[0001] 本实用新型涉及地球物理勘探领域，尤其涉及一种基于虚拟仪器的天然源面波采集系统。

[0002] 随着国家生态文明建设迈上新台阶、城市地下空间建设的稳步推进，无损地球物理勘探方法的发展已经逐渐成为地球物理勘探研究新方向之一。天然源面波法是从自然界背景地震波动噪声(地脉动)中提取面波频散信息，以推断地层结构，该方法不仅能够有效的减少勘探成本，更能够保证不对环境产生破坏。

[0003] 随着实际工作的需要，勘探仪器的发展已经成为制约天然源面波方法发展的关键因素之一。

[0004] 本申请研究虚拟仪器和天然源面波方法相结合，尝试性研发了基于虚拟仪器的天然源面波采集系统。实用新型内容

[0005] (一)实用新型目的

[0006] 为解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出一种基于虚拟仪器的天然源面波采集系统，从“软件即仪器”的虚拟仪器思想出发，通过融合计算机强大的硬件资源和软件功能，实现了部分仪器硬件的软件化，突破了传统面波仪器在探测、数据处理、显示等方面的限制，有效降低了仪器开发、维护、配置成本和缩短了开发周期，增加了系统灵活性。预期目标是能够实现有效的，可应用于物探工作的天然源面波采集系统，打破国内物探行业虚拟仪器研究方面困局，为国内物探工作者提供强有力的硬件基础。

[0007] (二)技术方案

[0008] 为解决上述问题，本实用新型提出了一种基于虚拟仪器的天然源面波采集系统，包括采集设备和计算机；

[0009] 信号采集模块包括检波器、一级放大器、下拉电阻、数据采集卡、电源模块和USB接口；检波器包括多个用于采集信息的传感器，传感器用于采集信息；一级放大器与数据采集卡相连；下拉电阻与一级放大器输出信号并联；下拉电阻与数据采集卡相连；其中，一级放大器、下拉电阻、数据采集卡和电源模块通过航头插头进行电路桥接与信号通讯；采集设备连接外接电源，外接电源与电源模块电性连接；

[0010] 计算机与采集设备信号传递连接，计算机内部设有信号采集子系统与信号处理模块。

[0011] 优选的，数据采集卡型号为USB3104A；数据采集卡的最小采样精度为50μ V，采样间隔为10μs-20ms，通频带范围为0.1-4000Hz；检波器为4Hz动圈式地震检波器；一级放大器，用于维持100kHz的有效带宽；运算放大器型号为 ICL7650或AD620，放大倍数为100倍。

[0012] 优选的，外接电源为12V直流电压，电源模块将外接的12V直流电压转为±5V电压。

[0013] 优选的，检波器以内接正三角形同心圆方式进行布置。

[0014] 本实用新型：通过采集得到微动的幅频特性，提取微动中包含的面波的频散曲线，进而完成一维正反演，对工作区域做出定性和定量解释，能在采集天然源面波的振动信号的同时，获得并显示天然源面波频散曲线。

[0015] 本实用新型中，系统从“软件即仪器”的虚拟仪器思想出发，通过融合计算机强大的硬件资源和软件功能，实现了部分仪器硬件的软件化，突破了传统面波仪器在探测、数据处理、显示等方面的限制，有效降低了仪器开发、维护、配置成本和缩短了开发周期，增加了系统灵活性。

[0016] 本实用新型，利用先进的计算机技术实现人机交互操作，通过计算机向仪器输入采集参数及命令，控制采集设备进行检测等相关工作，并能够同时显示原始信号波形和面波频散曲线。采集设备可在采集天然源面波数据的过程中直接获得地质勘探需要的面波频散曲线，解决了以往天然源面波野外勘探无法第一时间提取频散曲线，对采集数据进行信号质量评价的问题。

[0023] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

[0024] 如图1-6所示，本实用新型提出的一种基于虚拟仪器的天然源面波采集系统，包括采集设备和计算机；

[0025] 信号采集模块包括检波器、一级放大器、下拉电阻、数据采集卡、电源模块和USB接口；检波器包括多个用于采集信息的传感器，传感器用于采集信息；数据采集卡，用于采集传感器输出的模拟信号；一级放大器与数据采集卡相连；下拉电阻与一级放大器输出信号并联；下拉电阻与数据采集卡相连，用于改善输入到数据采集卡中的信号质量；其中，一级放大器、下拉电阻、数据采集卡和电源模块通过航头插头进行电路桥接与信号通讯；USB接口，用于采集设备与计算机之间的桥接，以进行信号通讯及传输；电源模块，用于向采集设备供电；采集设备连接外接电源，外接电源与电源模块电性连接；

[0026] 计算机与采集设备信号传递连接，用于获取采集设备采集的数据信息；计算机内部设有信号处理模块；信号处理模块，用于获取数据和对数据实时处理，以及后期的数据处理与分析。

