CN102075015B - 一种用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源，包括：EMI滤波模块滤除高频信号后将交流电输送到缓冲模块；缓冲模块将交流电进行缓冲后输送到整流及滤波模块；整流及滤波模块将交流电进行整流、滤波变为平滑直流电后输送到电压变换模块；电压变换模块直流电进行电压变换后输送到输出模块；输出模块将直流电通过接口予以输出；控制模块采集输出模块中输出直流电的各项参数，并进行计算与判断，发出控制指令，控制开关与输出模块动作。本发明采用控制模块，可进行数据采集，并对该数据进行分析、计算，从而做成判断并显示与发送相应指令，实现对水下采集电缆供电的控制及供电状态的实时监控。

Description

一种用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源
技术领域
本发明涉及一种用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源
背景技术
是海上地震采集仪器室内系统需要使用拖缆高压直流电源，用于给水下采集电缆提供高压直流电源。在地震勘探作业时采集电缆位于水下，内部电路众多，出现故障时不易排查。目前，现有拖缆高压直流电源只能为电缆输送直流电源，而当出现故障时，由于不能通过拖缆采集系统进行实时控制和监测水下采集电缆的供电状态而无法判断、排除。这就严重影响系统运行的可靠性，发生故障还会因延误修复时间而带来不可估量的经济损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以对水下采集电缆供电的控制及供电状态的实时监控的用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源，包括：
EMI(Electromagnetic Interference电磁干扰)滤波模块，所述EMI滤波模块一端通过开关连通电网，另一端连接缓冲模块，所述EMI滤波模块将所述电网输送电流中高频信号滤除后输送到所述缓冲模块；
缓冲模块，所述缓冲模块两端分别连接所述EMI滤波模块与整流及滤波模块，所述缓冲模块将所述EMI滤波模块输送来的电流进行缓冲后输送到所述整流及滤波模块；
整流及滤波模块，所述整流及滤波模块两端分别连接所述缓冲模块与电压变换模块，所述整流及滤波模块将所述缓冲模块输送来的电流进行整流、滤波变为平滑直流电后输送到所述电压变换模块；
电压变换模块，所述电压变换模块两端分别连接所述整流及滤波模块与输出模块，所述电压变换模块将所述整流及滤波模块输送来的直流电进行电压变换后输送到所述输出模块；
输出模块，所述输出模块将所述电压变换模块输送来的直流电通过接口予以输出；
控制模块，所述控制模块通讯连接所述输出模块，所述控制模块采集所述输出模块中输出直流电的各项参数，并进行计算与判断，发出控制指令，控制所述开关与输出模块动作。
进一步，所述控制模块包括：
单片机，所述单片机分别通讯连接室内电源控制模块、数据采集单元、显示单元及动作执行单元，所述单片机接收所述数据采集单元发送来的数据，并按照所述室内电源控制模块指令进行计算、判断，并将判断结果发送到所述显示单元，将判断后形成的指令发送到所述动作执行单元；
数据采集单元，所述数据采集单元分别通讯连接所述输出模块与单片机，所述数据采集单元采集所述输出模块中各项参数发送到所述单片机；
显示单元，所述显示单元通讯连接所述单片机，所述显示单元显示所述单片机发送来的判断结果；
动作执行单元，所述动作执行单元分别设置在所述开关与输出模块上，并通讯连接所述单片机，所述动作执行单元接收所述单片机发送来的动作指令，并通断所述开关上输入电路及所述输出模块中输出电路。
进一步，所述控制模块还包括电阻测量单元，所述电阻测量单元两端分别连接所述整流及滤波模块与单片机。
进一步，所述电阻测量单元包括：
串接电阻，所述串接电阻连接设置在所述单片机与整流及滤波模块之间；
电阻测量接口，所述电阻测量接口测量所述串接电阻两端电阻值；
辅助电源，所述辅助电源为所述串接电阻恒定供电。
进一步，所述单片机上还连接设置有强制上电开关。
进一步，所述单片机上还连接设置有紧急下电开关。
