CN105866827A - 一种电火花震源的综合控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电火花震源的综合控制系统及方法，其中系统包括交互模块、控制器、震源充放电模块和电路监控模块；所述交互模块接收外部控制指令，并根据所述控制指令控制控制器；所述控制器根据控制指令控制震源充放电模块充放电；所述震源充放电模块用于根据控制器的控制充电和放电，放电产生地震波；所述电路监控模块用于检测震源充放电模块中的所有参数信息，并将得到的所有参数信息发送到控制器；所述控制器根据接收到的参数信息调整震源充放电模块的工作状态。本发明避免了直接操作电火花的高低压电路，提高了电火花的操作安全性，使得电火花向更高能量发展成为可能。

Description

一种电火花震源的综合控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电火花震源的综合控制系统及方法，属于地震勘探技术领域。

背景技术

电火花震源是一种利用高压脉冲放电产生的电弧将水体汽化形成弹性波的震源。相比炸药、气枪等震源，电火花震源结构相对简单，能量可控，绿色无污染。

一直以来，电火花震源技术的研究发展主要围绕如何提高能量和提高效率，但对操作安全性重视不够。而操作安全性，已经成为制约电火花震源发展的瓶颈。电火花震源都是采用电容器作为储能器，其能量大小与电容器工作电压大小直接相关。目前10千焦以上电火花震源的工作电压均大于5千伏。例如，中国科学院电工的海洋电火花震源最大储能20-40千焦耳，工作电压是5千伏；中国科学院电工所的陆地电火花震源能量150千焦耳，工作电压是直流15千伏；美国D.M.Nash的电火花震源能量是15-60千焦耳，工作电压是直流20千伏。同时，电火花放电时的电流极大。当能量超过10千焦耳时，放电电流可超过20千安培。可见电火花是典型的高压大电流设备。而这些大能量电火花的操控，一直都是操作人员直接操控各种电路上的开关设备。这种操作方式造成设备极易损坏，并且带来极大的安全隐患。近年来已经开始这方面的研究，例如：第一种现有技术提出了用中央控制器控制充放电模块，第二种现有技术提出了用MPU控制器控制充放电模块，第三种现有技术提出了用ARM微控制器控制充放电模块。以上现有技术的思路均是采用类似于计算机CPU的中央控制器进行充放电控制，但所采用的中央控制器均是微处理器类型，并不适合高压电器操作，因此这些电火花的能量始终较低。如第一种现有技术的电火花只有12～1000焦耳，第三种现有技术的电火花能量为3000焦耳，第二种现有技术则属于轻便型的小能量电火花。而可编程逻辑控制器(PLC)是一种在各种高低压电器设备上常用的控制器，性能稳定可靠，尤其适合高压大电流设备。但目前尚未见到将其应用于电火花震源。

另外，现有电火花震源不能提供震源子波、炮点位置、触发延迟等信息给地震仪，与炸药、气枪、可控震源相差较大，导致实际使用中还需给电火花震源配备GPS定位仪、子波采集等各种设备。不仅繁琐，而且极大的限制了电火花震源的使用。

发明内容

综上所述，电火花震源若想进一步提高能量，提高与地震仪的配套能力，则必须通过一种既能控制高压大电流电路，又能综合各种震源相关数据的控制系统来实现。

本发明的目的是为了解决大能量电火花震源系统的安全控制问题，以及电火花震源信息综合化的问题，而提出了一种电火花震源的综合控制系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电火花震源的综合控制系统，包括交互模块、控制器、震源充放电模块和电路监控模块；

所述交互模块接收外部控制指令，并根据所述控制指令控制控制器；

所述控制器根据控制指令控制震源充放电模块充放电；

所述震源充放电模块用于根据控制器的控制充电和放电，放电产生地震波；

所述电路监控模块用于检测震源充放电模块中的所有参数信息，并将得到的所有参数信息发送到控制器；所述控制器根据接收到的参数信息调整震源充放电模块的工作状态。如：电路监控模块监控到充电电压已经到达预设值，控制控制器通过控制回路断开震源充放电模块中的充电回路。实际还有很多这样的控制逻辑。

