CN201740874U - 高分辨率数字采集单元 - Google Patents

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刘保华
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Abstract

本实用新型公开了一种高分辨率数字采集单元，包括采集模块、数字传输模块和电源模块，所述采集模块包括检波器接口电路、模拟放大滤波电路、A/D转换器、FPGA芯片、测试信号源、D/A转换器；所述数字传输模块包括串并转换器、并串转换器、线缆驱动器和均衡器；电源模块为采集模块、数字传输模块提供所需电源。本实用新型主要用于浅层高分辨海上多道数字拖缆采集记录系统，采集数据在拖缆中全数字化传输，提高了整个系统的抗干扰能力及采集精度；由于采用高性能、微型封装的器件，在单板的设计及整体安装上实现小型化；系统可实现在线自检，便于及时查找问题，可完全满足高分辨率的海上勘探和海洋地质调查。

Description

高分辨率数字采集单元
技术领域
本实用新型涉及一种海洋地震勘探拖缆系统的高分辨率数字采集单元，属于海上地球物理勘探领域。
背景技术
随着油气勘探和大洋探测需要解决的目标对象和工作环境条件越来越复杂，对地震勘探技术和装备提出了更高的要求。大道数、高采样、小道距、高精度、小型便携等技术为浅层勘探所关注，国外海洋地震勘探的拖缆系统已发展到数字拖缆系统，数字拖缆与模拟电缆相比，具有体积小、抗干扰能力强、传输距离远等优点，但国外海上使用的拖缆数字采集单元、海底电缆数字采集单元均针对深层石油、地层勘探，采样率小于4K，而且数字采集单元过大，必须使用专用船只，绞车直径大于两米，给用户带来了极大不便。近几年国内一些石油、军工企业也在开展这方面的工作，由于目标对象的不同，同样存在外形尺寸过大，采样率低、单位时间数字传输速率低等问题，都不能很好地满足浅层高分辨率多道海上勘测施工的要求。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于浅层高分辨数字拖缆的高采样率、小尺寸、高效率的高分辨率数字采集单元。
本实用新型包括采集模块、数字传输模块和电源模块，其特征在于所述采集模块包括检波器接口电路、模拟放大滤波电路、A/D转换器、FPGA芯片(即现场可编程门阵列芯片)、测试信号源和D/A转换器，其中接口电路对检波器输入的信号进行输入阻抗的匹配，再将该信号输入至模拟放大滤波电路以完成10Hz低切和0dB，18dB，36dB的增益变换，经模拟放大滤波电路增益变换的信号由A/D转换器完成8道高精度数据转换后传输到FPGA芯片，该FPGA芯片对模拟放大滤波电路进行在线自检(IQC)和增益控制，并对A/D转换器进行采样参数控制，由FPGA芯片的IQC信号控制的测试信号源发出的测试比特流，通过同样由FPGA芯片控制的D/A转换器向模拟放大滤波电路传输用于系统自检的高精度模拟测试信号；所述数字传输模块包括两个各自配有串并转换器的均衡器，以及两个各自配有并串转换器的线缆驱动器，由船载系统下传的控制命令通过均衡器和串并转换器传输到FPGA芯片，由检波器上传的地震数据和状态数据通过FPGA芯片处理后经并串转换器和线缆驱动器上传；所述电源模块包括高压转换模块、CMOS开关和加电控制电路，其中高压转换模块将9-72V宽范围电源输入转换成6V而为采集模块和数字传输模块提供所需电源，加电控制电路通过控制CMOS开关和高压转换模块实现对后级高分辨率数字采集单元的上电。
本实用新型主要用于浅层高分辨海上多道数字拖缆采集记录系统，采集数据在拖缆中全数字化传输，提高了整个系统的抗干扰能力及采集精度；由于采用高性能、微型封装的器件，在单板的设计及整体安装上实现小型化；系统使用集中供电，微型化的结构，数字采集单元可自动识别方向等功能使其便于拆卸安装，提高了系统稳定性、可靠性；系统可实现在线自检，便于及时查找问题，可完全满足高分辨率的海上勘探和海洋地质调查。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构框图。
图2是本实用新型数字传输模块结构示意图。
图3是本实用新型采集模块结构示意图。
图4是本实用新型电源模块结构示意图。
其中，1、采集模块，2、数字传输模块，3、电源模块，4、检波器接口电路，5、模拟放大滤波电路，6、A/D转换器，7、FPGA芯片(现场可编程门阵列芯片)，8、测试信号源，9、D/A转换器，10、串并转换器，11、均衡器，12、并串转换器，13、线缆驱动器，14、高压转换模块，15、CMOS开关，16、加电控制电路。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本实用新型。
在深水浅层高分辨率海上地震拖缆系统中，8道数字包和若干段拖缆单元串联组成水下拖缆，主要完成对地震波信号的采集和传输，高分辨率数字采集单元负责将模拟的地震波转换成数字信号，经过一定格式的转换和整理，然后传递给主机。
如图1所示，本实用新型包括采集模块1、数字传输模块2和电源模块3，其中电源模块3为采集模块1、数字传输模块2提供所需的电源；采集模块1将接收于检波器的信号处理后通过数字传输模块2上传；由船载系统下传的控制命令通过数字传输模块2发送到采集模块1上。
如图2所示，所述数字传输模块2包括两个各自配有串并转换器10的均衡器11，以及两个各自配有并串转换器12的线缆驱动器13，由船载系统下传的控制命令通过均衡器11和串并转换器10传输到采集模块1中的FPGA芯片7上；由检波器上传的地震数据和状态数据通过FPGA芯片7处理后经并串转换器12和线缆驱动器13上传。所述的串并转换器10、均衡器11、并串转换器12和线缆驱动器13分别是型号为SN65LV 1224B、CLC012、SN65LV 1023A、CL0C001的市售产品。整个数字传输模块2的下行命令通道和上行数据通道，两者互相独立。
如图3所示，所述采集模块1包括检波器接口电路4、模拟放大滤波电路5、A/D转换器6、FPGA芯片7、测试信号源8和D/A转换器9，其中接口电路4对检波器输入的信号进行输入阻抗的匹配，再将该信号输入至模拟放大滤波电路5以完成10Hz低切和0dB，18dB，36dB的增益变换，经模拟放大滤波电路5增益变换的信号由A/D转换器6完成8道高精度数据转换后传输到FPGA芯片7，该FPGA芯片7对模拟放大滤波电路5进行IQC和增益控制，并对A/D转换器6进行采样参数控制，由FPGA芯片7的IQC信号控制的测试信号源8发出的测试比特流，通过同样由FPGA芯片7控制的D/A转换器9向模拟放大滤波电路5传输用于系统自检的高精度模拟测试信号。
所述的A/D转换器6、FPGA芯片7、测试信号源8、D/A转换器9是型号分别为CS5368、EP3C25E144C8N、CS5376和CS4373的市售产品。
如图4所示，电源模块3包括高压转换模块14、CMOS开关15和加电控制电路16，高压转换模块14将9-72V宽范围电源输入转换成6V而为采集模块1和数字传输模块2提供所需电源，加电控制电路16通过控制CMOS开关15和高压转换模块14实现对后级高分辨率数字采集单元的上电。
由于在拖缆中数字采集单元串联使用，当中间某一数字采集单元出现故障的时候需要能够关掉它和后级所有数字采集单元的电源，因此采用现有的逐级上电技术，本数字采集单元对后级数字采集单元的上电通过加电控制电路16控制CMOS开关15和高压转换模块14实现，只要本数字采集单元收到给后级数字采集单元上电的命令，无需考虑前后方向，直接导通CMOS开关15便可以使电源到达下级。
高压转换模块14提供宽输入电压转换保护以及为采集模块1和数字传输模块2提供所需+5V、-5V、3.3V、+2.5V、-2.5V、1.2V电源。