进一步，所述数据采集单元包括输出电压测量子单元、输出电流测量子单元及漏电量测量子单元。
进一步，所述动作执行单元包括连接设置在所述开关上的输入控制继电器与连接设置在所述输出模块上的输出控制继电器。
本发明具有如下优点：
1、本发明采用控制模块，可进行数据采集，并对该数据进行分析、计算，从而做成判断并显示与发送相应指令，实现对水下采集电缆供电的控制及供电状态的实时监控。
2、本发明基于高可靠性的DC-DC模块化设计并，应用单片机、高速串口通信及弱电监测技术，实现集成化、模块化及智能化，且结构简单、可靠，稳定性高，故障率低。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1示出了本发明一种用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括EMI滤波模块1、缓冲模块2、整流及滤波模块3、电压变换模块4、输出模块5及控制模块6。本发明中EMI滤波模块1、缓冲模块2、整流及滤波模块3、电压变换模块4及输出模块5实现模块化设计，控制模块6方便实现智能化控制。
EMI滤波模块1一端通过开关7连通电网，另一端连接缓冲模块2。EMI滤波模块1将电网输送电流中高频信号滤除后输送到缓冲模块2。
缓冲模块2两端分别连接EMI滤波模块1与整流及滤波模块3。缓冲模块2将EMI滤波模块1输送来的电流进行缓冲后输送到整流及滤波模块3。
整流及滤波模块3两端分别连接缓冲模块2与电压变换模块4。整流及滤波模块3将缓冲模块2输送来的电流进行整流、滤波变为平滑直流电后输送到电压变换模块4。
电压变换模块4两端分别连接整流及滤波模块3与输出模块5。电压变换模块4将整流及滤波模块3输送来的直流电进行电压变换后输送到输出模块5。
输出模块5将电压变换模块4输送来的直流电通过接口予以输出。
控制模块6通讯连接输出模块5，控制模块6采集输出模块5中输出直流电的各项参数，并进行计算与判断，发出控制指令，控制开关7与输出模块5动作。
本发明采用控制模块6，可进行数据采集，并对该数据进行分析、计算，从而做成判断并显示与发送相应指令，实现对水下采集电缆供电的控制及供电状态的实时监控。
本发明中，控制模块6包括单片机61、数据采集单元62、显示单元63、动作执行单元64。单片机61为控制模块核心，用于智能操作，数据采集单元62用于采集实时数据，显示单元63用于显示数据采集及处理结果，便于人机交互，动作执行单元64便于执行智能操作。
单片机61分别通讯连接室内电源控制模块8、数据采集单元62、显示单元63及动作执行单元64。单片机61接收数据采集单元62发送来的数据，并按照室内电源控制模块8指令进行计算、判断，并将判断结果发送到显示单元63，将判断后形成的指令发送到动作执行单元64。
数据采集单元62分别通讯连接输出模块5与单片机61，数据采集单元62采集输出模块5中各项参数发送到单片机61。
显示单元63通讯连接单片机61，显示单元63显示单片机61发送来的判断结果。
动作执行单元64分别设置在开关7与输出模块5上，并通讯连接单片机61，动作执行单元64接收单片机61发送来的动作指令，并通断开关7上输入电路及输出模块5中输出电路。
本发明中，控制模块6还包括电阻测量单元65，电阻测量单元65两端分别连接整流及滤波模块3与单片机61。电阻测量单元65包括串接电阻651、电阻测量接口652及辅助电源653。其中：串接电阻651连接设置在单片机61与整流及滤波模块3之间；电阻测量接口652测量串接电阻651两端电阻值；辅助电源653为串接电阻651恒定供电。
本发明中，单片机61上还连接设置有强制上电开关66。当强制上电开关66闭合时，单片机61不进行漏电判断，即使有漏电也不会关闭输出，实现在漏电状态下也能供电。
本发明中，单片机61上还连接设置有紧急下电开关67。单片机61通过判断远程开关的闭合来对输出控制继电器642进行控制，实现远程紧急下电功能。
本发明中，数据采集单元62包括输出电压测量子单元621、输出电流测量子单元622及漏电量测量子单元623。输出电压测量子单元621、输出电流测量子单元622及漏电量测量子单元623分别测量输出模块5中电压、电流及漏电量等参数，并分别发送到单片机61。