本发明的有益效果是：操作人员通过交互模块控制PLC控制器进而操作电火花震源，避免了直接操作电火花的高低压电路，提高了电火花的操作安全性，使得电火花向更高能量发展成为可能；通过本发明，可以及时获取电火花震源充放电电路中的各种电路参数，以及各电器元件运行时的温湿度等环境参数，从而使得PLC控制器进行逻辑控制更加准确及时。并且电火花震源发生参数异常时，也可以通过声光电等方式得到警告，也使得电火花震源的稳定性、可靠性和可维护性得到提高；本发明将位置信息、震源子波、触发延迟等地震震源所必须的信息集成在一起，使得电火花震源真正成为地震勘探中的震源子系统，而不需要再配以各种辅助设备。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，还包括环境监控模块，所述环境监控模块用于检测电火花震源内部和外部的环境信息，并将所述环境信息反馈到控制器，所述控制器根据环境信息调整震源充放电模块的工作状态。例如，充电过程中，当环境监控模块检测到电火花震源内部的温度超过预设的最高温度值，控制器通过控制回路断开震源充放电模块中的充电回路，实际中大多数是根据温度调整，还可以根据湿度、倾斜角度等等。

进一步，还包括子波检波器，所述子波检波器用于拾取电火花放电产生的地震子波，并将地震子波通过控制器反馈到交互模块；

所述交互模块对收到的地震子波进行显示和导出。

进一步，还包括告警模块，所述控制器对获得的震源充放电模块的所有参数信息进行定时判断，当参数信息不在设定的安全范围内时，所述控制器控制告警模块发出告警。

进一步，所述震源充放电模块包括电源、充电回路、储能器和放电回路；

所述电源为充电回路供电；所述充电回路将电能发送到储能器中进行存储；

所述放电回路利用储能器中预存的电能控制放电回路中的放电电极放电产生电火花，电火花放电产生地震波。

进一步，还包括控制回路模块，所述控制回路模块设于控制器与震源充放电模块之间，所述控制回路模块根据控制器的指令分别控制电源、充电回路、储能器和放电回路的工作状态。

进一步，还包括定位测量模块，所述定位测量模块用于测量放电电极的位置信息，并将得到的位置信息发送到控制器进行存储。

采用上述进一步方案的有益效果是，所述定位测量装置能够测量并记录放电电极的位置坐标数据,所述控制器能够存储位置数据，所述交互模块可显示、导出位置数据。

进一步，还包括同步触发模块，所述同步触发模块用于接收外部触发信号，并根据所述触发信号通过控制器控制震源充放电模块工作。

进一步，所述同步触发模块用于实现多个电火花震源的放电回路的同步工作。同步触发模块控制多个系统的同步可以很多实现方法，例如每个电火花震源放电回路中有放电开关，由一个同步触发模块同时控制多个电火花震源的放电开关同步动作。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电火花震源的综合控制方法，其使用如上所述的一种电火花震源的综合控制系统，具体包括以下步骤：

步骤1：通过交互模块接收外部控制指令，并根据所述控制指令控制控制器；

步骤2：控制器接收控制指令，以及电路监控模块和环境监控模块反馈的参数；控制器根据控制指令和反馈的参数通过控制回路模块控制震源充放电模块充放电；当反馈的参数出现异常，控制器调整震源充放电模块工作状态，并通过告警模块发出警告；

步骤3：震源充放电模块用于根据控制器的控制充电和放电，放电产生地震波；

步骤4：放电同时记录地震波和位置信息，并反馈给控制器，通过交互模块进行存储和显示。采集地震子波的目的是用于地震波的后续处理。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种电火花震源的综合控制系统结构框图；

