地震勘探原理作业整理
作业一
1、 地震勘探的三个阶段和每个阶段需要的设备？
地震勘探基本上可分如下三个阶段：野外数据采集、室内资料处理、地震资料解释。 每一个阶段都需要相应的设备，地震勘探装备是地震勘探的物质基础。 需要的设备分别是：地震勘探仪器，大型计算机集群和交互的工作站。
2、 地震勘探仪器的任务是什么？
地震勘探仪器的任务是将由震源激发的，并经地层传播反射回地表的地震波接收并记录下来
3、 地震勘探第一个阶段的成果是什么？
地震勘探第一阶段的最终成果，就是地震勘探仪器产生的野外地震记录，它是资料处理和资料解释的原始依据和工作基础
4、 地震勘探仪器大致分为哪几代？
地震勘探仪器经历了六代： 第一代：模拟光点记录地震仪 第二代：模拟磁带记录地震仪 第三代：集中控制式数字地震仪 第四代：分布式遥测地震仪
第五代：新一代分布式遥测地震仪 第六代：全数字地震仪
5、 地震信号有效范围是0.001毫伏-100毫伏，要求地震勘探仪器的动态范围至少为多少？
DR=20log(Vmax/Vmin)=20log(100/0.001)=100dB,仪器动态范围为0-100dB 6、 对于一个满量程为4096毫伏的10位二进制电压表，输入信号电压为2231.5毫伏，转换的二进制数据是（不含符号位）多少位，量化电平是多少毫伏？
输入信号电压>1/2满量程，所以转换的二进制数据是10位的 量化电平q=VFSR/2N=4096mV/210=4mV
7、 叙述地震波的运动学和动力学特征？
运动学特征：反射波到达时间有关的特征，如到达时间、速度等，称为运动学特征。 动力学特征：地震波的波形特征称为动力学特征，它包括振幅特征和频率特征。
8、 叙述采样定理。
用低通滤波器从离散信号中恢复原信号的条件是采样频率(fs)大于信号最高频率（fm）的两倍。
作业二
1、 叙述讲过的四种地震勘探检波器的种类，并说明哪种检波器是速度检波器，哪种检波器是加速度检波器。
速度检波器：电动式地震检波器、涡流式地震检波器
加速度检波器：压电式地震检波器、数字地震检波器-MEMS加速度传感器
2、 叙述电动式检波器的性能参数？
1、失真度（畸变系数）
检波器是一线性振动系统，按理想状态，它的输出应当是一纯正的正弦波，但是由于种种原因，在它的上面总含有其它的倍频于它的高频成分，使其看上去就不那么纯，这就叫做检波器的失真度。
2、假频（伪谐振频率或横向固有频率）Fs
假频”一词在地震勘探仪器系统中有两次出现，采样定理；另一个就是检波器的假频，其实称为伪谐振频率或横向固有频率更为恰当。 3、极性
对极性的规定是敲击检波器底部，若示波器屏幕上的第一个波形向上跳，那么示波器正夹子端为负，这就是说规定的方向是和线圈的运动方向相同。 4、绝缘电阻
检波器装入护壳后，均要对其进行绝缘检测。绝缘是保证检波器免受工频等干扰的主要因素。绝缘电阻越高，抗电干扰能力就越强，检波器的绝缘电阻根据使用条件规定了大于10兆欧、20兆欧、50兆欧三个档次。 5、跌落指标
对于常规的8～40Hz检波器来讲应承受5000次跌落，然后放入一个低速转动的对边距离为一米的六角滚筒内进行自由跌落，以跌落次数对检波器进行考核。 6、自然频率
f0?1k 2 ? m 仅和弹性系数K和质量M有关
7、灵敏度（机电转换系数S）
RRdxdxG0?0?s V?0?s??G0RdtdtR
3、 绘出24位Δ-∑A/D型采集站框图。
4、 叙述IFP型采集站存在的问题。
（1）影响地震仪频率特性的因素主要是模拟电路及A/D转换之前采样速率的限制。 其高频响应主要取决于多路转换开关的采样频率。设采样频率为f，有效信号中的最高频率为
sf，IFP的单道调整时间为t，地震道数为N；考虑到采样定理f ≥2 f的要求，取f maxcsmaxs=4 f，系统的高截止转折频率f= f，则有 fc?maxcmax
