Передача данных в магистраль 2Б производится до той поры, пока в подключенном блоке виртуальной памяти есть данные, т.е. отсутствует признак “последнее слово для чтения”. Появление указанного признака освобождает передатчик приемопередатчика магистрального 33 канала 2Б, переводит виртуальный блок памяти в состояние “свободен”. Свободный передатчик готов к очередной коммутации и передаче данных с других виртуальных блоков памяти. Количество входных каналов приема информации превышает количество передатчиков магистрали на 2. Количество виртуальных блоков памяти превышает количество возможных источников информации. Общая пропускная способность каналов магистрали 2 должна обеспечивать максимальный трафик. Все приемники, передатчики и блоки памяти коммутируются по случайному закону и имеют равный приоритет, чем гарантируется доставка пакетов данных от полевого оборудования (5 и 3) к центральному устройству управления и регистрации сейсмических данных 1 без потери информации.

Команды распространяются от центрального устройства управления и регистрации сейсмических данных 1 к полевому оборудованию в направлении, противоположном передаче данных. Команда, пришедшая по выделенной паре магистрального канала 2Б, поступает на приемник приемопередатчика магистрального канала 33 (Б) и кодер-декодер 31, с выхода которого через коммутатор потоков данных и команд 29 и кодер-декодеры 27, 28, 30 - на передатчики приемопередатчиков линейных каналов 25, 26 и приемопередатчики магистральных каналов 32 (А).

Устройство мониторинга 37, позволяющее контролировать температуру, влажность внутри корпуса, параметры питания, качество каналов связи по всем направлениям, под управлением микропрограммного автомата управления 36 передает состояние электропитания и окружающей среды через организованные каналы связи в сторону центрального устройства управления и регистрации сейсмических данных 1.

Таким образом, полевое управляющее устройство 3 обеспечивает преобразование входных потоков данных, поступающих на него по двум линейным 4 и по магистральному каналу связи 2 в единый выходной поток, передаваемый далее по последующему магистральному каналу связи 2.

Сейсмические данные с ближайших к центральному устройству управления и регистрации сейсмических данных 1 полевых управляющих устройств (узлов) 3 поступают по двум магистральным каналам связи 2 на магистральный контроллер 6 центрального устройства управления и регистрации сейсмических данных 1, который работает следующим образом.

В режиме сбора данных магистральный контроллер 6 передает полевому оборудованию сигналы синхронизации частоты квантования и принимает потоки сейсмических данных и данных о состоянии (статуса) полевого оборудования.

В режиме конфигурирования станции управляющий компьютер 7 записывает в память 61 программ микроконтроллера управления 49 через дешифратор адреса 57 микропрограмму управления процессом конфигурирования станции для микроконтроллера управления 49. Микропрограмма содержит все параметры сеанса сбора сейсмических данных, такие как длительность, частота синхронизации, количество и расположение сейсмических каналов полевого оборудования.

Микроконтроллер управления 49, исполняя инструкции, находящиеся в памяти программ 61, передает полевому оборудованию команды конфигурации. Для этого с микроконтроллера управления 49 через схему контроля ввода-вывода данных 48, на входы формирователей команд 50 и 51 поступают соответствующие сигналы. Синхронно с сигналами, поступающими на входы синхронизации формирователей команд 50 и 51 с выходов системы ФАПЧ 67, формирователи команд 50 и 51 формируют и передают битовые последовательности команд на входы кодеров 52 и 53 соответственно. Сигнал синхронизации, формируемый системой ФАПЧ 67, синфазен с сигналом секундного импульса, поступающим на вход системы ФАПЧ 67 от приемника GPS 64. С выходов кодеров 52 и 53 битовые последовательности команд, кодированные, например, кодом HDB3, поступают на входы передатчиков магистральных каналов 54 и 55 соответственно.

Данные для управления приемником GPS 64 поступают от управляющего компьютера 7 по шине PCI 70 через дешифратор 59, блок интерфейса RS-232 63 на последовательный вход приемника GPS 64. С последовательного выхода приемника GPS 64 на блок интерфейса RS-232 63 поступают данные о координатах и точном времени. При поступлении обновленных данных блок интерфейса RS-232 63 формирует сигнал прерывания на входе схемы поддержки прерываний 65. Схема поддержки прерываний 65, обнаружив сигнал прерывания, полученный от блока интерфейса RS-232 63, делает запрос на прерывание по шине PCI 70 у управляющего компьютера 7, который в соответствии с заложенной управляющей программой считывает обновленные данные о координатах и точном времени.

