用于地震勘探儀器的電源工作站的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于地震勘探儀器的電源工作站，與現(xiàn)有技術(shù)相比解決了電源工作站無(wú)法集數(shù)據(jù)采集、緩存轉(zhuǎn)發(fā)和供電功能集中的缺陷。本實(shí)用新型包括FPGA芯片和與FPGA芯片相連的本地電源，還包括主SDRAM、從SDRAM、本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片、電源管理模塊和網(wǎng)絡(luò)變壓器，所述的本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片與FPGA芯片的采集驅(qū)動(dòng)模塊相連，所述的主SDRAM和從SDRAM分別與FPGA芯片的SDRAM乒乓控制模塊相連，所述的網(wǎng)絡(luò)變壓器通過(guò)電源管理模塊與FPGA芯片的電源控制模塊相連。本實(shí)用新型可以集數(shù)據(jù)采集、緩存、轉(zhuǎn)發(fā)和供電功能于一體，采用乒乓緩存工作方式，為大型特別是萬(wàn)道的地震勘探儀器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了途徑。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于地震勘探儀器的電源工作站
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及地震勘探儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來(lái)說(shuō)是一種用于地震勘探儀器的電源工作站。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)地下石油、礦物質(zhì)的位置判斷采用對(duì)所測(cè)區(qū)域進(jìn)行炸藥圍起來(lái)，通過(guò)炸藥的爆炸后產(chǎn)生聲波的反射數(shù)據(jù)來(lái)判斷地下物質(zhì)的材質(zhì)。此種方法需要地震勘探儀器中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的采集到地下反射回來(lái)的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息，以供后期進(jìn)行相關(guān)的研究分析，從而進(jìn)行地下物質(zhì)的判斷。因此，地震勘探儀器中的數(shù)據(jù)采集裝置在實(shí)際使用時(shí)，擁有多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并且遍布整個(gè)所測(cè)區(qū)域，范圍較廣、數(shù)量眾多。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外最為先進(jìn)的地震勘探儀器中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為中海油海上地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)海亮系統(tǒng)，中石油ES109萬(wàn)道陸上地震儀系統(tǒng)等。中海油海亮地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到240Mbps以支持硬實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。即海亮系統(tǒng)中間節(jié)點(diǎn)并不進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩存，而是通過(guò)高數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到所采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳，此種方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，但是高數(shù)據(jù)率對(duì)傳輸穩(wěn)定性提出了較高的要求，繼而對(duì)傳輸介質(zhì)提出了很高的要求，故“海亮”系統(tǒng)的傳輸電纜都是特制的，成本很高，不適合陸地上大范圍推廣應(yīng)用。另外“海亮”系統(tǒng)的供電方式是單一集中式供電，即單條纜通過(guò)一條高壓線(xiàn)對(duì)所有采集站進(jìn)行供電，此種供電方式的選擇基于海上實(shí)際工作條件的限制，即所有的采集站必須封入電纜中，無(wú)法在中間節(jié)點(diǎn)放置外接電瓶，不適合在地面上使用。
[0004]中石ES109是陸上地震采集系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)初衷基于完全無(wú)死時(shí)間的理念，將整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性大大提升，直接造成系統(tǒng)穩(wěn)定性差，功耗大等嚴(yán)重問(wèn)題?；跓o(wú)死時(shí)間的理念，ES109系統(tǒng)采用雙路RS485接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，中間不加任何緩存，實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，結(jié)果證明在大道數(shù)情況下，這種方式穩(wěn)定性差，功耗大，系統(tǒng)魯棒性弱，很難適應(yīng)野外惡劣的工作條件。