Claims (8)

1.一种高分辨率数字采集单元，包括采集模块(1)，数字传输模块(2)以及电源模块(3)，其特征在于所述采集模块(1)包括检波器接口电路(4)、模拟放大滤波电路(5)、A/D转换器(6)、FPGA芯片(7)、测试信号源(8)和D/A转换器(9)，其中接口电路(4)对检波器输入的信号进行输入阻抗匹配，再输入至模拟放大滤波电路(5)以完成10Hz低切和0dB，18dB，36dB的增益变换，经模拟放大滤波电路(5)增益变换的信号由A/D转换器(6)完成8道高精度数据转换后传输到FPGA芯片(7)，所述FPGA芯片(7)对模拟放大滤波电路(5)进行在线自检和增益控制，并对A/D转换器(6)进行采样参数控制，由FPGA芯片(7)的在线自检信号控制的测试信号源(8)发出的测试比特流，通过同样由FPGA芯片(7)控制的D/A转换器(9)向模拟放大滤波电路(5)传输用于系统自检的高精度模拟测试信号；所述数字传输模块(2)包括两个各自配有串并转换器(10)的均衡器(11)，以及两个各自配有并串转换器(12)的线缆驱动器(13)，由船载系统下传的控制命令通过均衡器(11)和串并转换器(10)传输到FPGA芯片(7)，由检波器上传的地震数据和状态数据通过FPGA芯片(7)处理后经并串转换器(12)和线缆驱动器(13)上传；所述电源模块(3)包括高压转换模块(14)、CMOS开关(15)和加电控制电路(16)，高压转换模块(14)将9-72V宽范围电源输入转换成6V而为采集模块(1)和数字传输模块(2)提供所需电源，加电控制电路(16)通过控制CMOS开关(15)和高压转换模块(14)实现对后级高分辨率数字采集单元的上电。
2.如权利要求1所述的数字采集单元，其特征在于所述A/D转换器(6)是型号为CS5368的市售产品。
3.如权利要求1所述的数字采集单元，其特征在于所述测试信号源(8)是型号为CS5376的市售产品。
4.如权利要求1所述的数字采集单元，其特征在于所述D/A转换器(9)是型号为CS4373的市售产品。
5.如权利要求1所述的数字采集单元，其特征在于所述串并转换器(10)是型号为SN65LV1224B的市售产品。
6.如权利要求1所述的数字采集单元，其特征在于所述均衡器(11)是型号为CLC012的市售产品。
7.如权利要求1所述的数字采集单元，其特征在于所述并串转换器(12)是型号为SN65LV1023A的市售产品。
8.如权利要求1所述的数字采集单元，其特征在于所述线缆驱动器(13)是型号为CL0C001的市售产品。
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