Полевое оборудование, находясь в режиме конфигурирования станции, формирует данные о состоянии полевого оборудования. Эти потоки данных (статуса) от управляющих полевых модулей (узлов) 3 поступают по магистральным линиям 2 на семиканальные приемники 38 и 39 магистральных каналов, которые осуществляют гальваническую развязку электроники магистрального контроллера 6 от электроники полевых модулей и преобразование физических уровней в линиях связи в логические уровни. С выходов семиканальных приемников 38 и 39 магистральных каналов потоки сейсмических данных поступают на семиканальные декодеры 40 и 41 (например, кода HDB3) соответственно. В семиканальных декодерах 40 и 41 происходит выделение сигналов битовой синхронизации и преобразование потока данных в коде HDB3 в поток данных в простом последовательном коде. От семиканальных декодеров 40 и 41 поток сейсмических данных в простом последовательном коде поступают на семиканальные формирователи параллельных слов 42 и 43 соответственно. Семиканальные формирователи параллельных слов 42 и 43 преобразуют потоки сейсмических данных в простом, последовательном коде в потоки данных в виде 24-разрядных параллельных слов. Потоки данных в виде 24-разрядных параллельных слов от формирователей параллельных слов 42 и 43 поступают по четырнадцати 24-разрядным шинам на входы мультиплексора данных 44. Мультиплексор данных 44 преобразует 24-разрядные слова, поступающие в разных потоках от формирователей параллельных слов 42 и 43, в 32-разрядные слова, добавляя старших 8-бит, являющихся признаком источника потока. 32-разрядные слова одним потоком записываются в буфер FIFO 45 емкостью 2048 32-разрядных слов. Сигнал сброса, означающий запрет сбора данных от полевого оборудования, подается на управляющий вход буфера FIFO 45. Сигналом сброса управляет микроконтроллер управления 49 через схему контроля ввода-вывода данных 48.

По накоплению в буфере FIFO 45 более 1024 32-разрядных слов буфер FIFO 45 формирует сигнал запуска, поступающий на вход запуска контроллера DMA 46. При появлении сигнала запуска, контроллер DMA 46 через мультиплексор 47 (адреса - данных канала DMA) делает запрос на управление шиной PCI 70 управляющего компьютера 7. В случае подтверждения запроса контроллер ДМА 46 вычитывает 1024 32-разрядных слова из буфера FIFO 45 и записывает их через мультиплексор 47 (адреса - данных канала DMA 46), шину PCI 70 в оперативную память управляющего компьютера 7. Начальный адрес области оперативной памяти управляющего компьютера 7 и размер блока для пересылки находятся в регистрах управления 60 контроллера DMA 46. Регистры управления 60 контроллером DMA 46 записываются управляющей программой по шине PCI 70 управляющего компьютера 7 через дешифратор адреса 56. По выполнению цикла перезаписи в оперативную память управляющего компьютера 7, контроллер DMA 46 формирует сигнал прерывания на входе схемы поддержки прерываний 65. Схема поддержки прерываний 65, обнаружив сигнал прерывания, полученный от контроллера DMA 46, делает запрос на прерывание по шине PCI 70 у управляющего компьютера 7. Управляющая программа управляющего компьютера 7 копирует данные, находящиеся в области оперативной памяти, предназначенной для пересылок DMA, и заполняет заново регистры управления 60 контроллера DMA 46 по шине PCI 70, через дешифратор адреса 56.

Управляющий компьютер 7 в соответствии с заложенной в нем программой обрабатывает поток данных, полученный по каналу DMA, а также данные, находящиеся в блоке памяти данных 61, считывая их через дешифратор адреса 58 и шину PCI 70, анализирует таким образом состояние полевого оборудования и магистрального контролера 6 и отображает полученные результаты на своем дисплее.

По команде оператора в случае успешной конфигурации станция переходит в режим регистрации сейсмических данных.

Для входа в режим регистрации сейсмических данных управляющий компьютер 7 записывает в блок памяти 61 программ микроконтроллера управления 49 через дешифратор адреса 57 микропрограмму управления процессом регистрации. Микроконтроллер управления 49, исполняя данные инструкции, находящиеся в памяти 61, через схему контроля ввода-вывода 48 передает схеме управления устройством ССВ 69 сигнал запуска источника возбуждения. В случае успешного запуска источника возбуждения, схема управления устройством ССВ 69 формирует сигнал запуска станции, который поступает на микроконтроллер управления 49 через схему контроля ввода-вывода данных 48. При получении сигнала запуска станции от схемы управления устройством ССВ 69, микроконтроллер управления 49 передает полевому оборудованию через схему контроля ввода-вывода 48, формирователи команд 50 и 51, кодеры HDB3 52, 53 передатчики магистральных каналов 54 и 55 команды на выдачу (сбор) сейсмических данных.

