浅层地震勘探是解决各种工程、水文和环境地质问题中使用最广、效果最好的方法之一,其面临突出难题是传统设备已经难以满足逐渐恶劣的勘探环境和不断扩展的勘探领域的实际需求,要解决此问题关键是提高浅层地震勘探设备的采集性能。然而,采集性能是一种综合性、系统性的概念,难以通过突破单一技术指标实现。针对上述问题,本文从最新发展的数字式地震勘探方法入手,针对国内主流浅层地震仪普遍存在的架构弊端进行数字化改进,实现了采集精度、分辨率、便携性、可裁剪等性能的整体提升。通过研究,主要取得了如下研究成果:(1)针对传统模拟检波器模拟信号传输距离长,容易造成信号衰减、道间串扰等问题,本文采用全数字化的设计思想,通过低功耗微控制器、24位A/D转换单元、低噪声信号调理、可配置增益单元、总线式数据传输等部分的开发,实现了全数字式的信号采集单元。同时集成可编程配置的延时补偿、传输及自检单元,采集单元之间独立工作,并通过数字式通信,有效降低了道间信号的串扰问题,提升了信号的传输距离。(2)针对数字式浅层地震勘探的工作模式和实际应用需求,本文采用模块化分离式思维,构建了“PC终端”+“数字采集站”+“数字检波器”的总体硬件结构,终端与检波器间的离线控制和系统的全数字化操作极大的加强了设备的稳定性,同时功能分化后的系统主机扩展性能更强,整体结构也更加轻便。(3)针对野外便携施工和多节点地震数据的网络传输需求,本文自主设计了一种基于“Ethernet-RS485”网络构架的可裁剪大容量地震数据传输网络,充分利用以太网优秀的数据传输能力及网络容量能力和RS485现场总线控制能力,极大的提高了系统网络容量及可扩展道数。经过测试检波器间相互独立工作不影响且可以任意裁剪,野外执行实际浅层地震勘探任务时采集波形初至清晰、起跳明显,极少出现数据丢包的情况,满足野外多节点地震数据的网络传输需求。对完成的系统样机进行功能测试,结果表明系统等效噪声低于1μV、同步精度优于10μs、增益精度优于1%、谐波畸变小于-100dB、采集频带宽达4kHz、动态范围大于130dB,整机功耗低于45W,各项性能指标均达到国内先进水平。同时,在实际浅层勘探工区中与传统仪器的采集实验对比优势明显,不仅在分辨率和信号保真能力上表现更佳,还具有体积小、质量轻、裁剪维护性好等优势,为更加高质高效的浅层地震勘探提供了一种有效的解决途径,具有重要的科学意义和应用价值。