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矿井无缆存储式地震仪时间同步系统研究

作　者: 王盼
导　师: 程建远
学　校: 西安科技大学
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: 无缆地震仪时间同步 GPS授时误差校正 Akima分段三次插值
分类号: P631.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 33次
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内容摘要

目前的矿井地震数据采集仪器都是有线系统，设备笨重、施工效率低。矿井无缆式地震采集系统摆脱了地震仪主机以及大线的限制，极大地提高了仪器的便携性、施工效率以及适应煤矿井下各种复杂条件的能力，代表着今后矿用地震仪的发展方向。但是，由于无缆式地震采集系统是采用预定时间触发方式，因此，高精度时间同步方法是无缆地震仪研发的关键技术和核心问题。本文基于矿井无缆地震仪时间同步方法和GPS授时原理，设计了GPS时间同步授时系统，实现了地震仪之间初始时间的同步；通过大量的走时实验，验证了地震仪走时性能的可靠性、稳定性，取得了走时误差随延续时间、环境因素的变化数据，得出了常温下地震仪走时误差具有较高稳定性和重复性、走时误差随时间增长近似呈线性变化以及温度、湿度和振动对走时误差影响较小等结论；将三次样条插值和Akima分段三次多项式插值法，引入无缆存储式地震仪的走时误差校正中，并对两种插值方法的保形性、计算量和计算速度等进行了比较分析，认为Akima插值法是矿井无缆地震仪走时误差二次校正的最优方法；通过微震定位实例分析，校正后的时间同步精度达到微秒级，可以达到很高的精度。本文提出的时间同步方法是矿井无缆地震采集系统的时间同步方法，但要达到高精度必须经过数学方法进行误差二次校正，通过直接授时或利用无线网络给一个同步采集触发信号使其同步精度达到微秒级，将是今后的一个发展方向。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-19
  1.1 选题背景及研究意义  7-9
    1.1.1 选题背景  7-8
    1.1.2 研究意义  8-9
  1.2 地震勘探系统时间同步方法的发展现状  9-13
    1.2.1 地面地震勘探同步方法现状  9
    1.2.2 海底地震勘探同步方法现状  9-10
    1.2.3 矿井地震勘探仪的发展与同步方法  10-13
  1.3 地震勘探授时系统的国内外发展现状  13-16
    1.3.1 授时系统的国内外发展现状  13-15
    1.3.2 晶体振荡器国内外发展现状  15-16
  1.4 研究内容及技术路线  16-19
    1.4.1 研究内容  16-17
    1.4.2 技术路线  17-19
2 时间同步系统的技术原理  19-25
  2.1 GPS系统及其授时原理  19-21
    2.1.1 GPS系统介绍  19-20
    2.1.2 GPS授时原理  20-21
  2.2 晶体振荡器的误差模型  21-24
    2.2.1 晶体振荡器的主要技术指标  21-23
    2.2.2 晶体振荡器时间误差的数学模型  23-24
    2.2.3 晶体振荡器走时误差的环境影响因素分析  24
  2.3 本章小结  24-25
3 地震仪时间同步授时系统设计  25-33
  3.1 无缆存储式地震仪时间同步的理论分析  25-26
  3.2 地震仪同步授时系统的硬件设计  26-29
    3.2.1 系统的硬件组成  26-27
    3.2.2 硬件电路设计  27-29
  3.3 地震仪同步授时系统的软件设计  29-32
    3.3.1 系统软件设计  29-31
    3.3.2 人机交换界面程序设计  31-32
  3.4 本章小结  32-33
4 地震仪时间同步误差的实验分析  33-47
  4.1 无缆存储式地震仪时间同步误差的理论分析  33-34
    4.1.1 秒脉冲同步信号误差分析  33
    4.1.2 地震仪的时钟走时误差分析  33-34
  4.2 无缆存储式地震仪时间同步系统测试  34-36
  4.3 无缆存储式地震仪走时误差的实验分析  36-46
    4.3.1 走时误差重复性实验  36-40
    4.3.2 常温下走时误差的分析  40-41
    4.3.3 温度对走时误差的影响分析  41-44
    4.3.4 湿度对走时误差的影响分析  44-45
    4.3.5 振动对走时误差的影响分析  45-46
  4.4 本章小结  46-47
5 时间同步系统走时误差的校正方法研究  47-67
  5.1 走时误差二次校正方法的提出  47-48
  5.2 常温下走时误差的回归分析  48-55
    5.2.1 数学模型及相关性分析  48-51
    5.2.2 走时误差回归方程确定  51-55
  5.3 误差补偿算法的数学模型建立  55-61
    5.3.1 三次样条插值误差校正补偿模型  55-59
    5.3.2 Ak ima 分段三次多项式插值误差补偿模型  59-61
  5.4 活鸡兔煤矿的实例研究  61-66
  5.5 本章小结  66-67
6 结论与建议  67-68
  6.1 结论  67
  6.2 建议  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
附录  73

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