Полевое оборудование, находясь в режиме регистрации, формирует поток сейсмических данных и данных о состоянии (статуса) полевого оборудования. Потоки сейсмических данных и данных статуса от управляющих полевых устройств (узлов) 3 по магистральным каналам связи 2 поступают на n-канальные приемники 38 и 39 магистрального контроллера 6, затем, проходя через n-канальные декодеры 40 и 41, формирователи параллельных слов 42 и 43, мультиплексор данных 44, буфер FIFO 45, контроллер DMA 46, мультиплексор 47 адреса - данных канала DMA, по шине PCI 70 поступают в оперативную память управляющего компьютера 7. При этом указанные блоки работают так же, как и в режиме конфигурирования. Программа управляющего компьютера 7 разделяет данные статуса и сейсмические данные. Сейсмические данные записываются на носитель информации и отображаются на экране дисплея управляющего компьютера 7 вместе с данными статуса полевого оборудования.

По окончании записи заданного количества сейсмических данных станция возвращается в режим конфигурирования.

В целом совокупность признаков технического решения согласно изобретению обеспечивает:

- сбор сейсмических данных в реальном масштабе времени с большого количества точек наблюдения, до нескольких тысяч, в течение длительного времени (до 200000 отчетов и более на одно физ. наблюдение), с высокой достоверностью передачи информации за счет повышенной помехозащищенности системы;

- глубинность и детальность исследований, необходимые для пространственного построения исследуемых объектов, за счет высокой разрешающей способности-системы;

- упрощение технологии расстановки;

- высокую производительность проведения сейсморазведочных работ.

