阅读说明：本技术 基于gps授时的气爆震源激发装置及激发方法 (Gas explosion seismic source excitation device and method based on GPS time service ) 是由 谷伟 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于GPS授时的气爆震源激发装置及激发方法,其中,该装置包括微控制器、点火模块,GPS授时模块、电源模块和高压模块,所述微控制器外部设置有控制面板,用以进行记录数据及引爆控制,所述微控制器分别连接有GPS授时模块、高压模块和点火模块,所述GPS授时模块与至少1颗卫星电信号连接,所述GPS授时模块通过所述微控制器同步授时所述点火模块,所述电源模块与所述高压模块连接,所述高压模块通过导线连接有所述点火模块。GPS授时模块,实现整个装置的工作以UTC时间为准,满足国际地震记录时间的通用要求,不仅提高了工作效率,而且降低了危险性。(The invention discloses a gas explosion seismic source excitation device based on GPS time service and an excitation method, wherein the device comprises a microcontroller, an ignition module, a GPS time service module, a power supply module and a high-voltage module, a control panel is arranged outside the microcontroller and used for recording data and controlling detonation, the microcontroller is respectively connected with the GPS time service module, the high-voltage module and the ignition module, the GPS time service module is connected with at least 1 satellite electric signal, the GPS time service module synchronously times the ignition module through the microcontroller, the power supply module is connected with the high-voltage module, and the high-voltage module is connected with the ignition module through a lead. The GPS time service module realizes that the work of the whole device is based on UTC time, meets the general requirement of international seismic recording time, improves the working efficiency and reduces the danger.)

基于GPS授时的气爆震源激发装置及激发方法

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，更为具体地，涉及一种基于GPS授时的气爆震源激发装置及激发方法。

背景技术

气爆震源是一种新型的人工***震源，它是把可燃气体如甲烷、氧气或空气的混合物导入***室内，用电火花起爆，与周围介质耦合直接产生震波，或者用气爆产物推动重物撞击地面产生震波，可在海洋或陆地应用。可燃气体也可以采用其它气体，如氨及一些氮碳化合物。这种震源的产物是水和少量二氧化碳，起爆无需***等火工品，是一种可以替代传统***的绿色环保震源，也是非***震源中地震能量较高的一种。

利用人工震源进行地下结构的探测，最重要的工作之一是要获得震源激发的位置和时间。传统的地震勘探作业中，主要采用有线地震检波器布置数公里甚至几十公里的测线，由地震采集车通过有线或无线的方式控制***机气爆******起爆激发，激发时间由地震采集车的系统时间提供。这种传统地震勘探方式检波器之间需要用电缆相连，布放及回收工作量极大。需要随着技术的进步，目前出现了不需要连接电缆的节点式地震检波器，也不需要地震采集车跟随，节点式地震检波器自带电池和记录模块，工作时可以连续十几天不间断记录地震波，不受缆线限制、布放灵活，大大降低了地震勘探的工作强度。节点式地震检波器配合新型气爆震源，可以开展三维地震勘探，可对地下结构进行三维成像。但是必须要配合能够提供精确激发位置和时间的气爆震源点火起爆装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于GPS授时的气爆震源激发装置及激发方法，以解决现有的气爆震源在面对新型的节点仪器，往往在时间同步的精度上达不到要求的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于GPS授时的气爆震源激发装置，包括微控制器、点火模块，GPS授时模块、电源模块和高压模块，所述微控制器外部设置有控制面板和显示器，用以进行记录数据及引爆控制，所述微控制器分别连接有GPS授时模块、电源模块、高压模块和点火模块，所述GPS授时模块与至少1颗卫星电信号连接，所述GPS授时模块通过所述微控制器同步授时所述点火模块，所述电源模块分别与所述高压模块、GPS授时模块连接，所述高压模块通过导线连接有所述点火模块。

