矿产资源是保障社会经济发展和正常生产生活不可或缺的要素,地震勘探是勘探矿产资源的主要方法之一。地震仪是地震勘探过程中获取地震数据的关键设备。随着地震勘探的持续进行,地震勘探环境越来越复杂,这使得地震仪向着易携带、低功耗、高采集精度的方向发展。三通道地震仪比单通道地震仪能采集更多的地震数据信息,为地质反演提供更有效的数据。受限于数据存储速度,三通道地震仪的采样率低于单通道地震仪。针对这一状况并结合最新的地震勘探需求,提出了一种三通道高采样率数字地震仪设计方案。本文主要内容如下:首先,论述了三通道高采样率数字地震仪的整体设计方案。综合考虑功耗、价格、体积、性能等参数指标,对几个主要元器件进行选型。为使地震仪具备较高的数据采集性能,选用32位Δ-Σ型模数转换器ADS1281采集数据。为了满足存储容量和存储速度需求,使用64 GB容量TF卡存储地震数据。为实现系统的定位与授时,使用高精度多模GPS模块。应用LTE模块和Bluetooth模块,满足不同距离下的无线传输需求。根据外设资源和仪器性能要求,选用STM32F407VET6单片机作为仪器主控芯片。其次,设计了地震仪整体电路和固件程序,实现了4000 SPS采样率下三通道数据采集与存储。电路设计方面,使用多路复用器,实现基于单路SPI通信总线读取三个通道ADS1281转换的数据。应用SDIO接口驱动TF卡,从硬件层面上提高了地震仪的理论最大存储速度。固件程序方面,应用“乒乓”数据结构,提高了数据采集和存储效率。移植FATFS文件系统,实现数据的文件化存储。遵循地震勘探领域Mini SEED数据格式存储地震数据,保证了存储数据的规范性。之后,为了便于控制地震仪,同时保证通信的安全性,制定了地震仪通信协议并编写了固件通信程序和上位机控制软件。通过上位机软件实现了控制地震仪和读取实时采集数据。为了解读地震仪存储的Mini SEED格式数据,设计了数据读取与解析软件,实现了地震数据文件的读取与解析。最后,测试、分析了仪器的噪声、动态范围、通道一致性、道间串音、整机平均功耗、存储性能等参数,实验结果表明高采样率数字地震仪各参数指标均达到设计目标。