一种槽波地震仪及其井下时钟校准和时间同步方法
技术领域
本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种槽波地震仪及其井下时钟校准和时间同步方法。
背景技术
槽波地震勘探方法是针对煤矿地质构造勘察、煤矿灾害预防等应用领域的一种有效的方法，高性能的槽波地震勘探仪器能够有力推进槽波地震勘探方法在该领域的应用。
触发时刻的准确记录是槽波地震勘探仪器的关键性能指标之一，现有的记录触发时刻的方法有两种，一种是通过长线将起爆器引爆雷管的信号传递到主控机，由主控机记录触发时刻；一种是通过触发记录仪将起爆器引爆雷管的信号记录在本地，作业结束后将时间导出，根据该时间提取槽波地震仪采集系统记录的有效数据。第一种方法受制于长线，不适用于放炮和采集在不同巷道的作业；第二种方法则要求触发记录仪与槽波地震仪采集系统的时钟严格一致并时间同步。
现有的方法一般在井上通过GPS时间信息进行时间同步，这种方法有以下缺点：一是从井上到实际作业一般有2个小时以上，由于时钟的累计误差，降低了时钟同步的精度；二是作业过程中的突发情况导致同步信息丢失，则需要再上井上进行时钟同步，极大降低作业效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种槽波地震仪的井下时钟校准和时间同步方法。
为实现以上目的，本发明采用一种槽波地震仪，包括：采集系统和触发系统，采集系统包括有一个采集主机和若干个采集站，触发系统包括触发记录仪和发爆器，采集主机与井下防爆笔记本连接，各采集站之间经大线和传感器连接，采集主机经电缆与触发记录仪连接，触发记录仪与发爆器连接；采集主机记录采集到的地震波形数据，触发记录仪记录雷管引爆时刻，采集主机和触发记录仪器通过电缆进行通信，完成时钟校准和时钟同步。
进一步地，所述采集主机包括数据采集模块、时钟下发模块和同步信息下发模块，其中：
数据采集模块用于对地震波数据进行采集；
时钟下发模块用于下发标准时钟至所述触发记录仪，以供触发记录仪校准时钟；
同步信息下发模块用于根据需要下发起始时间戳信息至所述触发记录仪。
进一步地，所述触发记录仪包括触发时刻记录模块、时钟校准模块和时钟同步模块，其中：
触发时刻记录模块用于记录震源的起震时间；
时钟校准模块用于所述采集主机下发的标准时钟，调整本地时钟频率；
时钟同步模块用于根据所述同步信息下发模块下发的起始时间戳信息，开始计时，并上传时间同步完成信息至所述主机，完成时间同步。
进一步地，所述时钟校准模块包括第一校准单元、第二校准单元和第三校准单元，其中：
第一校准单元用于当本地时钟脉冲数大于设置的上限阈值时，降低触发记录仪时钟芯片的参考电压，减小时钟频率；
第二校准单元用于当本地时钟脉冲数小于设置的下限阈值时，提高触发记录仪时钟芯片的参考电压，增大时钟频率；
第三校准单元用于当脉冲数在上限阈值和下限阈值范围内后，保持触发记录仪时钟芯片的参考电压，并上传时钟校准完成信息。
另一方面，采用一种槽波地震仪的井下时钟校准和时间同步方法，包括如下步骤：
获取主机下发的时钟校准命令和标准时钟，其中标准时钟为主机通过本地时钟产生的1Hz频率的方波；
在接收到时钟校准命令后，以本地时钟为参考进行计数，统计1Hz频率的方波内的本地时钟脉冲数；
当本地时钟脉冲数大于设置的上限阈值时，降低触发记录仪时钟芯片的参考电压，减小时钟频率；
当本地时钟脉冲数小于设置的下限阈值时，提高触发记录仪时钟芯片的参考电压，增大时钟频率；
当脉冲数在上限阈值和下限阈值范围内后，保持触发记录仪时钟芯片的参考电压，并上传时钟校准完成信息。
进一步地，在时钟校准完成后，还包括：
获取所述主机下发的时钟同步命令和下发的基准时间；
在收到时钟同步命令后，启动时间戳计数器，记录基准时间，并上传时间同步完成信息至所述主机，完成时间同步。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明利用槽波地震仪采集系统记录采集到的地震波形数据，利用触发记录仪器记录雷管引爆时刻，通过短缆连接地震仪采集系统主机和触发记录仪器，根据触发记录仪记录的起爆时刻，从槽波地震仪采集系统记录的数据中提取有效数据，进行数据处理，实现时钟校准和时钟同步。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种槽波地震仪的结构示意图；
图2是槽波地震仪作业流程示意图；
图3是采集主机和触发记录仪之间的时钟校准的流程示意图；
图4是采集主机和触发记录仪之间的时间同步流程示意图。
图中：1-防爆笔记本；2-采集主机；3-采集站；4-大线和传感器；5-触发记录仪；6-发爆器；7-作业工作面。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示，本实施例公开了一种槽波地震仪，包括布置在作业工作面7的采集系统和触发系统，采集系统包括有一个采集主机2和若干个采集站3，触发系统包括触发记录仪5和发爆器6，采集主机2与井下防爆笔记本1连接，各采集站3之间经大线和传感器连接，采集主机2经电缆与触发记录仪5连接，触发记录仪5与发爆器6连接；采集主机2记录采集到的地震波形数据，触发记录仪5记录雷管引爆时刻，采集主机2和触发记录仪5器通过电缆进行通信，完成时钟校准和时钟同步。