本发明中，动作执行单元64包括连接设置在开关7上的输入控制继电器641与连接设置在输出模块5上的输出控制继电器642。输入控制继电器641可控制开关7通断，从而控制输入电路通断。输出控制继电器642可控制输出模块5中输出电路通断。
本发明具有如下功能：
1、能够产生稳定的直流输出(输出恒压380伏，输出电流小于等于4安培)，用于给水下拖缆供电；
2、能够采集、显示水下拖缆的电压、电流、漏电流以及拖缆保护回路电阻；
3、能够通过远程主机控制电源的上下电、电压电流及漏电流报警阈值的设定以及各种状态(电源电压、输出电压、输出电流、漏电流、拖缆保护回路电阻)上传；
4、具有过压、过流、漏电以及开路的保护功能及报警指示功能；
5、具有远程紧急下电的功能，控制距离大于100m；
6、具有软件及硬件的复位功能，通过远程的复位命令或者面板的复位按钮实现电源的复位功能；
7、具有强制上电功能，忽略拖缆漏电的影响。
下面对本发明各项功能的实现作详细说明：
1、水下拖缆供电状态的测量：水下拖缆供电状态包括输出电压、输出电流、漏电流以及拖缆保护回路电阻；
输出电压采集：在输出端用电阻将输出电压进行分压后利用模数转换器转换成数字信号输入单片机；
输出电流采集：输出端利用霍尔电流器件采集输出电流，利用模数转换器转换成数字信号输入单片机；
漏电流采集：将输出正负两路电源线双绞反向通过霍尔电流器件，采集后得到的两路电流差值即漏电流输入到模数转换器，转换成数字信号后输入单片机；
拖缆保护回路电阻测量：利用一个恒流源给电缆保护回路电阻供电，在恒流源和电缆保护回路电阻中串接一个电阻，测量串接电阻之间的电压，转换成数字信号后输入单片机，通过计算得到拖缆保护回路电阻。
2、远程控制功能：拖缆高压直流电源(以下简称高压电源)通过处理与远程(拖缆地震采集系统的室内电源控制模块)进行命令和数据的交换，它们之间通过485协议进行通信；远程通过不同的命令控制高压电源的上下电、复位、电压电流以及漏电流阈值的设置，以及高压电源状态的读取。高压电源接收到远程的上下电命令后，控制输入输出控制继电器的通断来实现对高压电源输入和输出的通断；高压电源接收到阈值设置命令后，把接收到的各种阈值存入单片机中用于判断过压过流时的标准；高压电源接收到复位命令后，对输入控制继电器进行打开操作，对输出控制继电器进行关闭操作，各种阈值恢复到默认状态值，单片机程序也进行部分复位；高压电源接收到状态上传时，把所采集到的输出电压、输出电流、漏电流以及电缆保护回路电阻组成一帧数据上传给远程控制模块。
3、保护功能：
过压保护：在单片机内把采集到的输出电压与设置的输出电压阈值进行比较，当输出电压大于设置的输出电压阈值时，关闭输出控制继电器从而关闭电压的输出，同时过压报警指示灯亮，发出报警信号；
过流保护：在单片机内把采集到的输出电流与设置的输出电流电压阈值进行比较，当输出电流大于设置的输出电流阈值时，关闭输出控制继电器从而关闭电压的输出，同时过流报警指示灯亮，发出报警信号；
漏电流保护：在单片机内把采集到的漏电流与设置的漏电流阈值进行比较，当漏电流大于设置的漏电流阈值时，关闭输出控制继电器从而关闭电压的输出，同时漏电报警指示灯亮，发出报警信号；
开路保护：测量电缆保护回路电阻时得到的电压与预设值进行比较，当电缆断路时，所得到的电压值将不在范围内，单片机控制输入输出继电器的断开。
4、远程紧急下电：单片机通过判断远程开关的闭合来对输出继电器进行控制，实现远程紧急下电的功能。
5、强制上电功能：高压电源面板上安装有强制上电开关，当开关闭合时，单片机不进行漏电判断，即使有漏电也不会关闭输出，实现在漏电情况下也能供电。
本发明基于高可靠性的DC-DC模块化设计并，应用单片机、高速串口通信及弱电监测技术，实现集成化、模块化及智能化，且结构简单、可靠，稳定性高，故障率低。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源，其特征在于，包括：
EMI滤波模块(1)，所述EMI滤波模块(1)一端通过开关(7)连通电网，另一端连接缓冲模块(2)，所述EMI滤波模块(1)将所述电网输送电流中高频信号滤除后输送到所述缓冲模块(2)；
