用于地震勘探儀器的電源工作站的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于地震勘探儀器的電源工作站，與現有技術相比解決了電源工作站無法集數據采集、緩存轉發和供電功能集中的缺陷。本實用新型包括FPGA芯片和與FPGA芯片相連的本地電源，還包括主SDRAM、從SDRAM、本地數據采集芯片、電源管理模塊和網絡變壓器，所述的本地數據采集芯片與FPGA芯片的采集驅動模塊相連，所述的主SDRAM和從SDRAM分別與FPGA芯片的SDRAM乒乓控制模塊相連，所述的網絡變壓器通過電源管理模塊與FPGA芯片的電源控制模塊相連。本實用新型可以集數據采集、緩存、轉發和供電功能于一體，采用乒乓緩存工作方式，為大型特別是萬道的地震勘探儀器系統的實現提供了途徑。
【專利說明】用于地震勘探儀器的電源工作站
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及地震勘探儀器【技術領域】，具體來說是一種用于地震勘探儀器的電源工作站。
【背景技術】
[0002]針對地下石油、礦物質的位置判斷采用對所測區域進行炸藥圍起來，通過炸藥的爆炸后產生聲波的反射數據來判斷地下物質的材質。此種方法需要地震勘探儀器中的數據采集系統可以準確的采集到地下反射回來的各類數據信息，以供后期進行相關的研究分析，從而進行地下物質的判斷。因此，地震勘探儀器中的數據采集裝置在實際使用時，擁有多個數據采集設備，并且遍布整個所測區域，范圍較廣、數量眾多。
[0003]目前國內外最為先進的地震勘探儀器中的數據采集系統為中海油海上地震數據采集系統海亮系統，中石油ES109萬道陸上地震儀系統等。中海油海亮地震數據采集系統為實現大容量數據傳輸，其數據傳輸率達到240Mbps以支持硬實時數據傳輸。即海亮系統中間節點并不進行數據的緩存，而是通過高數據傳輸率達到所采集數據的實時上傳，此種方式系統結構最為簡單，但是高數據率對傳輸穩定性提出了較高的要求，繼而對傳輸介質提出了很高的要求，故“海亮”系統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用。另外“海亮”系統的供電方式是單一集中式供電，即單條纜通過一條高壓線對所有采集站進行供電，此種供電方式的選擇基于海上實際工作條件的限制，即所有的采集站必須封入電纜中，無法在中間節點放置外接電瓶，不適合在地面上使用。
[0004]中石ES109是陸上地震采集系統，其設計初衷基于完全無死時間的理念，將整個系統的復雜性大大提升，直接造成系統穩定性差，功耗大等嚴重問題。基于無死時間的理念，ES109系統采用雙路RS485接口進行數據傳輸，中間不加任何緩存，實現了采集數據的實時傳輸，結果證明在大道數情況下，這種方式穩定性差，功耗大，系統魯棒性弱，很難適應野外惡劣的工作條件。
[0005]從地震勘探儀器越來越大型化對強帶道能力的需要出發，結合野外施工的特點，設計具備緩存功能的中間站點是必需的，同時集中式供電方式大大簡化了野外施工，故也是推薦的。因此如何開發出一種集緩存和供電于一身的電源工作站，從而實現大道數特別是萬道，穩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成為急需解決的技術問題。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的是為了解決現有技術中電源工作站無法集數據采集、緩存轉發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解決上述問題。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下:
[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、本地數據采集芯片、電源管理模塊和網絡變壓器，所述的本地數據采集芯片與FPGA芯片的采集驅動模塊相連，所述的主SDRAM和從SDRAM分別與FPGA芯片的SDRAM乒乓控制模塊相連，所述的網絡變壓器通過電源管理模塊與FPGA芯片的電源控制模塊相連。
[0009]所述的FPGA芯片為CycloneIII系列。
[0010]所述的本地數據采集芯片中的數模變換芯片為ADS1282。
[0011]有益效果
