油氣層光纖干涉探測實時解調(diào)技術研究及應用.pdf

1、石油作為全球經(jīng)濟和社會發(fā)展中具有重要戰(zhàn)略地位的能源資源，對油氣層儲層信息的精確勘探尤為重要。在被廣泛使用的地震波法探測油氣層系統(tǒng)中，光纖傳感器作為檢波器進行大規(guī)模復用的組網(wǎng)架構以及系統(tǒng)對大量數(shù)據(jù)高速、實時處理的需求，已成為亟待解決的關鍵問題。
　　本課題的工作主要包括光纖傳感器組網(wǎng)架構設計及高速、實時的數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸實現(xiàn)兩部分。
　　首先針對應用于地震波檢測的高分辨率光纖油氣層探測系統(tǒng)，設計了一種高性能、低成本、大數(shù)據(jù)

2、量的基于相位調(diào)制型邁克爾遜光纖傳感器的組網(wǎng)架構。
　　其次，重點實現(xiàn)了適用于光纖傳感器組網(wǎng)應用中的實時干涉解調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)傳統(tǒng)的單片機或PC等運算平臺難以適應傳感器組網(wǎng)帶來的大規(guī)模數(shù)據(jù)高速、實時處理的現(xiàn)狀，選取Altera公司的EP3SE110F1152I3 FPGA作為系統(tǒng)實時控制與處理的核心。實時干涉解調(diào)系統(tǒng)主要包括:在時間同步部分，根據(jù)地震波法探測油氣層對時間同步的精確要求，選取Hemisphere公司的GPS實現(xiàn)高精度授時，

3、其授時精度為20ns，通過RS232串口實現(xiàn)了GPS與FPGA間的串口通信;在數(shù)據(jù)采集部分，選用ADI公司的ADC芯片實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的高速采集，并利用FPGA基于SPI串口實現(xiàn)對ADC芯片的指令傳輸進行芯片配置，進而在此基礎上設計了一種采樣時間窗口精確定位方法，能夠準確實時地提取每個傳感器的光強數(shù)據(jù);在數(shù)據(jù)處理部分，依據(jù)本課題所述系統(tǒng)信號頻率緩慢變化的特點（頻率范圍為1Hz～200Hz），基于本課題提出的二元矩形脈沖相位調(diào)制解調(diào)法和區(qū)域生

4、長算法思想設計并實現(xiàn)了一種適于FPGA的高吞吐率相位計算的硬件架構，它主要包含包裹相位計算和相位解包兩個子模塊。該相位計算模塊采用浮點運算單元和流水線運行，重點實現(xiàn)了基于FIFO的數(shù)據(jù)流同步。FPGA的系統(tǒng)工作頻率為200MHz。實現(xiàn)了單個時鐘周期處理一個相位信息的吞吐能力，每秒處理相位數(shù)據(jù)量可達2×108。在數(shù)據(jù)通信部分，通過組幀處理將大量傳感器數(shù)據(jù)根據(jù)幀頭信息進行歸類、整合后，由USB2.0芯片實現(xiàn)FPGA與上位機之間的通信。該解調(diào)