CN111290012A - 一种用于震源弹的点火控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于震源弹的点火控制系统，其连接关系包括：地面控制器分别向电源模块、触发电路和升压电路提供第一输入电压；电源模块分别向触发电路和升压电路提供第二输入电压；电源模块分别向通讯接口电路和处理器提供第三输入电压；升压电路向CDU模块提供第四输入电压；地面控制器通过通讯接口电路与处理器连接；处理器分别与触发电路、升压电路和CDU模块电连接；触发电路与CDU模块电连接；点火源件焊接在连接导线上，连接导线焊接到CDU模块的输出端上。本发明将震源弹的点火方式由传统的火工品点火改为等离子体点火，提高震源弹点火的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及地震勘探技术领域，特别涉及一种用于震源弹的点火控制系统。
背景技术
地震勘探是指人工激发所引起的弹性波利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。
地震勘探是地球物理勘探中最重要和解决油气勘探问题最有效的一种方法。它是钻探勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面也得到广泛应用。
震源弹是人工激发产生地震的装置，目前震源弹点火方式使火工品点火。火工品点火头属于管控物品，产品流通和使用麻烦。火工品属于易燃易爆物品，本质安全性低，操作不慎或环境复杂容易发生安全事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于震源弹的点火控制系统，用以解决现有的震源弹采用火工品点火存在安全性低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种用于震源弹的点火控制系统，包括地面控制器、电源模块、通讯接口电路、处理器、触发电路、升压电路、CDU模块、连接导线和点火源件；所述地面控制器分别向所述电源模块、触发电路和所述升压电路提供第一输入电压；所述电源模块分别向所述触发电路和所述升压电路提供第二输入电压；所述电源模块分别向所述通讯接口电路和所述处理器提供第三输入电压；所述升压电路向所述CDU模块提供第四输入电压；所述地面控制器通过所述通讯接口电路与所述处理器连接；所述处理器分别与所述触发电路、升压电路和所述CDU模块电连接；所述触发电路与所述CDU模块电连接；所述点火源件焊接在所述连接导线上，所述连接导线焊接到所述CDU模块的输出端上。
优选的，所述升压电路包括第一MOS驱动器、第一场效应管、第一滤波电容、第一二极管、第一电阻和升压变压器；所述电源模块向所述第一MOS驱动器提供第二输入电压；所述地面控制器向所述升压变压器的初级线圈提供第一输入电压，所述第一滤波电容对所述第一输入电压进行滤波；所述处理器通过所述第一MOS驱动器控制所述第一场效应管的导通，进而控制所述升压变压器的初级线圈通电；所述第一电阻的一端与所述升压变压器的次级线圈的一端电连接，另一端接地；所述第一二极管的一端与所述升压变压器的次级线圈的另一端电连接，另一端向所述CDU模块提供所述第四输入电压。
优选的，所述触发电路包括第二MOS驱动器、第二场效应管、第二电阻、限流电阻、第二滤波电容、储能电容、触发变压器和第三电阻；所述电源模块向所述第二MOS驱动器提供所述第二输入电压；所述地面控制器向所述限流电阻的一端提供所述第一输入电压，所述第二滤波电容对所述第一输入电压进行滤波；所述触发变压器的初级线圈的一端与所述储能电容的一端电连接，另一端与所述第二电阻的一端电连接；所述储能电容的另一端与所述限流电阻的另一端电连接；所述第二电阻的另一端接地；所述第二场效应管与串联后的所述限流电阻、储能电容和所述触发变压器的初级线圈并联连接；所述处理器通过所述第二MOS驱动器控制所述第二场效应管的导通；所述触发变压器的次级线圈的一端向所述CDU模块提供触发开关信号，另一端与所述第三电阻的一端电连接；所述第三电阻的另一端接地。
优选的，所述CDU模块包括采样电路、高压电容、第四电阻和开关电路；所述升压电路向所述开关电路的一端提供所述第四输入电压；所述连接导线的一端与所述开关电路的另一端电连接，另一端分别与所述第四电阻的一端和所述高压电容的一端电连接；所述第四电阻的另一端接地；所述高压电容的另一端与所述开关电路的一端电连接；所述触发电路控制所述开关电路的通断；所述处理器通过所述采样电路采集所述高压电容的另一端电压。
优选的，所述第一输入电压为24～32V；所述第二输入电压为12±2.5V；所述第三输入电压为5±1V；所述第四输入电压为2800～4000V。
优选的，所述连接导线为可伐合金线、铜线、铜包钢线和镀镍线中的任意一种。
优选的，所述点火源件为金丝、镍铬丝、康铜丝和半导体桥中的任意一种。
