1、成果水平及专利情况

课题组针对井中地震数据采集相关技术开展了近2年的研究，采用了全数字可裁剪的设计结构，改进传统VSP测井检波器汽缸驱动推靠臂装置的不稳定性及探管维护困难等缺陷，并首次将姿态检测系统集成到井下探管中，配合OpenGL的多线程三维可视化界面实时显示井下探管方位姿态，开发的原型样机已在石油部门开展了多次野外井中实验，对比测试显示，整机的性能已到国际先进水平，尤其是多次改进后，其稳定性已经达到与进口设备相同水平，相关成果在申请国家发明专利3项，同时在国内外的学术期刊发表近20篇相关学术论文。

专利情况：

已经提交申请了3项国家发明专利。主要涉及到姿态检测系统、级联可裁剪传输网络与协议、VSP测井系统三个方面。

2、项目内容

采用三支高精度MEMS加速度组建三分量检波器拾取微弱地震信号，通过多路动态可配置信号处理单元对微弱地震信号进行滤波放大，由高性能Cotex M4架构的STM32F4处理器控制三路高精度24位AD进行数字转换，通过RS485总线采用基于改进点对点协议的通用串行总线网络协议（USNP）将数据传输到转接站，并通过以太网及TCP/IP协议将数据传输到控制PC。针对三分量VSP测井技术的方向矫正难题，在检波器中集成高精度电子罗盘及陀螺仪，用于实时检测井下探管的方位信息。直接采用电机驱动控制探管推靠臂，并由软件远程控制，改进传统汽缸驱动推靠臂装置的不稳定性及维护困难等缺点，并对检波器机械结构进行大幅优化，降低检波器体积，增强其稳定性。开发基于QT图形界面的VSP数据采集控制软件，集成基于TCP/IP协议及USNP协议的自组网通信系统，集成基于OpenGL的多线程检波器实时方位状态检测及VSP数据处理功能。

具体内容包括：

（1）基于MEMS三分量加速度传感器的地震信号检测；

（2）可动态配置信号处理模块；

（3）地震信号检测和高分辨率转换采集电路；

（4）姿态检测系统；

（5）RS485总线数据传输网络组建；

（6）信号采集系统的自检测功能；

（7）系统集成打印功能设计；

（8）信号采集同步触发系统；

（9）人性化系统控制软件；

（10）直流电机控制及状态检测系统及对应推靠器驱动结构；

（11）数字检波器防水性和耐高温高压封装以及可扩展裁剪结构；

（12）低纹波高稳定性的电源模块。

3、成果技术特点

基于RS485串行通信标准构建了大数据量、抗干扰能力强的数据传输网络，实现网络节点的可扩展与裁剪，并实现相应安全高速的通信协议；采用全数字的三分量MEMS加速度传感器和24位高分辨率地震信号检测采集电路；各级探管内部集成了姿态检测装置，通过上位机软件能实时查看探管姿态信息；各级探管具有自检测功能；开发的上位机软件集成了控制、采集、传输、处理、实时显示及打印等多种功能，其中也集成了基于OpenGL的三维可视化探管姿态信息显示，并可应用于多种操作系统平台；探管具有良好防水性、可扩展与裁剪性封装，推靠器可有软件直接控制并实时显示推靠状态信息。

样机主要技术指标：

◆ 检波器道数：12道，可扩展至400道；

◆ 采样率： 0.0625ms、0.125ms、0.25ms、0.5ms、1ms、2ms可选；

◆ 输入动态范围：>120dB；

◆ 浮点增益：0~72dB可调；

◆ 同步精度：优于10ns；

◆ 频响范围：0Hz~800 Hz；

◆ 采样延时：0ms~9999ms可选；

◆ 谐波畸变：<0.0001%；

◆ 操作系统：Windows XP/Windows 7/Linux；

◆ 数据格式：SEG-2、SEG-Y可选；

◆ 触发方式：内、外触发可用锤击开关、爆破、电火花触发，也可断线或接通触发；

◆ 操作温度：-10℃~70℃；

◆ 规格：主机重量小于3kg、数字检波器重量小于2kg；

◆ 功耗：主机<25W，数字检波器<5W。

4、应用范围

工程勘查、浅层地质调查、深层油气勘探。

5、技术成熟度

已有成熟的野外试验样机，包括与国内外同类设备的对比测试资料。其在野外实际应用中电路结构和探管结构及系统工艺需要进一步改进，正式进行工业化生产和小批量应用试验还需要工艺封装的改进，包括进行大量野外实验修改系统操作参数和优化软件显示。