其中，发爆器6用于引爆炸药，采集系统和触发系统分别布置在作业工作面7的两个巷道中，中间隔着煤层。如图2所示，槽波地震仪的作业流程如下：
a)如图1所示的系统拓扑结构布置完成后，进行触发记录仪5和主采集主机2的时钟校准和时间同步；
b)作业工程中，由发爆器6引爆炸药产生震源的同时，触发记录仪55检测引爆信号，记录时间戳；
c)在炸药引爆的时候，槽波地震仪的采集系统记录数据；
d)作业完成后，根据触发记录仪5记录的起爆时刻，从槽波地震仪的采集系统记录的数据中提取有效数据，进行数据处理。
进一步地，采集主机2包括数据采集模块、时钟下发模块和同步信息下发模块，其中：
数据采集模块用于对地震波数据进行采集；
时钟下发模块用于下发标准时钟至所述触发记录仪5，以供触发记录仪5校准时钟；
同步信息下发模块用于根据需要下发起始时间戳信息至所述触发记录仪5。
需要说明的是，时间戳的起始时间可以根据需求进行设定，可设定为整点时间、当前时间或者其他时间点等。
进一步地，所述触发记录仪5包括触发时刻记录模块、时钟校准模块和时钟同步模块，其中：
触发时刻记录模块用于记录震源的起震时间；
这里的震源绝一般是指炸药，该起震时间用于后期数据提取的依据，即该起震时间之后的数据为震源震动数据。
时钟校准模块用于所述采集主机2下发的标准时钟，调整本地时钟频率；
时钟同步模块用于根据所述同步信息下发模块下发的起始时间戳信息，开始计时，并上传时间同步完成信息至所述主机，完成时间同步。
其中，所述时钟校准模块包括第一校准单元、第二校准单元和第三校准单元，其中：
第一校准单元用于当本地时钟脉冲数大于设置的上限阈值时，降低触发记录仪5时钟芯片的参考电压，减小时钟频率；
第二校准单元用于当本地时钟脉冲数小于设置的下限阈值时，提高触发记录仪5时钟芯片的参考电压，增大时钟频率；
第三校准单元用于当脉冲数在上限阈值和下限阈值范围内后，保持触发记录仪5时钟芯片的参考电压，并上传时钟校准完成信息。
需要说明的是，采集主机2和触发记录仪5之间的时钟校准的流程如图3所示，包括如下步骤：
a)槽波地震仪的采集主机2通过电缆与触发记录仪5连接，建立通讯通道；
b)采集主机2通过电缆，向触发记录仪5下发时钟校准命令，同时将标准时钟下发到触发记录仪5，标准时钟为系统主机通过本地时钟产生的1Hz频率的方波；
c)触发记录仪5在接收到时钟校准命令后，用本地时钟为参考进行计数，统计1Hz频率的方波内的本地时钟周期数；若脉冲数大于设置的上限阈值184000002，则降低触发记录仪5时钟芯片的参考电压，减小时钟频率；若脉冲数小于设置的下限阈值183999998，则提高触发记录仪5时钟芯片的参考电压，增大时钟频率；
d)当脉冲数在上限阈值和下限阈值范围内后，保持时钟芯片的参考电压，上传时钟校准完成信息，完成时钟校准功能。
采集主机2和触发记录仪5之间的时间同步的流程如图4所示，包括如下步骤：
a)槽波地震仪的采集主机2通过电缆与触发记录仪5连接，完成时钟校准功能；
b)采集主机2通过电缆，向触发记录仪下发时间同步命令，传递一基准时间信息，一般为当前防爆笔记本1的本地时间，同时开始时间戳计数；
c)触发记录仪5在收到命令后，记录接收到的基准时间，启动时间戳计数，上传同步完成信息到采集主机2；
d)采集主机2收到同步完成信息后，结束时间同步流程，完成采集主机2和触发记录仪5之间的时间同步。
另外，本实施例还公开了一种槽波地震仪的井下时钟校准和时间同步方法，其中触发记录仪5用于执行如下步骤S1至S5：
S1、获取采集主机2下发的时钟校准命令和标准时钟，其中标准时钟为主机通过本地时钟产生的1Hz频率的方波；
S2、在接收到时钟校准命令后，以本地时钟为参考进行计数，统计1Hz频率的方波内的本地时钟脉冲数；
S3、当本地时钟脉冲数大于设置的上限阈值时，降低触发记录仪5时钟芯片的参考电压，减小时钟频率；
S4、当本地时钟脉冲数小于设置的下限阈值时，提高触发记录仪5时钟芯片的参考电压，增大时钟频率；
S5、当脉冲数在上限阈值和下限阈值范围内后，保持触发记录仪5时钟芯片的参考电压，并上传时钟校准完成信息。
需要说明的是，这里的上限阈值和下限阈值是根据仪器的技术要求设定的，其反应了仪器的时钟同步精度，阈值越靠近标准值，同步精度越高。目前的时钟同步技术一般是在井上通过GPS同步信息完成的，在矿井下没办法再次进行同步，因为井下无GPS信号。本实施例可以在井下进行时钟同步，为了消除累计误差不用再回到井上进行再次同步，增加了作业效率。
在时钟校准完成后，还包括时钟同步的步骤S6，具体为：
获取所述采集主机2下发的时钟同步命令和下发的基准时间，并在收到时钟同步命令后，启动时间戳计数器，记录基准时间，并上传时间同步完成信息至所述采集主机2，完成时间同步。
与现有技术相比，当前的时钟校准是通过地面GPS信号的时间信息即GPS秒脉冲进行校准，时间同步是根据GPS时间进行统一，必须回到地面才可以；本实施例方案是通过下发时钟脉冲进行时钟频率校准，时钟同步是通过统一下发时间戳进行计数。因此，本方案无需GPS信号，在井下即可完成，由于时钟会存在累计误差，为了消除累计误差只能再次进行时钟校准和时间同步，本方案在井下即可完成，增加了作业效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