图2为本发明实施例所述的一种电火花震源的综合控制方法流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、交互模块，2、控制器，3、震源充放电模块，4、电路监控模块，5、环境监控模块，6、子波检波器，7、告警模块，8、控制回路模块，9、定位测量模块，10、同步触发模块，31、电源，32、充电回路，33、储能器，34、放电回路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明实施例所述的一种电火花震源的综合控制系统，包括交互模块1、控制器2、震源充放电模块3和电路监控模块4；

所述交互模块1接收外部控制指令，并根据所述控制指令控制控制器2；

所述控制器2根据控制指令控制震源充放电模块3充放电；

所述震源充放电模块3用于根据控制器2的控制充电和放电，放电产生地震波；

所述电路监控模块4用于检测震源充放电模块3中的所有参数信息，并将得到的所有参数信息发送到控制器2；所述控制器2根据接收到的参数信息调整震源充放电模块3的工作状态。

还包括环境监控模块5，所述环境监控模块5用于检测电火花震源内部和外部的环境信息，并将所述环境信息反馈到控制器2，所述控制器2根据环境信息调整震源充放电模块3的工作状态。

还包括子波检波器6，所述子波检波器6用于拾取电火花放电产生的地震子波，并将地震子波通过控制器2反馈到交互模块1；

所述交互模块1对收到的地震子波进行显示、分析和导出。

还包括告警模块7，所述控制器2对获得的震源充放电模块3的所有参数信息进行定时判断，当参数信息不在设定的安全范围内时，所述控制器2控制告警模块7发出告警。

所述震源充放电模块3包括电源31、充电回路32、储能器33和放电回路34；

所述电源31为充电回路32供电；所述充电回路32将电能发送到储能器33中进行存储；所述放电回路34利用储能器33中预存的电能控制放电回路34中的放电电极放电产生电火花，电火花放电产生地震波。

还包括控制回路模块8，所述控制回路模块8设于控制器2与震源充放电模块3之间，所述控制回路模块8根据控制器2的指令分别控制电源31、充电回路32、储能器33和放电回路34的工作状态。

还包括定位测量模块9，所述定位测量模块9用于测量放电电极的位置信息，并将得到的位置信息发送到控制器2进行存储。

还包括同步触发模块10，所述同步触发模块10用于接收外部触发信号，并根据所述触发信号通过控制器控制震源充放电模块3工作。

所述同步触发模块10用于实现多个电火花震源的放电回路的同步工作。

如图2所示，为本发明实施例所述的一种电火花震源的综合控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：通过交互模块接收外部控制指令，并根据所述控制指令控制控制器；

步骤2：控制器接收控制指令，以及电路监控模块和环境监控模块反馈的参数；控制器根据控制指令和反馈的参数通过控制回路模块控制震源充放电模块充放电；当反馈的参数出现异常，控制器调整震源充放电模块工作状态，并通过告警模块发出警告；

步骤3：震源充放电模块用于根据控制器的控制充电和放电，放电产生地震波；

步骤4：放电同时记录地震子波和位置信息，并反馈给控制器，通过交互模块进行存储和显示。

本发明具体示例所述的控制系统包括交互模块，控制器采用PLC控制器，控制回路，电路参数监测回路，环境参数检测回路，参数指示报警回路，定位测量装置，同步触发装置和子波检波器。用户通过所述交互模块来操作所述PLC控制器，从而控制整个电火花震源的充放电过程；所述控制回路是由在所述PLC控制器控制下的继电器、接触器等，并自动执行电火花震源充放电电路的所有开关动作；所述电路参数监控回路通过各种传感器和检测电路，检测充放电电路中的电器参数，并将参数值反馈给所述PLC控制器，所述PLC控制器根据这些参数对充放电电路进行控制；所述环境参数监控回路通过各种传感器检测电火花震源内部和外部的环境参数，并将参数值反馈给所述PLC控制器，所述PLC控制器根据这些参数对充放电电路进行控制；所述PLC控制器根据控制逻辑和人机交互需要，将电路和环境等各种参数通过所述参数告警回路，以显示屏、指针表、指示灯等各种方式显示出来。当电路出现异常时，所述PLC控制器通过所述参数告警回路，以发声或发光或电子器件给出警告指示；所述子波检波器能够拾取电火花放电所产生的地震子波，并将地震子波信号传递给所述PLC控制器，所述PLC控制器能够存储地震子波，所述交互模块可以对地震子波进行显示、分析、导出；所述定位测量装置能够测量并记录放电电极的位置坐标数据,所述PLC控制器能够存储位置数据，所述交互模块可显示、导出位置数据；所述同步触发装置可以接收爆炸机等外部触发设备发出的触发信号，进而通过所述PLC控制器进行放电控制，并支持多套电火花设备的同步放电。同时，所述同步触发器还可以将触发的延迟时间反馈给所述PLC控制器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种电火花震源的综合控制系统，其特征在于，包括交互模块、控制器、震源充放电模块和电路监控模块；

