[发明专利]适用于节点地震仪的时钟产生装置及方法

说明书

本发明公开了一种适用于节点地震仪的时钟产生装置及方法，属于地球物理勘探技术领域，包括：晶振、GPS模块以及单片机；GPS模块输出接口与单片机的通用输入输出接口连接，单片机的电压输出引脚与晶振的电压控制引脚连接，晶振的时钟信号输出引脚接单片机输入接口，并同步输出校正后的时钟信号至ADC。本发明提出的方案相较于传统的节点式地震仪采用增加FPGA来动态调整其内部计数器的分频系数来间接调谐晶振频率的方法，其可以将整个仪器的功耗降低至一半以下。相较于不进行晶振频率校正的节点式地震仪，可以大幅提高老化指标，使其进行长时间的采集时可显著降低同步误差，从而提高数据采集精度以及后续数据处理剖面反演的精度。

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种适用于节点地震仪的时钟产生装置及方法。

背景技术

地震仪是地球物理勘探领域中最常用的仪器，但是传统的地震仪几乎都是通过长电缆来连接各个采集单元，这些铜线电缆十分笨重并且其体积庞大，野外施工时即耗时又费力，很不方便。

在这种情形下，无缆地震仪成了较好的替代品，这种无缆地震仪也称为节点地震仪，每个采集单元是一个独立的节点，在设备更加轻便的同时也带来了大范围内多个节点同步采集的困难。并且这种地震仪需要长时间持续采集，这就要求时钟信号具有长时间高精度的特性，否则会造成各个站采集到的数据不同步。

时钟信号是由晶振产生，晶振频率的稳定性主要受温度影响，因此恒温晶振（OvenControlled Crystal Oscillator，OCXO）可以在较长时间内保持高精度，但是恒温晶振功耗（500-1000毫瓦）相对于仅100到200毫瓦的采集系统来说太过巨大，会极大减少野外使用时电池的续航时间，且其价格昂贵，不利于批量生产。

在一些文献中提及采用全球定位系统（Global Positioning System，GPS）信号校准短时高精度晶振方法，此方法原理是利用GPS信号长时间无累积误差来计数高精度晶振脉冲个数，然后通过现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）实时改变分频系数来动态调节输出频率，从而实现补偿晶振长时间的频率漂移以及初始频偏。但是这种方法对于节点地震仪并不合适，因为FPGA芯片不是节点地震仪中所必需的，为了实现时钟修正系统而需额外增加FPGA系统，不利于集成度的提升以及功耗的控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于节点地震仪的时钟产生装置及方法，以降低地震仪器的功耗。

为实现以上目的，本发明采用一种适用于节点地震仪的时钟产生装置，包括：晶振、GPS模块以及单片机；

GPS模块输出接口与单片机的通用输入输出接口连接，单片机的电压输出引脚与晶振的电压控制引脚连接，晶振的时钟信号输出引脚接入单片机输入接口，晶振的时钟信号输出引脚同步输出校正后的时钟信号至采集单元。

优选地，所述单片机集成有数模转换器，所述单片机的一输出引脚配置成数模转换器的输出引脚，该数模转换器的输出引脚与所述晶振的电压控制引脚连接。

优选地，所述单片机集成有用于计数所述相邻秒脉冲信号之间的时间间隔的计数器。

优选地，所述计数器包括第一计数器和第二计数器，第一计数器和第二计数器级联。

优选地，所述单片机的通用输入输出接口为中断引脚。

优选地，所述采集单元为模数转换器，该模数转换器的输出引脚经串行外设接口与所述单片机的SPI接口连接。

优选地，所述单片机的安全数据输入输出接口连接有数据存储卡。

优选地，所述晶振为压控温补晶振。

另一方面，提供一种适用于节点地震仪的时钟产生方法，，其用于对节点式地震仪每个采集单元输入的时钟信号进行校正，包括：