基于DSP与FPGA的光栅地震检波器高速信号处理系统优化

在石油地震勘探中，地震检波器扮演着至关重要的角色，负责接收和记录地震波，其性能对地震记录质量和后续资料解释至关重要。传统地震检波器采用光栅传感技术，虽然测量精度高，但其信号处理能力受限于低速特性，无法有效处理高速变化的振动信号。为了提升检波器的性能，本文探讨了一种创新的解决方案——基于DSP（数字信号处理器）与FPGA（现场可编程门阵列）的光栅地震检波器信号处理系统。 这种系统的主要目的是解决光栅信号处理的低速问题，通过集成DSP的高效计算能力和FPGA的并行处理能力，实现对光栅震动传感器输出的两路正交的正弦波信号的高速采集、计数以及高倍细分。光栅地震检波器的核心部件包括光源、准直镜、光电池、指示光栅和光栅谐振子，当地震波引发地面震动时，光栅谐振子与外壳的相对运动产生莫尔条纹，这些变化通过光电池转化为电信号，然后经过差分放大形成两路相位差为90度的正弦或余弦波。 为了确保实时复现振动信号，系统必须实现对两路模拟信号的精确同步采集。传统方法如使用DSP控制多通道模数转换器存在同步难题，由于单个模数转换器的采样保持限制，会导致多路信号采集时出现相位偏差。然而，结合DSP和FPGA的优势，可以打破这种限制，实现多通道信号的同时采样，确保信号的准确复现，这对于处理高速振动信号至关重要。 通过集成DSP的灵活性和FPGA的并行处理能力，该系统能够在保证测量精度的同时，大幅提升信号处理速度，满足地震勘探中对振动信号快速响应和处理的需求。这不仅提高了地震检波器的整体性能，也为提高地震数据的质量和解释效率提供了新的可能，是现代地震探测技术的重要进步。