[0012]本實用新型的用于地震勘探儀器的電源工作站，與現有技術相比可以集數據采集、緩存、轉發和供電功能于一體。電源工作站采用了基于PoE技術的供電方式對臨近采集站進行供電，減少電纜中信號線數量，降低了電纜重量，方便野外施工。在電源工作站的基礎上，提供了靈活的野外集中式供電方式，只需對電源工作站提供蓄電池，由電源工作站負責向臨近的多個采集站進行供電，大大減少了蓄電池數量，方便野外施工。同時，電源工作站內包含了雙片SDRAM，采用乒乓緩存工作方式，在盡可能減少系統死時間的同時，使得系統帶道能力可無限制增加，為大型特別是萬道的地震勘探儀器系統的實現提供了途徑。
[0013]【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0015]其中，1-FPGA芯片、2-本地數據采集芯片、3-電源管理模塊、4_網絡變壓器、5_本地電源、11-采集驅動模塊、12-電源控制模塊、13-SDRAM乒乓控制模塊、131-主SDRAM、132-從 SDRAM。
[0016]圖2為本實用新型在實際使用時接入地震數據采集系統的拓樸結構圖
[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- —號米集站、72- 二號采集站、73-三號采集站、74-四號采集站。
[0018]圖3為本實用新型基于POE技術供電原理圖
[0019]其中，4-網絡變壓器、62-電源工作站接收器、63-電源工作站發送器、64-本地電壓、711-采集站接收器、712-采集站發送器、713-電壓變換器、714-采集站網絡變壓器。
[0020]圖4為本實用新型的工作方法流程圖
【具體實施方式】
[0021]為使對本實用新型的結構特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細的說明，說明如下:
[0022]如圖1所示，本實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優先選用Altera公司的CycloneIII系列，FPGA芯片I內部包括三大模塊，即采集驅動模塊11、電源控制模塊12和SDRAM乒乓控制模塊13。本實用新型還包括主SDRAM131、從SDRAMl32、本地數據采集芯片2、電源管理模塊3和網絡變壓器4，本地數據采集芯片2與FPGA芯片I的采集驅動模塊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，所述的網絡變壓器4通過電源管理模塊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，負責驅動采集電路、驅動作為緩存的主SDRAM131和從SDRAM132以及電源控制模塊3。整個電源工作站結構緊湊簡潔，采用2片SDRAM進行乒乓緩存以保證在接收數據的同時進行不間斷的轉發，減少系統死時間，從而使得對施工的影響可以忽略不計。SDRAM由FPGA芯片I直接驅動，結構更加簡單。
[0023]本地數據采集芯片2完成電源工作站6所在區域的檢波器信號的模數變換，即電源站本身也完成采集站的功能，其采用的A/D變換芯片優選為ADS1282，以增加結構的緊湊性。本地數據采集芯片2作為單獨的硬件電路，由FPGA芯片I內部的采集驅動模塊11進行驅動。電源管理模塊12控制電源站的電壓輸出，從而控制對臨近采集站的供電。電源管理模塊12首先將本地電壓即標準12V，升壓到48V，從而減少傳輸線上的電壓損耗，通過PoE技術，即Power on Ethernet技術對臨近的采集站進行供電。
[0024]如圖2所示，本實用新型實際使用時接入地震數據采集系統，系統由主控站9、交叉站8、一號采集站71、二號采集站72、三號采集站73、四號采集站74、電源工作站6、電源工作站蓄電池61組成，三號采集站73四號采集站74直接與交叉站8相連，不需要電源工作站6進行數據傳輸和供電需要。由于主控站9和交叉站8數據交換較多、使用頻繁、用電量大，主控站9、交叉站8利用現有技術中的外接電瓶進行供電。在實際現場使用時，會有多個交叉站以滿足所需測試區域的需求。電源工作站蓄電池61為電源工作站6提供電源支持，一號采集站71和二號采集站72供電從電源工作站6直接獲取。通常主控站9只有一臺，而交叉站8每條測線只有一臺，但會有多個交叉站8分別對應不同的測線。數量最多的是采集站，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，為采集站提供電源和數據緩存，實現了大道數儀器，同時簡化了野外供電方式。