6、投资估算及资金来源

项目总投资350.0万元。其中已获落实的川庆物探公司投资额为80.0万元，四川省科技支撑计划40.00万元，尚需引进投资230.00万元。

7、市场前景及经济效益分析

随着我国大量核设施退役和三废治理工程的相继实施，放射性废旧管道日愈增多，为了回收、处理或处置这些废旧管道，必须在去污前进行测量，以便分级和确定处理方案，回收或处置前要按规定进行监测，以判断是否达到管理限值的要求。传统的表面 α 污染监测技术如擦拭测量和探针方式测量通常存在诸多不足，如低效率、耗时长、未能消除因孔径小和管道弯曲所造成的影响，并不能对管道内部做有效实时监测。  

该仪器基于LRAD技术，采用电离室对α电离空气的离子对进行测量，成本低，能实现对各种α污染表面的有效、实时、无损监测。目前国家对环境监测力度大幅度提升，相关核设施机构和企业的需求量大，因此该设备具有非常广阔市场以及发展前景。

8、合作方式

（1）样机产品化（约需8~12个月）

包括产品工艺设计、软件功能改进及野外试验。主要是结合样机产品化及野外应用需求，改进采集电路及探管工艺，尤其是推靠器装置工艺，提供系统的可靠性、稳定性，并结合现场应用需求进一步改进优化，适应复杂环境下施工条件；为提高产品在推广过程中的竞争力及产品功能完善，结合应用对象需求开展软件功能扩展，包括软件的可视化界面优化；系统测量精度的保证需要大量试验及样本数据的支撑，样机改进过程中需要选取不同测量井进行长期的试验，并修正相应参数库，提高系统应用的兼容性。

需要投入估算：样机工艺改进及样品试制投资50万元；软件功能改进、算法改进、可视化界面开发等需投资30万元；样本数据及参数库获取野外试验需投资30万元。总计110万元。

合作方式：引进投资共同完成样机产品化，划分产权20%。

（2）小批量试制（约需1年时间）

① 建立试制生产线（可年产50台）；

② 送检产品，获得相关职能部门检测合格报告；

③ 通过典型监测对象试用，获取示范工程样板及参数库，推广产业化（主要集中在云、贵、川等地区）；

④ 获省级以上具有施工资质部门的现场检测认定，产品许可证书；

⑤ 进行科技成果技术鉴定；

⑥ 形成年产150台以上的可行性分析报告。

需要投入估算：生产设备及原材料投资40万元；测量实验井的示范区建设需要50万检测、鉴定、办证20.0万元；专业机构可行性分析报告10.0万元。总计120万元。

合作方式：引进投资方共同完成，划分技术产权20%。

（3）推广试用期

① 联合有关企业，通过有关渠道上报国家科技部，发改委等部门，获政府重大项目资金支持；

② 通过技术合作、技术咨询、技术服务的方式，由有关企业生产推广该产品；

③ 通过融资，引进战略投资者，创办科技型企业，生产销售该产品。或通过专业策划，与多家相关企业，进行资源整合，组建能够上市的股份制公司，在国内多个地方同时生产销售该产品。

合作方式：高校科研院所合作开发

图1.数字VSP系统样机（整套样机）

 

 

 

 

图2.数字VSP系统样机（探管组装零件）

图3.数字VSP系统样机（采集控制软件）

图4.数字VSP系统样机（探管姿态检测信息）