地球物理勘探,也称为应用地球物理,是基于对岩石和矿石物理特性差异的研究而建立的一种勘探方法。它通过仪器观测各种地球物理场的分布,并对观测结果进行分析,解决地质问题,在环境工程勘察和地质找矿等领域应用广泛,对于社会经济的发展意义重大。随着科技的不断进步,人们已经建立了一系列地球物理勘探方法,例如瞬变电磁法、重力勘探法、地震勘探法等。地震勘探法的精度和分辨率较高,勘探深度较大,在油气勘探领域应用十分广泛。本实验室设计了一种多层次,分布式的地震勘探数据采集系统。系统主要由主机、交叉站、电源站和采集站组成。采集站直接连接传感器模块读取数据,所有的采集站分区域进行管理,每个区域的采集站由一个电源站进行管理,每个区域的电源站由一个交叉站进行管理,主机只需要管理数量较少的交叉站即可。这种方式增加了系统的可扩展性和可靠性。本文在原有设计的基础上对采集站存在的三个问题进行了研究。一是传感器模块的供电问题。采集站使用开关电源将高压转换成低压为传感器模块供电,传感器模块使用了高精度的模数转换器(Analogto Digital Converter,简称ADC),开关电源的噪声对ADC性能有多大影响?影响的途径是是什么?本文针对此问题进行了理论分析,并设计了测试电路,利用电源分析仪给ADC电源加入已知频率和振幅的正弦波作为电源噪声,观察噪声在ADC输出频谱上的表现,结果表明进入ADC的电源噪声表现为两种形式,一种是直接耦合噪声,由输入的电源噪声经过电源抑制比的衰减产生;另一种是互调噪声,由直接耦合噪声与输入信号相互调制产生,其中二阶互调噪声为主要成分,并且输入信号较大时,二阶互调噪声将会大于直接耦合噪声。测试结果同时表明,开关电源的纹波和噪声对于具有高电源抑制比的ADC影响有限,因此在追求电源使用效率的场景下,可以直接使用开关电源为ADC供电。二是多速率和速率协商问题,现有的采集站支持4.096Mbps的数据传输速率,为了实现更多采集站的连接,增加了采集站对8.192Mbps和16.384Mbps数据传输速率的支持。实际应用中,有时需要在已经部署完毕的系统中增加新的采集站,如果新的采集站无法得知系统中采集站的数据传输速率就无法建立连接,因此需要为采集站增加速率协商功能。采集站使用4.096Mbps的速率作为协商速率与其它采集站建立连接,连接建立后通过互相发送数据包的形式协商传输速率,通过速率协商,新加入的采集站可以得到系统的数据传输速率,并且对自身的数据传输速率进行调整与系统保持一致。三是自动路由问题,为了使数据实时回传到数据中心,并且保证数据的完整性,为采集站增加了自动路由功能,使得当某条数据链路出现故障,数据无法上传时,采集站可以自动寻找新的数据传输路径,通过新的路径上传数据。