[0025]如圖3所示，安裝在電源工作站6上的網絡變壓器4，在將本地電壓64變成48V后，通過電源工作站發送器63發送給采集站網絡變壓器714上的采集站接收器711。同樣，采集站網絡變壓器714上的采集站發送器712與網絡變壓器4上的電源工作站接收器62相配合，通過采用基于POE技術的供電方式，減少線纜中信號線數量，降低電纜通過信號線耦合電壓對臨近采集站進行供電，最終經過采集站網絡變壓器714上的電壓變換器713給采集站進行供電。這樣便達到了在利用電源工作站6進行數據通信的同時，又可以利用電源工作站6對其相連接的一號采集站71和二號采集站72進行電源供應，省去了現有技術中必須所出現的一號采集站71接一個蓄電池供電，二號采集站72接一個蓄電池供電，直接利用電源工作站6與它們之間的數據傳輸線進行供電即可。
[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進行本地初始化，初始化主SDRAM131和從SDRAM132，通過電源管理模塊3關閉兩側電壓輸出；第二步，監測模式命令輸入，監測上端口和下端口是否有模式命令輸入；第三步，數據讀取和傳送，通過主SDRAM131和從SDRAMl32進行數據讀取和傳送。
[0027]其中在監測模式命令輸入包括以下步驟:首先，FPGA芯片I監聽兩側端口是否有模式命令輸入；其次，監聽上端口是否有模式命令輸入，若有，則開啟下端口電壓輸出，鎖定方向，準備正常接收命令；若沒有，則監聽下端口是否有模式命令輸入；最后，監聽下端口是否有模式命令輸入，若有，則開啟上端口電壓輸出，鎖定方向，準備正常接收命令；若沒有，則繼續監聽兩側端口是否有模式命令輸入。在檢測到上端口有模式命令輸入時，則表示上端口為上行端口，下端口為下行端口，此時電源站開啟對下端口的電壓輸出。上端口的電壓輸出關閉，電源工作站為連接到下端口的下行采集站進行供電，連接到上端口的采集站則由上一個電源工作站進行供電，這個過程稱為逐級上電，由控制系統發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，之后進入到正常命令接收階段，接收控制系統下發的參數配置，啟動采集等正常命令。雙片SDRAM也已正常初始化等待數據寫入讀出。所述的數據讀取和傳送包括以下步驟:第一步，從主控站9接收到啟動采集命令，開始采集，啟動采集電路采集外接檢波器信號輸入，完成模數變換；第二步，通過一號采集站71采集數據寫入主SDRAMl31中，讀取從SDRAM132中的數據至主控站9 ;第三步，判斷從SDRAM132中數據是否讀取完畢，若未讀取完畢則繼續讀取；第四步，若從SDRAM132中數據讀取完畢，剛將采集數據寫入從SDRAM132中，讀取主SDRAM131中的數據；第五步，判斷主SDRAMl31中的數據是否讀取完畢，若未讀取完畢則繼續讀取；第六步，若主SDRAM131中的數據讀取完畢，則判斷是否接收到停止采集命令，若是則讀取完從SDRAM132中數據；若未接收到停止采集命令，剛繼續第二步所進行的操作，以此循環，直到本地采集完成。采用乒乓緩存方式，可以在接收數據的同時進行不間斷的數據發送，盡可能減少數據上傳的總時間，從而降低整個系統的死時間，最大限度減少對施工進度的影響。根據野外施工的實際場景，此種乒乓緩存方式下的系統死時間基本不會對施工進度造成影響。
[0029]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型的范圍內。本實用新型要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
【權利要求】
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)、本地數據采集芯片(2)、電源管理模塊(3)和網絡變壓器(4)，所述的本地數據采集芯片(2)與FPGA芯片(I)的采集驅動模塊(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，所述的網絡變壓器(4)通過電源管理模塊(3)與FPGA芯片Cl)的電源控制模塊(12)相連。
2.根據權利要求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.根據權利要求1所述的用于地震勘探儀器的電源工作站，其特征在于:所述的本地數據采集芯片(2)中的數模變換芯片為ADS1282。
【文檔編號】G01V1/22GK203376484SQ201320406463
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月10日 優先權日:2013年7月10日
【發明者】曹桂平, 陳靜, 高雅 申請人:合肥國為電子有限公司