[0027] 本实用新型中，通过采集得到微动的幅频特性，提取微动中包含的面波的频散曲线，进而完成一维正反演，对工作区域做出定性和定量解释，能在采集天然源面波的振动信号的同时，获得并显示天然源面波频散曲线。

[0028] 本实用新型中，用户将其采集配置信息通过计算机及外部设备输入到信号采集子系统中，系统根据配置信息控制传感器工作状态，对被测信号进行采集，然后输出到数据采集卡中。在数据采集完成后，信号采集子系统窗口将显示出数据体以及相应信号曲线，根据数据情况，即可决定下一步操作。其中，要求所述信号采集子系统能够设置不同参数，对数据采集卡实现控制功能，完成数据采集工作。

[0029] 本实用新型中，系统从“软件即仪器”的虚拟仪器思想出发，通过融合计算机强大的硬件资源和软件功能，实现了部分仪器硬件的软件化，突破了传统面波仪器在探测、数据处理、显示等方面的限制，有效降低了仪器开发、维护、配置成本和缩短了开发周期，增加了系统灵活性。

[0030] 本实用新型，利用先进的计算机技术实现人机交互操作，通过计算机向仪器输入采集参数及命令，控制采集设备进行检测等相关工作，并能够同时显示原始信号波形和面波频散曲线。采集设备可在采集天然源面波数据的过程中直接获得地质勘探需要的面波频散曲线，解决了以往天然源面波野外勘探无法第一时间提取频散曲线，对采集数据进行信号质量评价的问题。

[0031] 本实用新型中，设备整体重量轻、布阵便捷，有极高的灵敏度，其噪声低、重量轻、抗干扰性强，可以在城市以无源方式对地层进行探测，实现了虚拟仪器在物探仪器领域的突破。

[0032] 在一个可选的实施例中，数据采集卡型号为USB3104A；数据采集卡的最小采样精度为50μV，采样间隔为10μs-20ms，通频带范围为0.1-4000Hz；检波器为4Hz动圈式地震检波器；一级放大器，用于维持100kHz的有效带宽；运算放大器型号为ICL7650或AD620，放大倍数为100倍。

[0033] 需要说明的是，系统将传感器输出信号转换成计算机能够识别处理的数字信号，数据采集卡最小采样精度达到50μV，采样间隔满足10μs-20ms，通频带满足0.1-4000H；一级放大器能够有效放大微伏级信号，能够保证100kHz的有效带宽。在实际数据采集过程中，发现自然电位信号值较小，采集到的面波信号可能缺失小于数据采集卡分辨率的部分，也无法准确地排除人为或其它因素对信号的干扰，为排除相应干扰，保证信号质量，考虑到增益效果与经济成本，采用了ICL7650运算放大器，放大倍数100倍，基本达到了预期效果。目前系统正在设计二级放大电路，测试AD620运算放大器，期望达到更好的信噪比，以用于后期的信号提取和数据处理。

[0034] 在一个可选的实施例中，信号处理模块用于数据处理，即，从采集到的面波信号中提取频散曲线，并进行简单处理；

[0035] 信号处理模块用于存储，即，将采集到的面波信号、提取的频散曲线及其他经过数据处理工作的信号或数据存储为“.dat”、“.sgy”的天然源面波常用数据文件格式；

[0036] 信号处理模块用于显示，即，将采集到的面波信号、提取的频散曲线及其他经过数据处理工作的信号或数据以二维显示方式在计算机界面成图；

[0037] 信号处理模块用于信号校准，即，用于调整在多路采集时通道采集顺序引起的时差；

[0038] 信号处理模块用于滤波，即，用于传输人机交互界面进行参数设置的带通滤波器。

[0039] 需要说明的是，信号处理模块实功能完善，使用效果好。

[0040] 在一个可选的实施例中，外接电源为12V直流电压；电源模块，用于将外接的12V直流电压转为±5V电压。

[0041] 如图6所示，在一个可选的实施例中，检波器以内接正三角形同心圆方式进行布置。

[0042] 在一个可选的实施例中，系统工作流程包括以下步骤：

[0043] S1：操作者将采集设备、计算机和外接电源按天然源面波野外勘探方法连接；

[0044] S2：打开电源开关，检查电路通断情况；

[0045] S3：打开计算机，检查设备连接情况，保证信号正常采集和传输；

[0046] S4：设置相应采集参数，进行试验性采集；检查信号是否正常，排除机器连接或其它人为因素对采集工作的干扰；

[0047] S5：设置实际工作任务所要求的采集参数，进行采集；

[0048] S6：初步数据处理，观察频散曲线；

[0049] S7：重复S5-S6，对工作任务涉及测点逐一进行采集；

[0050] S8：对采集数据进行数据处理、存储及后期成图等工作；

[0051] S9：操作结束，关掉电源，对设备进行收纳。

[0052] 应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。