所述交互模块接收外部控制指令，并根据所述控制指令控制控制器；

所述控制器根据控制指令控制震源充放电模块充放电；

所述震源充放电模块用于根据控制器的控制充电和放电，放电产生地震波；

所述电路监控模块用于检测震源充放电模块中的所有参数信息，并将得到的所有参数信息发送到控制器；所述控制器根据接收到的参数信息调整震源充放电模块的工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种电火花震源的综合控制系统，其特征在于，还包括环境监控模块，所述环境监控模块用于检测电火花震源内部和外部的环境信息，并将所述环境信息反馈到控制器，所述控制器根据环境信息调整震源充放电模块的工作状态。

3.根据权利要求1所述的一种电火花震源的综合控制系统，其特征在于，还包括子波检波器，所述子波检波器用于拾取电火花放电产生的地震子波，并将地震子波通过控制器反馈到交互模块；所述交互模块对收到的地震子波进行显示和导出。

4.根据权利要求1所述的一种电火花震源的综合控制系统，其特征在于，还包括告警模块，所述控制器对获得的震源充放电模块的所有参数信息进行定时判断，当参数信息不在设定的安全范围内时，所述控制器控制告警模块发出告警。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种电火花震源的综合控制系统，其特征在于，所述震源充放电模块包括电源、充电回路、储能器和放电回路；所述电源为充电回路供电；所述充电回路将电能发送到储能器中进行存储；所述放电回路利用储能器中预存的电能控制放电回路中的放电电极放电产生电火花，电火花放电产生地震波。

6.根据权利要求5所述的一种电火花震源的综合控制系统，其特征在于，还包括控制回路模块，所述控制回路模块设于控制器与震源充放电模块之间，所述控制回路模块根据控制器的指令分别控制电源、充电回路、储能器和放电回路的工作状态。

7.根据权利要求6所述的一种电火花震源的综合控制系统，其特征在于，还包括定位测量模块，所述定位测量模块用于测量放电电极的位置信息，并将得到的位置信息发送到控制器进行存储。

8.根据权利要求6所述的一种电火花震源的综合控制系统，其特征在于，还包括同步触发模块，所述同步触发模块用于接收外部触发信号，并根据所述触发信号通过控制器控制震源充放电模块工作。

9.根据权利要求8所述的一种电火花震源的综合控制系统，其特征在于，所述同步触发模块用于实现多个电火花震源的放电回路的同步工作。

10.一种电火花震源的综合控制方法，其使用如权利要求1-9任一项所述的电火花震源的综合控制系统，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：通过交互模块接收外部控制指令，并根据所述控制指令控制控制器；

步骤2：控制器接收控制指令，以及电路监控模块和环境监控模块反馈的参数；控制器根据控制指令和反馈的参数通过控制回路模块控制震源充放电模块充放电；当反馈的参数出现异常，控制器调整震源充放电模块工作状态，并通过告警模块发出警告；

步骤3：震源充放电模块根据控制器的控制充电和放电，放电产生地震波；

步骤4：放电同时记录地震子波和位置信息，并反馈给控制器，通过交互模块进行存储和显示。