111fs??44tc?N
（2）影响仪器动态范围的主要因素是模拟电路本底噪声幅值和仪器最大不失真信号的幅值。一般情况下，对于n位A/D转换器，其动态范围DR为： DR?20log2n?6.02n就目前集成电路工艺和技术来说，对于传统的积分型A/D转换器、逐次逼近型A/D转换器和直接比较型A/D转换器，由于电路本身噪声特性的影响，其分辨率很难达到18位，因此，直接使用传统A/D转换器的仪器系统，其动态范围难以达到110 dB 。
（3）IFP结构的采集站使用了大量模拟器件和数字器件，电路结构十分复杂，功耗也比较大，这些都不符合现代电子技术集成化、数字化、低功耗（低电源电压）、高性能的要求。因此，需要一种新型结构的地震数据采集站，以适应现代高分辨率地震勘探的需要
5、 从电路的角度出发叙述地震信号干扰的类型，并叙述如何消除？大线检波器输入电路是如何消除干扰信号的？
①信号传输电缆感应等因素产生的共模干扰，其峰值通常远大于待测信号电压的幅度，因此需要使用具有很强共模干扰抑制能力的仪器输入电路抑制共模干扰
②工频交流电干扰、雷电等因素造成的高频差模干扰，可以用滤波器滤除
对于共模信号，大线滤波器是一个二阶低通滤波器，其截止频率为： fc?1?459?Hz?2?LC它对高于fc的共模干扰有很强的滤波作用;
对于差模信号来说，大线滤波器是一个五阶LC低通滤波器，在频率低于1000Hz时，它近
1似于一个由R6和C7+C8+C9并联成的RC滤波器，其截止频率为：f ?227?Hz?d?2?R6?C7?C8?C9?对于高于fd的差模干扰有一定的压制作用 对于频率低于截止频率的有效地震信号，大线滤波器具有较好的平坦通带作用。采用这种平衡式大线滤波器与后续前置放大器配合，对于双端输入信号具有很好的共模抑制比，从而提高整个仪器输入回路的信噪比。
6、 对于一个10位的A/D数据采集系统其动态范围是多少？在不增加转换位数的情况下如何提高系统的动态范围？
DR=20log(VImax/VIN)=20log102N≈6.02n=60.2dB 使用IFP放大器。
7、 计算下图U0/(Vi1-Vi2)
(1)求(V1-V2)/(Vi1-Vi2)
按照节点电压法和运算放大器的特性得： （V1-V2）/(2RF0+Rw)=（Vi1-Vi2）/Rw （V1-V2）/（Vi1-Vi2）=1+2RF0/Rw (2)求Uo/（V1-V2） Rf1= Rf1= Rf RF1=RF2=RF
V2’=V2RF/(RF+Rf) (别忘记在图上标号V2') （V1-V2’）/Rf=（V2’-Uo）/RF V1RF-V2’RF-V2’Rf= —UoRf V1RF-V2’(RF+Rf)= —UoRf
V1Rf-V2RF/(RF+Rf)*(RF+Rf)= —UoRf Uo/（V1-V2）=—RF/Rf
Kf=Uo/(vi1-Vi2)= —(1+2Rfo/Rw)(RF/Rf) （负号！！！！）
作业三
1、 叙述（前置）放大器及其主要指标
放大器是仪器模拟电路中的重要功能单元，其主要作用是为传感器输出的微弱信号提供电压增益，以适应后续滤波和A/D转换对信号电平的要求。作为重要的模拟部件，放大器的失真度、频率响应范围、放大器噪声和幅值响应动态范围是决定整个系统相关特性的重要因素。 主要指标：
①失真度：又称为非线性失真，是指放大器输入一单一频率的正弦信号时，其输出信号中谐波频率成分的总和与基波成分的比值。 ②频率响应范围：又称为通频带，是指放大器的放大倍数在高频和低频段分别下降到其标准放大倍数（中频段）的0.707倍时的频率范围。