缓冲模块(2)，所述缓冲模块(2)两端分别连接所述EMI滤波模块(1)与整流及滤波模块(3)，所述缓冲模块(2)将所述EMI滤波模块(1)输送来的电流进行缓冲后输送到所述整流及滤波模块(3)；
整流及滤波模块(3)，所述整流及滤波模块(3)两端分别连接所述缓冲模块(2)与电压变换模块(4)，所述整流及滤波模块(3)将所述缓冲模块(2)输送来的电流进行整流、滤波变为平滑直流电后输送到所述电压变换模块(4)；
电压变换模块(4)，所述电压变换模块(4)两端分别连接所述整流及滤波模块(3)与输出模块(5)，所述电压变换模块(4)将所述整流及滤波模块(3)输送来的直流电进行电压变换后输送到所述输出模块(5)；
输出模块(5)，所述输出模块(5)将所述电压变换模块(4)输送来的直流电通过接口予以输出；
控制模块(6)，所述控制模块(6)通讯连接所述输出模块(5)，所述控制模块(6)采集所述输出模块(5)中输出直流电的各项参数，并进行计算与判断，发出控制指令，控制所述开关(7)与输出模块(5)动作。
2.如权利要求1所述的用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源，其特征在于：所述控制模块(6)包括：
单片机(61)，所述单片机(61)分别通讯连接室内电源控制模块(8)、数据采集单元(62)、显示单元(63)及动作执行单元(64)，所述单片机(61)接收所述数据采集单元(62)发送来的数据，并按照所述室内电源控制模块(8)指令进行计算、判断，并将判断结果发送到所述显示单元(63)，将判断后形成的指令发送到所述动作执行单元(64)；
数据采集单元(62)，所述数据采集单元(62)分别通讯连接所述输出模块(5)与单片机(61)，所述数据采集单元(62)采集所述输出模块(5)中各项参数发送到所述单片机(61)；
显示单元(63)，所述显示单元(63)通讯连接所述单片机(61)，所述显示单元(63)显示所述单片机(61)发送来的判断结果；
动作执行单元(64)，所述动作执行单元(64)分别设置在所述开关(7)与输出模块(5)上，并通讯连接所述单片机(61)，所述动作执行单元(64)接收所述单片机(61)发送来的动作指令，并通断所述开关(7)上输入电路及所述输出模块(5)中输出电路。
3.如权利要求2所述的用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源，其特征在于：所述控制模块(6)还包括电阻测量单元(65)，所述电阻测量单元(65)两端分别连接所述整流及滤波模块(3)与单片机(61)。
4.如权利要求3所述的用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源，其特征在于：所述电阻测量单元(65)包括：
串接电阻(651)，所述串接电阻(651)连接设置在所述单片机(61)与整流及滤波模块(3)之间；
电阻测量接口(652)，所述电阻测量接口(652)测量所述串接电阻(651)两端电阻值；
辅助电源(653)，所述辅助电源(653)为所述串接电阻(651)恒定供电。
5.如权利要求2所述的用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源，其特征在于：所述单片机(61)上还连接设置有强制上电开关(66)。
6.如权利要求2所述的用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源，其特征在于：所述单片机(61)上还连接设置有紧急下电开关(67)。
7.如权利要求2所述的用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源，其特征在于：所述数据采集单元(62)包括输出电压测量子单元(621)、输出电流测量子单元(622)及漏电量测量子单元(623)。
8.如权利要求2所述的用于地球物理勘探的拖缆高压直流电源，其特征在于：所述动作执行单元(64)包括连接设置在所述开关(7)上的输入控制继电器(641)与连接设置在所述输出模块(5)上的输出控制继电器(642)。
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