进一步的，所述电源模块包括电源转换模块和电池，所述电池通过所述电源转换模块转换为直流电源为所述GPS授时模块、微控制器、高压模块供电。

进一步的，所述点火模块内置点火元件。

进一步的，所述GPS授时模块与至少4颗卫星电信号连接，用以计算自己所在的三维位置。

进一步的，所述GPS授时模块为即插即用GPS授时模块。

进一步的，所述微控制器内部设置有存储模块。

一种基于GPS授时的气爆震源的激发方法，通过应用在权利要求上述任一项所述的GPS授时气爆震源激发装置上实现，所述激发方法包括以下步骤：

S1，GPS授时模块从卫星上获取标准时间信号，用于给点火模块授时，使得点火模块的时钟始终与GPS授时模块的时钟同步；

S2，微控制器获得GPS授时模块时钟同步信号，通过控制面板和显示器设定点火时间，显示器显示设定的起爆电压峰值、宽度；

S3，点火时间到达，微控制器给高压模块点火信号；

S4，高压模块通过电源模块输出点火电流，电流通过导线激发点火模块的点火元件，进行点火***；

S5，微控制器内置存储模块，记录存储每一次的点火参数。

进一步的，在步骤S2中，GPS授时模块与至少4颗卫星电信号连接，用以计算自己所在的三维位置，并将三维位置信息发送给微控制器，微控制器接收位置信息，并通过显示器显示GPS坐标。

进一步的，在步骤S4中，电源模块包括电源转换模块和电池，电池通过电源转换模块转换为直流电源，并为高压模块供电，直流电源通过高压模块输出高压电流，高压电流通过导线激发点火模块中的点火元件，从而进行点火激发***。

本发明的有益效果是：

(1)本发明基于微控制器、点火模块，GPS授时模块、电源模块和高压模块等，可以通过GPS授时模块，点火模块等，利用GPS授时模块同步授时点火模块，通过高压模块输出电流，电流通过导线激发点火模块进行***。GPS授时模块从卫星上获取标准时间信号，用于给点火器授时，使得点火器的时钟始终与GPS时钟同步。GPS授时模块，实现整个装置的工作以UTC时间为准，满足国际地震记录时间的通用要求，不仅提高了工作效率，而且降低了危险性。此外，采用GPS授时模块同步授时点火模块，充分配合新型的节点地震仪器，使得二者在时间同步的精度上得到很大的提高，同时能够获得精确的激发位置。

(2)本发明具有如下功能：

1、GPS授时模块，实现整个装置的工作以UTC时间为准，满足国际地震记录时间的通用要求；

2、GPS授时模块接收至少4颗卫星信号，用以计算自己所在的三维位置，并将三维位置信息发送给微控制器；

3、GPS授时模块为即插即用GPS授时模块。

(3)本发明具有如下优点：减少了成本，GPS授时模块即插即用；提高时间同步精度；获得精确的激发位置；提高工作效率，同时降低了危险性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供GPS授时气爆震源激发装置的电气结构框图；

图2为本发明提供GPS授时气爆震源激发方法的流程图。

图中，1-微控制器，11-控制面板，12-显示器，2-GPS授时模块，3-卫星，4-高压模块，5-点火模块，51-点火元件，6-电源模块，61-电池，62-电源转换模块。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：

若本申请中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在本申请中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。

当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

如图1所示，一种基于GPS授时的气爆震源激发装置，包括微控制器1、点火模块5，GPS授时模块2、电源模块6和高压模块4，微控制器1内部设置有存储模块，微控制器1外部设置有控制面板11和显示器12，用以进行记录数据及引爆控制，微控制器1分别连接有GPS授时模块2、高压模块4和点火模块5，GPS授时模块2与至少1颗卫星3电信号连接，GPS授时模块2通过微控制器1同步授时点火模块5，电源模块6分别与高压模块4、GPS授时模块2连接，高压模块4通过导线连接有点火模块5，其中，点火模块5内置点火元件51。