③放大器噪声：又称为本底噪声，是指放大器在没有信号输入（放大器入口接地）时，由于放大电路内部噪声源的存在，放大器仍有输出信号，该信号即为放大器的本底噪声。把放大器电路输出端测得的噪声有效值VON除以该电路的增益K，即得到放大器的等效输入噪声VIN VIN?VON/K④幅值响应动态范围：又简称为动态范围，是指放大器在其规定的失真度和频率响应范围内其最大输出信号幅值与其最大本底噪声信号幅值的比值，该值通常用分贝形式给出，即 ：
VsVn2、 叙述电模拟滤波器常用的4种类型。
DR?20log3、 理想滤波器四种类型：低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器
4、 把下列数据转换成4位二进制补码：+4，+6，-3，-7 原码 反码 补码 +4 0100 0100 +6 0110 0110 -3 1011 1100 1101 -7 1111 1000 1001 5、 对于一个满量程为1024毫伏的10位二进制电压表，电压为226毫伏转换的数据是多少？书P88 q=E/2N=1024/210=1mV
∵226=128+64+32+2 ∴转换的数据为0011100010
6、 对于一个14位A/D转换器，满量程电压8192毫伏，如果：输入信号为16毫伏，相对误差是多少？如果经过瞬时浮点放大26后，相对误差是多少？
输入信号为16毫伏，相对误差：∵δq=ε q/a ε q=q=E/2N=0.5mV ∴δq=0.5/16≈3.125%
如果经过瞬时浮点放大26后，相对误差δ=ε q/a·KF=0.5/（16*26）≈0.04883%
7、 例一、七阶型IFP放大器，该电路要求正子样放大范围是+4.096V—+1.024V。 （1） 叙述子样放大工作过程
（2） 当采样之后的子样的电压为2.2mV时，最后的电压增益是多少？子样的
电压是多少？
（1）该七阶型IFP放大器子样放大工作过程为三次增益放大、三次比较、三次增益调整的工作方式。每当一个子样进入IFP时，控制逻辑电路首先赋予它的增益为28，子样经过放大以后经缓冲级去增益比较器与参考电压进行比较，若放大后的子样电平高于窗口电平上限，即增益由原来的变为24；若放大后的子样电平低于窗口电平下限，即增益由原来的变为212；若放大后的子样电平处于窗口电平的上限与下限之间，则比较器做出增益不变的判断，增益仍然为28。从而完成第一次增益调整。第一次增益调整期间，增益改变台阶为24；第二、第三次增益调整期间，增益改变台阶为22。第二、第三次增益调整和第一次类似，按照增益调整图进行调整。 （课件原话，不用改动）
（2）若a=2.2mV 则①a×28=563.2mV→②a×212=9011.2mV→③a×210=2252.8mV→④a×210=2.2528V
例二、游标型IFP放大器要求正子样放大范围是+8.192V—+4.096V, （1） 简述子样放大工作过程
（2） 当采样之后的子样的电压为2.2mV时，最后的电压增益是多少？子样的
电压是多少？
（1）此类IFP放大器中有三个主放大级A2、A3和A4，每级的增益为24；A6的增益为23，A6和电阻网络衰减器构成游标放大级。S1、S2、S3和S4为主放大级增益开关，依次单独接通使主放大级的增益分别为20、24、28和212。S5、S6、S7和S8为游标放大级的增益衰减开关，它们依次单独接通使衰减器的衰减系数分别为23、22、21和20，控制游标放大级的增益分别为20、21、22和23，由主放大级和游标级相互配合，使游标型IFP放大器具有2n增益（n=0,1,2,...，15），增益台阶为21.在任何时候只是一个增益开关（S1~S4）和一个增益衰减开关（S5~S8）接通，定义开关断开状态为1，接通状态为0。游标型IFP放大器采用四次放大、四次调整的工作方式。
（2）若a=2.2mV 则①a×28=563.2mV→②a×212=9011.2mV→③a×210=2252.8mV→④a×
地震勘探仪器原理作业及最终答案