[0005]從地震勘探儀器越來(lái)越大型化對(duì)強(qiáng)帶道能力的需要出發(fā)，結(jié)合野外施工的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)具備緩存功能的中間站點(diǎn)是必需的，同時(shí)集中式供電方式大大簡(jiǎn)化了野外施工，故也是推薦的。因此如何開(kāi)發(fā)出一種集緩存和供電于一身的電源工作站，從而實(shí)現(xiàn)大道數(shù)特別是萬(wàn)道，穩(wěn)定性好且野外施工靈活的用于大型地震勘探儀器的電源工作站已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中電源工作站無(wú)法集數(shù)據(jù)采集、緩存轉(zhuǎn)發(fā)和供電功能集中的缺陷，提供一種用于地震勘探儀器的電源工作站來(lái)解決上述問(wèn)題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]一種用于地震勘探儀器的電源工作站，包括FPGA芯片和與FPGA芯片相連的本地電源，還包括主SDRAM、從SDRAM、本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片、電源管理模塊和網(wǎng)絡(luò)變壓器，所述的本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片與FPGA芯片的采集驅(qū)動(dòng)模塊相連，所述的主SDRAM和從SDRAM分別與FPGA芯片的SDRAM乒乓控制模塊相連，所述的網(wǎng)絡(luò)變壓器通過(guò)電源管理模塊與FPGA芯片的電源控制模塊相連。
[0009]所述的FPGA芯片為CycloneIII系列。
[0010]所述的本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片中的數(shù)模變換芯片為ADS1282。
[0011]有益效果
[0012]本實(shí)用新型的用于地震勘探儀器的電源工作站，與現(xiàn)有技術(shù)相比可以集數(shù)據(jù)采集、緩存、轉(zhuǎn)發(fā)和供電功能于一體。電源工作站采用了基于PoE技術(shù)的供電方式對(duì)臨近采集站進(jìn)行供電，減少電纜中信號(hào)線(xiàn)數(shù)量，降低了電纜重量，方便野外施工。在電源工作站的基礎(chǔ)上，提供了靈活的野外集中式供電方式，只需對(duì)電源工作站提供蓄電池，由電源工作站負(fù)責(zé)向臨近的多個(gè)采集站進(jìn)行供電，大大減少了蓄電池?cái)?shù)量，方便野外施工。同時(shí)，電源工作站內(nèi)包含了雙片SDRAM，采用乒乓緩存工作方式，在盡可能減少系統(tǒng)死時(shí)間的同時(shí)，使得系統(tǒng)帶道能力可無(wú)限制增加，為大型特別是萬(wàn)道的地震勘探儀器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了途徑。
[0013]【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中，1-FPGA芯片、2-本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片、3-電源管理模塊、4_網(wǎng)絡(luò)變壓器、5_本地電源、11-采集驅(qū)動(dòng)模塊、12-電源控制模塊、13-SDRAM乒乓控制模塊、131-主SDRAM、132-從 SDRAM。
[0016]圖2為本實(shí)用新型在實(shí)際使用時(shí)接入地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的拓樸結(jié)構(gòu)圖
[0017]其中，6-電源工作站、8-交叉站、9-主控站、61-電源工作站蓄電池、71- —號(hào)米集站、72- 二號(hào)采集站、73-三號(hào)采集站、74-四號(hào)采集站。
[0018]圖3為本實(shí)用新型基于POE技術(shù)供電原理圖
[0019]其中，4-網(wǎng)絡(luò)變壓器、62-電源工作站接收器、63-電源工作站發(fā)送器、64-本地電壓、711-采集站接收器、712-采集站發(fā)送器、713-電壓變換器、714-采集站網(wǎng)絡(luò)變壓器。
[0020]圖4為本實(shí)用新型的工作方法流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說(shuō)明，說(shuō)明如下:
[0022]如圖1所示，本實(shí)用新型所述的一種用于地震勘探儀器的電源工作站，包括FPGA芯片I和與FPGA芯片I相連的本地電源5，本地電源5給FPGA芯片I提供電源支持。FPGA芯片I優(yōu)先選用Altera公司的CycloneIII系列，F(xiàn)PGA芯片I內(nèi)部包括三大模塊，即采集驅(qū)動(dòng)模塊11、電源控制模塊12和SDRAM乒乓控制模塊13。本實(shí)用新型還包括主SDRAM131、從SDRAMl32、本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片2、電源管理模塊3和網(wǎng)絡(luò)變壓器4，本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片2與FPGA芯片I的采集驅(qū)動(dòng)模塊11相連，所述的主SDRAM131和從SDRAM132分別與FPGA芯片I的SDRAM乒乓控制模塊13相連，所述的網(wǎng)絡(luò)變壓器4通過(guò)電源管理模塊3與FPGA芯片I的電源控制模塊12相連。FPGA芯片I作為電源工作站控制中心，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)采集電路、驅(qū)動(dòng)作為緩存的主SDRAM131和從SDRAM132以及電源控制模塊3。整個(gè)電源工作站結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)潔，采用2片SDRAM進(jìn)行乒乓緩存以保證在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行不間斷的轉(zhuǎn)發(fā)，減少系統(tǒng)死時(shí)間，從而使得對(duì)施工的影響可以忽略不計(jì)。SDRAM由FPGA芯片I直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。
[0023]本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片2完成電源工作站6所在區(qū)域的檢波器信號(hào)的模數(shù)變換，即電源站本身也完成采集站的功能，其采用的A/D變換芯片優(yōu)選為ADS1282，以增加結(jié)構(gòu)的緊湊性。本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片2作為單獨(dú)的硬件電路，由FPGA芯片I內(nèi)部的采集驅(qū)動(dòng)模塊11進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。電源管理模塊12控制電源站的電壓輸出，從而控制對(duì)臨近采集站的供電。電源管理模塊12首先將本地電壓即標(biāo)準(zhǔn)12V，升壓到48V，從而減少傳輸線(xiàn)上的電壓損耗，通過(guò)PoE技術(shù)，即Power on Ethernet技術(shù)對(duì)臨近的采集站進(jìn)行供電。
[0024]如圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)際使用時(shí)接入地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)由主控站9、交叉站8、一號(hào)采集站71、二號(hào)采集站72、三號(hào)采集站73、四號(hào)采集站74、電源工作站6、電源工作站蓄電池61組成，三號(hào)采集站73四號(hào)采集站74直接與交叉站8相連，不需要電源工作站6進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和供電需要。由于主控站9和交叉站8數(shù)據(jù)交換較多、使用頻繁、用電量大，主控站9、交叉站8利用現(xiàn)有技術(shù)中的外接電瓶進(jìn)行供電。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，會(huì)有多個(gè)交叉站以滿(mǎn)足所需測(cè)試區(qū)域的需求。電源工作站蓄電池61為電源工作站6提供電源支持，一號(hào)采集站71和二號(hào)采集站72供電從電源工作站6直接獲取。通常主控站9只有一臺(tái)，而交叉站8每條測(cè)線(xiàn)只有一臺(tái)，但會(huì)有多個(gè)交叉站8分別對(duì)應(yīng)不同的測(cè)線(xiàn)。數(shù)量最多的是采集站，此種集中式供電方式大大減少了外接電瓶的數(shù)量，極大的方便了野外施工。電源工作站6將采集站串接起來(lái)，為采集站提供電源和數(shù)據(jù)緩存，實(shí)現(xiàn)了大道數(shù)儀器，同時(shí)簡(jiǎn)化了野外供電方式。
[0025]如圖3所示，安裝在電源工作站6上的網(wǎng)絡(luò)變壓器4，在將本地電壓64變成48V后，通過(guò)電源工作站發(fā)送器63發(fā)送給采集站網(wǎng)絡(luò)變壓器714上的采集站接收器711。同樣，采集站網(wǎng)絡(luò)變壓器714上的采集站發(fā)送器712與網(wǎng)絡(luò)變壓器4上的電源工作站接收器62相配合，通過(guò)采用基于POE技術(shù)的供電方式，減少線(xiàn)纜中信號(hào)線(xiàn)數(shù)量，降低電纜通過(guò)信號(hào)線(xiàn)耦合電壓對(duì)臨近采集站進(jìn)行供電，最終經(jīng)過(guò)采集站網(wǎng)絡(luò)變壓器714上的電壓變換器713給采集站進(jìn)行供電。這樣便達(dá)到了在利用電源工作站6進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的同時(shí)，又可以利用電源工作站6對(duì)其相連接的一號(hào)采集站71和二號(hào)采集站72進(jìn)行電源供應(yīng)，省去了現(xiàn)有技術(shù)中必須所出現(xiàn)的一號(hào)采集站71接一個(gè)蓄電池供電，二號(hào)采集站72接一個(gè)蓄電池供電，直接利用電源工作站6與它們之間的數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)進(jìn)行供電即可。