优选的，所述连接导线直径为0.5～1.5mm，长度为4～12mm；所述金丝直径为0.04～0.1mm，焊接后长度为2～10mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明震源弹点火方式由传统的火工品点火改为等离子体点火。火工品点火主要有两大缺陷，一是火工品属于管控物品，不利于产品流通；二是火工品点火常规电源都可以起爆，本质安全性差。等离子体点火需要3000V以上的高压才能触发，常规物理手段是无法起爆的。
(2)本发明控制电路在起爆前通过采样电路可以对高压电容上的电压进行检测，确保起爆可靠性。
(3)本发明地面控制器和地下起爆电路具有高同步性，可以采集到震源弹准确有效的数据。
附图说明
图1为本发明一种用于震源弹的点火控制系统的电路示意图；
图2为本发明一实施例中升压电路的示意图；
图3为本发明一实施例中触发电路的示意图；
图4为本发明一实施例中CDU模块的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种用于震源弹的点火控制系统，包括地面控制器、电源模块、通讯接口电路、处理器、触发电路、升压电路、CDU模块、连接导线和点火源件；地面控制器分别向电源模块、触发电路和升压电路提供24V电压；电源模块分别向触发电路和升压电路提供12V电压；电源模块分别向通讯接口电路和处理器提供5V电压；升压电路向CDU模块提供3000V电压；地面控制器通过通讯接口电路与处理器连接；处理器分别与触发电路、升压电路和CDU模块电连接；触发电路与CDU模块电连接；点火源件焊接在连接导线上，连接导线焊接到CDU模块的输出端上。
本实施例中，地面控制器通过通讯接口电路向处理器发送控制指令，处理器向触发电路和升压电路发出控制信号，升压电路升压后将3000V电压提供给CDU模块，CDU模块利用该3000V电压对点火源件进行放电，触发电路控制CDU模块对点火源件放电，点火源件放电后产生等离子体，持续等离子体引爆气体，从而起爆震源弹，特别是天然气、氢气、氧气等混合气体的震源弹。
优选的，连接导线为可伐合金线、铜线、铜包钢线和镀镍线中的任意一种。
优选的，点火源件为金丝、镍铬丝、康铜丝和半导体桥中的任意一种。
优选的，连接导线直径为0.5～1.5mm，长度为4～12mm；金丝直径为0.04～0.1mm，焊接后长度为2～10mm。
如图2所示，升压电路包括第一MOS驱动器、第一场效应管、第一滤波电容、第一二极管、第一电阻和升压变压器；电源模块向第一MOS驱动器提供12V电压；地面控制器向升压变压器的初级线圈提供24V电压，第一滤波电容对第一输入电压进行滤波；处理器通过第一MOS驱动器控制第一场效应管的导通，进而控制升压变压器的初级线圈通电；第一电阻的一端与升压变压器的次级线圈的一端电连接，另一端接地；第一二极管的一端与升压变压器的次级线圈的另一端电连接，另一端向CDU模块提供3000V电压。
本实施例中，处理器通过第一MOS驱动器控制场效应管的导通，进而控制升压变压器通电，升压变压器通电后即可向CDU模块提供3000V电压。其中，第一滤波电容是对输入的24V电压进行电源滤波；第一二极管可以防止反向电压，起到保护作用；第一电阻作为保护电阻使用。
如图3所示，触发电路包括第二MOS驱动器、第二场效应管、第二电阻、限流电阻、第二滤波电容、储能电容、触发变压器和第三电阻；电源模块向第二MOS驱动器提供第二输入电压；地面控制器向限流电阻的一端提供第一输入电压，第二滤波电容对第一输入电压进行滤波；触发变压器的初级线圈的一端与储能电容的一端电连接，另一端与第二电阻的一端电连接；储能电容的另一端与限流电阻的另一端电连接；第二电阻的另一端接地；第二场效应管与串联后的限流电阻、储能电容和触发变压器的初级线圈并联连接；处理器通过第二MOS驱动器控制第二场效应管的导通；触发变压器的次级线圈的一端向CDU模块提供触发开关信号，另一端与第三电阻的一端电连接；第三电阻的另一端接地。
本实施例中，限流电阻对电路进行限流，储能电容对电路进行储能，限流电阻、储能电容和触发变压器的初级线圈串联后，第二场效应管与该串联电路进行并联连接，处理器通过第二MOS驱动器控制第二场效应管的导通，进而控制触发变压器的初级线圈的通电，当触发变压器的初级线圈通电后，则其次级线圈通电，通过触发变压器的次级线圈通电与否可以控制CDU模块对金丝放电。其中，第二电阻和第三电阻均作为保护电阻使用。
如图4所示，CDU模块包括采样电路、高压电容、第四电阻和开关电路；升压电路向开关电路的一端提供第四输入电压；连接导线的一端与开关电路的另一端电连接，另一端分别与第四电阻的一端和高压电容的一端电连接；第四电阻的另一端接地；高压电容的另一端与开关电路的一端电连接；触发电路控制开关电路的通断；处理器通过采样电路采集高压电容的另一端电压。
本实施例中，升压电路对高压电容进行充电，而处理器通过采样电路对高压电容另一端的电压进行检测，确保起爆可靠性；当触发电路控制开关电路导通时，高压电容对金丝放电，金丝通过瞬间高电压、大电流方式，形成等离子场，释放能量产生电弧，通过电弧与可燃物接触实现点火。其中，第四电阻作为保护电阻使用。
点火控制系统的连接关系：