Изобретение относится к области сейсмической разведки, в частности, к устройствам для проведения сейсмических работ размерности 2D, 3D, 4D с помощью многоканальных телеметрических сейсмических станций. Технический результат: расширение арсенала средств, предназначенных для сбора сейсмических данных, обеспечивающих проведение сейсмических измерений в реальном масштабе времени с высокой производительностью и достоверностью. Сущность: многоканальная телеметрическая система сбора сейсмических данных содержит центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных, включающее систему синхронизации возбуждения и управляющий компьютер. Центральное устройство управления и регистрации соединено магистральными каналами связи с полевыми управляющими устройствами, которые связаны линейными каналами связи с полевыми регистрирующими устройствами. Полевые регистрирующие устройства соединены с группами сейсмоприемников. Центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных содержит также магистральный контроллер, первый вход-выход которого шиной соединен с входом-выходом управляющего компьютера, второй и третий входы-выходы соединены соответственно с первым и вторым магистральными каналами, а четвертый вход-выход шиной связан с входом-выходом системы синхронизации возбуждения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Многоканальная телеметрическая система сбора сейсмических данных, включающая центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных, соединенное первым и вторым магистральными каналами связи с полевыми управляющими устройствами, связанными линейными каналами связи с полевыми регистрирующими устройствами, соединенными с группами сейсмоприемников, при этом центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных содержит систему синхронизации возбуждения и управляющий компьютер, отличающаяся тем, что центральное устройство управления и регистрации сейсмических данных дополнительно содержит магистральный контроллер, первый вход-выход которого шиной соединен с входом-выходом управляющего компьютера, второй и третий входы-выходы соединены соответственно с первым и вторым магистральными каналами связи, а четвертый вход-выход шиной связан с входом-выходом системы синхронизации возбуждения.2. Многоканальная телеметрическая система сбора и регистрации сейсмических данных по п.1, отличающаяся тем, что магистральный контроллер включает первый и второй n-канальные приемники, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым n-канальными декодерами, последовательно соединенными с формирователями параллельных слов, выходы которых параллельными шинами данных связаны с первыми и вторыми входами мультиплексора данных, выход мультиплексора данных связан с входом данных блока буферной памяти, информационный и управляющий выходы которого соединены соответственно с информационными входами и входом запуска контроллера DMA, шинами адреса и данных, контроллер DMA связан с мультиплексором адреса данных, вход сброса блока буферной памяти связан с первым выходом (сигнал сброса) схемы контроля ввода-вывода данных, шинами адреса и данных, соответственно связанной с первым адресным выходом и первым входом-выходом микроконтроллера управления, второй и третий выходы схемы контроля ввода-вывода данных связаны соответственно с входами данных первого и второго блоков формирователей команд, выходы которых соответственно через первый и второй кодеры связаны с первым и вторым одноканальными передатчиками соответственно, магистральный контроллер включает также первый - четвертый дешифраторы адреса, при этом первый дешифратор адреса шинами адреса и данных через регистр управления связан с управляющим входом контроллера DMA, второй и третий дешифраторы адреса шинами адреса и данных связаны с блоками двухпортовой памяти программ и данных соответственно, блок двухпортовой памяти программ шинами данных и адреса связан соответственно с входом микроконтроллера управления и его вторым адресным выходом, блок двухпортовой памяти данных шинами адреса и данных связан соответственно с третьим адресным выходом микроконтроллера управления и с его вторым входом-выходом, четвертый дешифратор адреса шинами адреса и данных связан с интерфейсом, последовательные вход и выход которого соединены с выходом и входом последовательного канала управления приемника GPS, управляющий выход интерфейса связан с первым входом схемы поддержки прерываний, другой вход которой связан с управляющим выходом контроллера DMA, входы разрешения первого - четвертого дешифраторов адреса соединены с выходом схемы поддержки пространства конфигурации, выход сигнала синхронизации (посекундного импульса) приемника GPS соединен со схемой ФАПЧ, выход которой соединен с входами синхронизации первого и второго блоков формирователей команд и с первым входом блока индикации, другой вход которой связан с четвертым выходом схемы контроля ввода-вывода данных, пятый выход схемы контроля ввода и вывода данных соединен с входом сигнала возбуждения схемы управления устройством ССВ, выход которой связан с входом запуска сеанса схемы контроля ввода и вывода данных, шина данных, связанная с управляющими входами-выходами мультиплексора адреса данных канала DMA, схемы поддержки прерываний, первого - четвертого дешифраторов адреса, схемы поддержки пространства конфигурации и схемы контроля четности, является первым входом-выходом магистрального контроллера, вход первого n-канального приемника и выход первого одноканального передатчика соединены с первым магистральным каналом связи и являются вторым входом-выходом магистрального контроллера, вход второго n-канального приемника и выход второго одноканального передатчика соединены с другим магистральным каналом связи и являются третьим входом-выходом магистрального контроллера, вход-выход схемы синхронизации управления ССВ является четвертым входом-выходом магистрального контроллера.3. Многоканальная телеметрическая система сбора сейсмических данных по п.1, отличающаяся тем, что полевое регистрирующее устройство содержит четырехканальный АЦП, включающий соединенные последовательно входные цепи, коммутатор, предварительный усилитель, дельта-сигма-модулятор и цифровой фильтр, выход которого связан с блоком управляющей логики, включающим буфер данных, управляющий процессор, кодер-декодер, формирователь тестового сигнала, при этом первый и второй входы буфера данных связаны соответственно с выходом цифрового фильтра АЦП и первым управляющим выходом управляющего процессора, выход буфера данных связан с первым информационным входом управляющего процессора, второй, третий, четвертый, пятый, шестой управляющие выходы которого связаны соответственно с управляющими входами цифрового фильтра, дельта-сигма-модулятора, предварительного усилителя, коммутатора АЦП, устройства мониторинга и, через формирователь тестового сигнала с управляющим входом генератора тестового сигнала, выход которого связан с тестовым входом коммутатора АЦП, второй и третий информационные входы управляющего процессора через кодер-декодер связаны с выходами приемников приемопередатчика, четвертый информационный вход управляющего процессора связан с выходом устройства мониторинга, а первый и второй информационные выходы управляющего процессора через кодер-декодер связаны с входами передатчиков приемопередатчика.4. Многоканальная телеметрическая система сбора сейсмических данных по п.1, отличающаяся тем, что полевое управляющее устройство (узел) содержит первый и второй приемопередатчики линейного канала связи, связанные через первый и второй линейные кодер-декодеры с линейными входами и выходами второго коммутатора потоков данных и команд, магистральные вход-выход которого через первый и второй магистральные кодер-декодеры связаны соответственно с первым и вторым двунаправленными магистральными приемопередатчиками полевого управляющего устройства, при этом выход данных указанного коммутатора потоков данных и команд соединен со связанными между собой контроллером FIFO и буферным ОЗУ, а его управляющие вход и выход связаны с микропрограммным автоматом управления, другие вход и выход которого связаны со вторым устройством мониторинга.