作为较优的实施方式，GPS授时模块2与至少4颗卫星3电信号连接，用以计算自己所在的三维位置。

为了方便使用，GPS授时模块2为即插即用GPS授时模块。

电源模块6包括电源转换模块62和电池61，电池61通过电源转换模块62转换为直流电源为GPS授时模块2、微控制器1、高压模块4供电。

如图2所示，一种基于GPS授时的气爆震源激发方法，通过应用在权利要求上述任一项所述的GPS授时气爆震源激发装置上实现，所述激发方法包括以下步骤：

S1，GPS授时模块从卫星上获取标准时间信号，用于给点火模块授时，使得点火模块的时钟始终与GPS授时模块的时钟同步，时间精确到1ms；

S2，微控制器获得GPS授时模块时钟同步信号，通过控制面板和显示器设定点火时间，显示器显示设定的起爆电压峰值、宽度；

S3，点火时间到达，微控制器给高压模块点火信号；

S4，高压模块通过电源模块输出点火电流，电流通过导线激发点火模块的点火元件，进行点火***；

S5，微控制器内置存储模块，记录存储每一次的点火参数，便于日后读取作为工程施工报告参考。其中，点火参数包括激发位置、激发时间、点火电源和脉冲宽度等信息。

作为较佳的实施方法，在步骤S4中，电源模块包括电源转换模块和电池，电池通过电源转换模块转换为直流电源，并为高压模块供电，直流电源通过高压模块输出高压电流，高压电流通过导线激发点火模块中的点火元件，从而进行点火激发***。

在步骤S2中，根据实际需要，在GPS授时模块授时同步的基础上，为进一步获得三维位置，GPS授时模块与至少4颗卫星电信号连接，用以计算自己所在的三维位置，并将三维位置信息发送给微控制器，微控制器接收位置信息，并通过显示器显示GPS坐标(位置精度2.5m)。此外，在已经得出具***置后，GPS授时模块只要接收到其中1颗卫星信号，就能保证时钟的走时准确性，从而提高了GPS授时精度。

实施例1

如图1所示，本领域技术人员可将本发明作为一种基于GPS授时的气爆震源激发装置进行实施，包括微控制器1、点火模块5，GPS授时模块2、电源模块6和高压模块4，微控制器1内部设置有存储模块，微控制器1外部设置有控制面板11和显示器12，用以进行记录数据及引爆控制，微控制器1分别连接有GPS授时模块2、高压模块4和点火模块5，GPS授时模块2与至少1颗卫星3电信号连接，GPS授时模块2通过微控制器1同步授时点火模块5，电源模块6分别与GPS授时模块2、高压模块4连接，高压模块4通过导线连接有点火模块5。其中，电源模块6包括电源转换模块62和电池61，电池61通过电源转换模块62转换为GPS授时模块2、微控制器1、高压模块4供电。电源转换模块62将电池61的15V电压转换成两组工作电压，其中一组工作电压为正5V，为微控制器1和GPS授时模块2等低压电路提供工作电压，另一组工作电压为+12V，为高压模块4输入电压，高压模块4将+12V升压至300V～500V直流高压，并受微控制器1控制，输出峰值和宽度可调的脉冲高压，通过导线输入至点火模块5，用于气爆点火模块5内置的点火元件51。其中，点火脉冲峰值和脉宽可通过控制面板11进行设定。

为了使得时间同步精度更高，在新型的节点地震检测仪器中设置有记录模块，用以记录气爆震源初始时刻及震波遇岩层的反射时间，记录模块内置与GPS授时模块2通信的无线通信模块，用以接收GPS授时模块2的授时信号，记录气爆震源初始时刻及震波遇岩层的反射时间，并发送给微控制器1。这样用于节点地震检测仪器中的记录模块所记录的时间，也与点火模块5授时时间同步，很大程度上提高了地震检测领域的时间同步精度。

在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的组成，结构或部件，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”均是广义含义，本领域技术人员应作广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，或整体地连接，或局部地连接，可以是机械连接，也可以是电性连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通等，对于本领域的技术人员来说，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，即，文字语言的表达与实际技术的实施可以灵活对应，本发明的说明书的文字语言(包括附图)的表达不构成对权利要求的任何单一的限制性解释。

本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的技术，例如具体的施工细节，作业条件和其他的技术条件等。