地面控制器输出24V电源一路到电源模块，第二路直接到升压电路的升压变压器的输入电压，第三路直接到触发电路的触发变压器的输入电压。电源模块通过稳压芯片将24V稳压到12V和5V，5V为单片机(即处理器)和通讯接口电路提供电源，12V为触发电路和升压电路提供电源。通讯接口电路输出端通过电缆与地面控制器连接，输入端与一路处理器的I/O口连接，一路处理器的I/O口与触发电路的控制芯片连接，一路处理器的I/O口与升压电路的控制芯片连接，一路处理器的I/O口与CDU模块的采样电路的输出端连接。升压电路中升压变压器输出端与CDU模块中高压电容连接。触发电路的输出端与CDU模块的开关电路的输入端连接。金丝焊接在连接导线上，连接导线再焊接到CDU模块的输出端上。
点火控制系统的工作过程：
上电后，地面控制器通过485通讯接口电路与处理器进行通讯，处理器进行自检，并将自检情况反馈给地面控制器。当收到地面控制器发送的充电指令后，处理器给升压电路输出信号，升压电路开始工作，将24V电压升压到3000V高压，CDU模块内部的高压电容开始充电。当收到地面控制器发送的起爆指令后，触发电路触发CDU模块内部的开关电路导通，高压电容对金丝放电，金丝放电使周围空气产生等离子，持续等离子体引爆气体。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于震源弹的点火控制系统，其特征在于：包括地面控制器、电源模块、通讯接口电路、处理器、触发电路、升压电路、CDU模块、连接导线和点火源件；所述地面控制器分别向所述电源模块、触发电路和所述升压电路提供第一输入电压；所述电源模块分别向所述触发电路和所述升压电路提供第二输入电压；所述电源模块分别向所述通讯接口电路和所述处理器提供第三输入电压；所述升压电路向所述CDU模块提供第四输入电压；所述地面控制器通过所述通讯接口电路与所述处理器连接；所述处理器分别与所述触发电路、升压电路和所述CDU模块电连接；所述触发电路与所述CDU模块电连接；所述点火源件焊接在所述连接导线上，所述连接导线焊接到所述CDU模块的输出端上。
2.根据权利要求1所述的一种用于震源弹的点火控制系统，其特征在于：所述升压电路包括第一MOS驱动器、第一场效应管、第一滤波电容、第一二极管、第一电阻和升压变压器；所述电源模块向所述第一MOS驱动器提供第二输入电压；所述地面控制器向所述升压变压器的初级线圈提供第一输入电压，所述第一滤波电容对所述第一输入电压进行滤波；所述处理器通过所述第一MOS驱动器控制所述第一场效应管的导通，进而控制所述升压变压器的初级线圈通电；所述第一电阻的一端与所述升压变压器的次级线圈的一端电连接，另一端接地；所述第一二极管的一端与所述升压变压器的次级线圈的另一端电连接，另一端向所述CDU模块提供所述第四输入电压。
3.根据权利要求1所述的一种用于震源弹的点火控制系统，其特征在于：所述触发电路包括第二MOS驱动器、第二场效应管、第二电阻、限流电阻、第二滤波电容、储能电容、触发变压器和第三电阻；所述电源模块向所述第二MOS驱动器提供所述第二输入电压；所述地面控制器向所述限流电阻的一端提供所述第一输入电压，所述第二滤波电容对所述第一输入电压进行滤波；所述触发变压器的初级线圈的一端与所述储能电容的一端电连接，另一端与所述第二电阻的一端电连接；所述储能电容的另一端与所述限流电阻的另一端电连接；所述第二电阻的另一端接地；所述第二场效应管与串联后的所述限流电阻、储能电容和所述触发变压器的初级线圈并联连接；所述处理器通过所述第二MOS驱动器控制所述第二场效应管的导通；所述触发变压器的次级线圈的一端向所述CDU模块提供触发开关信号，另一端与所述第三电阻的一端电连接；所述第三电阻的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种用于震源弹的点火控制系统，其特征在于：所述CDU模块包括采样电路、高压电容、第四电阻和开关电路；所述升压电路向所述开关电路的一端提供所述第四输入电压；所述连接导线的一端与所述开关电路的另一端电连接，另一端分别与所述第四电阻的一端和所述高压电容的一端电连接；所述第四电阻的另一端接地；所述高压电容的另一端与所述开关电路的一端电连接；所述触发电路控制所述开关电路的通断；所述处理器通过所述采样电路采集所述高压电容的另一端电压。
5.根据权利要求1所述的一种用于震源弹的点火控制系统，其特征在于：所述第一输入电压为24～32V；所述第二输入电压为12±2.5V；所述第三输入电压为5±1V；所述第四输入电压为2800～4000V。
6.根据权利要求1所述的一种用于震源弹的点火控制系统，其特征在于：所述连接导线为可伐合金线、铜线、铜包钢线和镀镍线中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的一种用于震源弹的点火控制系统，其特征在于：所述点火源件为金丝、镍铬丝、康铜丝和半导体桥中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的一种用于震源弹的点火控制系统，其特征在于：所述连接导线直径为0.5～1.5mm，长度为4～12mm；所述金丝直径为0.04～0.1mm，焊接后长度为2～10mm。
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