[0026]如圖1、圖2和圖4所示，用于地震勘探儀器的電源工作站的工作方法，其特征在于，包括以下步驟:第一步，電源工作站6進(jìn)行本地初始化，初始化主SDRAM131和從SDRAM132，通過(guò)電源管理模塊3關(guān)閉兩側(cè)電壓輸出；第二步，監(jiān)測(cè)模式命令輸入，監(jiān)測(cè)上端口和下端口是否有模式命令輸入；第三步，數(shù)據(jù)讀取和傳送，通過(guò)主SDRAM131和從SDRAMl32進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和傳送。
[0027]其中在監(jiān)測(cè)模式命令輸入包括以下步驟:首先，F(xiàn)PGA芯片I監(jiān)聽(tīng)兩側(cè)端口是否有模式命令輸入；其次，監(jiān)聽(tīng)上端口是否有模式命令輸入，若有，則開(kāi)啟下端口電壓輸出，鎖定方向，準(zhǔn)備正常接收命令；若沒(méi)有，則監(jiān)聽(tīng)下端口是否有模式命令輸入；最后，監(jiān)聽(tīng)下端口是否有模式命令輸入，若有，則開(kāi)啟上端口電壓輸出，鎖定方向，準(zhǔn)備正常接收命令；若沒(méi)有，則繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)兩側(cè)端口是否有模式命令輸入。在檢測(cè)到上端口有模式命令輸入時(shí)，則表示上端口為上行端口，下端口為下行端口，此時(shí)電源站開(kāi)啟對(duì)下端口的電壓輸出。上端口的電壓輸出關(guān)閉，電源工作站為連接到下端口的下行采集站進(jìn)行供電，連接到上端口的采集站則由上一個(gè)電源工作站進(jìn)行供電，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為逐級(jí)上電，由控制系統(tǒng)發(fā)送的模式命令幫助電源工作站完成上電方向的判定。
[0028]電源站完成上電方向的判定后，即鎖定供電方向，之后進(jìn)入到正常命令接收階段，接收控制系統(tǒng)下發(fā)的參數(shù)配置，啟動(dòng)采集等正常命令。雙片SDRAM也已正常初始化等待數(shù)據(jù)寫(xiě)入讀出。所述的數(shù)據(jù)讀取和傳送包括以下步驟:第一步，從主控站9接收到啟動(dòng)采集命令，開(kāi)始采集，啟動(dòng)采集電路采集外接檢波器信號(hào)輸入，完成模數(shù)變換；第二步，通過(guò)一號(hào)采集站71采集數(shù)據(jù)寫(xiě)入主SDRAMl31中，讀取從SDRAM132中的數(shù)據(jù)至主控站9 ;第三步，判斷從SDRAM132中數(shù)據(jù)是否讀取完畢，若未讀取完畢則繼續(xù)讀??；第四步，若從SDRAM132中數(shù)據(jù)讀取完畢，剛將采集數(shù)據(jù)寫(xiě)入從SDRAM132中，讀取主SDRAM131中的數(shù)據(jù)；第五步，判斷主SDRAMl31中的數(shù)據(jù)是否讀取完畢，若未讀取完畢則繼續(xù)讀取；第六步，若主SDRAM131中的數(shù)據(jù)讀取完畢，則判斷是否接收到停止采集命令，若是則讀取完從SDRAM132中數(shù)據(jù)；若未接收到停止采集命令，剛繼續(xù)第二步所進(jìn)行的操作，以此循環(huán)，直到本地采集完成。采用乒乓緩存方式，可以在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)發(fā)送，盡可能減少數(shù)據(jù)上傳的總時(shí)間，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的死時(shí)間，最大限度減少對(duì)施工進(jìn)度的影響。根據(jù)野外施工的實(shí)際場(chǎng)景，此種乒乓緩存方式下的系統(tǒng)死時(shí)間基本不會(huì)對(duì)施工進(jìn)度造成影響。
[0029]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于地震勘探儀器的電源工作站，包括FPGA芯片(I)和與FPGA芯片(I)相連的本地電源(5)，其特征在于:還包括主SDRAM (131)、從SDRAM (132)、本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片(2)、電源管理模塊(3)和網(wǎng)絡(luò)變壓器(4)，所述的本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片(2)與FPGA芯片(I)的采集驅(qū)動(dòng)模塊(11)相連，所述的主SDRAM (131)和從SDRAM (132)分別與FPGA芯片(I)的SDRAM乒乓控制模塊(13)相連，所述的網(wǎng)絡(luò)變壓器(4)通過(guò)電源管理模塊(3)與FPGA芯片Cl)的電源控制模塊(12)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地震勘探儀器的電源工作站，其特征在于:所述的FPGA芯片(I)為CycloneIII系列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地震勘探儀器的電源工作站，其特征在于:所述的本地?cái)?shù)據(jù)采集芯片(2)中的數(shù)模變換芯片為ADS1282。
【文檔編號(hào)】G01V1/22GK203376484SQ201320406463
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月10日
【發(fā)明者】曹桂平, 陳靜, 高雅 申請(qǐng)人:合肥國(guó)為電子有限公司