CN2482101Y - 24位遥测地震仪中心控制单元 - Google Patents

Abstract

一种24位遥测地震仪中心控制单元,它采用VME总线上的多机系统,由主控板、EPC—5单板机及接口板、数据转换及信号处理器板、大线控制器板、大线接口板、存储器板、辅助道接口及控制板等9种单板构成,它们分别安装在一个21槽的VME机箱的相应槽位中,并通过VME总线或私有总线互连,实现主控单元一体化。系统软件是在Windows NT环境下,采用Visual C⁺⁺语言开发,硬件采用LCA技术、多微处理机系统和DSP技术,具有结构简单、体积小、重量轻、容量大、成本低等优点,适用于陆地和海洋勘探。

Description

24位遥测地震仪中心控制单元

本实用新型属于地球物理勘探领域，特别是指一种适用于陆地和海洋地震勘探、有线传输的24位遥测地震仪中心控制装置。

地震仪作为石油和天然气勘探的最有效装备，它的发展和进步与当代电子和计算机技术的最新发展成果息息相关，从初期的模拟地震仪到现在的24位Δ-∑A/D转换的高精度数字遥测地震仪，其整个系统均由地震数据采集单元、数据高速传输单元、中心控制单元、记录和监控单元、遥爆单元等构成。其中，中心控制单元为高度集成化、计算机化的遥测地震仪的指挥中枢，震源的起爆、地震数据的采集、处理和传输、数据的格式编排、存储和记录等都是在中心控制单元程序和指令的控制下有条不紊的进行。目前，国内生产的高精度遥测地震仪中心控制单元与国际上最先进的24位Δ-∑A/D转换中心控制单元相比还存在一定的差距，而国际上最先进的法国Sercel SN388、美国SystemII、Teleseis Box等24位遥测地震仪的中心控制单元体积较大，不够轻便、不能同时适应陆地和海洋地震勘探，并且产品价格比较昂贵。

本实用新型的目的在于提供一种采用VME总线上的多机系统，实现主控单元一体化、结构合理、体积较小重量轻，可适用于陆地和海洋地震勘探的24位遥测地震仪的中心控制装置。

本实用新型以如下方式实现。

一种24位遥测地震仪中心控制单元，采用VME总线上的多机系统，由一块完全兼容IBM PC/AT Pentium计算机的VMIC7587作为主控板；两块PC/AT兼容式内置CPU模块EPC-5单板机作为VME总线上的从属模板，配上各自的接口，分别控制磁带机和绘图仪；容量为3×64M的三块VME存储器板，在VME系统中，主要用来存放编排及处理后的32位地震数据；另外还有数据收集、格式转换及信号处理器板(以下简称DCDB板)、大线控制器板(简称LCB板)、大线接口板(简称LTRB板)、辅助道控制板(简称ACB板)各一块。上属所有板子均置于一个21槽VME标准机箱的相应槽位中并通过VME总线或私有总线互连，从而实现主控单元的一体化。而辅助道接口板(简称AAB板)则安装VME机箱的后面板上，它作为ACB板和地震震源同步器之间的接口板，通过位于后面板上的15芯插座和编码器相连。LTRB板位于VME机箱的前部，它是LCB板与交叉站(CSU)的接口，通过两根40芯的扁平电缆(私有总线)和安装在VME机箱前面板上的2个40芯插座与LCB板连接，并通过VME总线的P2插座和安装在后面板上的8个16芯大线插座相连，每个大线插座可分别通过一条数传电缆与连接着多道地震数据采集站(DAU)的交叉站(CSU)连接在一起。

在主板的控制下，通过ACB板、AAB板向编码器发送预备指令和点火指令，引爆震源，启动整个系统的数据采集，利用遥测数传原理把地震检波器采集到的地震信号经地震数据采集站放大并数字化处理后，再通过用双绞线数传电缆传输至中心控制单元的LTRB板，并通过私有总线传送到LCB板，经大线控制单元LCU中的每个FIFO通过私有总线传送到数据收集、格式转换及信号处理的DCDB板，DCDB板把从LCB的FIFO中采集的24位整型数据转化为IEEE 754浮点格式，并对其完成数据格式转换，该数据通过EPC-5单板机及SISC接口板连接的磁带机按SEG-D8058格式记带，同时经数字滤波、AGC处理后通过EPC5K单板机及绘图仪接口板控制绘图仪绘制出成常规或变面积图作为现场监视记录。LTRB板、LCB板和DCDB板还可完成对地震数据采集站排列的加电、查看、建排、采集微震数据的功能。控制完成上述过程的软件程序安装或固化在相应的硬件中，使用一台IBM PC/AT兼容Pentium计算机，VMIC7587编程人员可通过连接一个VME总线中断及控制函数库，从而方便、快捷地控制所有VMIC7587总线功能，即菜单操作、系统管理、系统诊断、微震监视、预计划设计、采集站(DAU)测试、排列查看、建立排列、数据采集等功能。

本实用新型具有如下优点。

本实用新型采用了当代最新的电子计算机技术、大规模现场开发集成电路LCA技术、24位Δ-∑A/D转换技术、数字信号处理器DSP技术及SMT装配制造技术，在一个21槽VME标准机箱内，所有单板通过VME总线或私有总线互连，实现主控单元的一体化，具有系统道容量较大、诊断能力强、结构简单合理、体积小、轻便适用、成本低、可采用爆炸震源或气枪震源两种方式等优点，适用于陆地的二维、三维及高分辨地震勘探和海上多波地震勘探。

附图说明：

图1为本实用新型原理框图

图2为本实用新型VME标准机箱前面板示意图

图3为本实用新型VME标准机箱后面板示意图

图4为本实用新型DCDB板原理框图

图5为本实用新型LCB板原理框图

图6为本实用新型LTRB板的串行T/R口原理框图

图7为本实用新型ACB板原理框图

图8为本实用新型AAB板原理框图

下面结合附图详述本实用新型实施例。

参照图1、图2、图3，本实用新型采用VME总线4上的多机系统，主要由一个21槽位的VME机箱11和分别装入VME机箱11的相应槽位上的多种单板构成。这些单板包括：一块由VMIC7587单板机构成的主控板1，占4个槽位；一块EPC-5单板机及SISC接口板2，占4个槽位；一块EPC-5单板机及绘图仪接口板3，占6个槽位；一块数据收集、格式转换及信号处理器板(DCDB)5，占1个槽位；一块大线控制器板(LCB)6，占1个槽位；一块大线接口板(LTRB)7，占2个槽位；一块辅助道控制板(ACB)8，占1个槽位；容量为3×64M的三块VME存储器板9，占3个槽位。上述所有单板均通过VME总线4或私有总线实现互连。其中，LCB板6通过两根40芯扁平电缆(私有总线)与LTRB板7相连，在各自的前面板上分别安装有2个40芯扁平电缆插座14、15。同时LCB板6还通过VME总线4的P2插座与DCDB板5相连(P2插座在VME机箱11的母板上)，而LTRB板7则通过VME总线4的P2插座与安装在VME机箱11后面板上的8个16芯大线插座17相连。辅助道接口板(AAB)10安装在VME机箱11的后面板上，它通过VME总线4的P2插座与ACB板8相连并通过安装在VME机箱11后面板上的15芯插座16通过专用电缆和编码器43连接。

由VMIC7587构成的主控板1是一个完全兼容IBM PC/ATPentium的计算机，可在PC/AT兼容模式和VME总线控制器两种模式下运行。VMIC7587编程人员可通过连接一个VME总线中断及控制函数库，从而方便快捷地控制所有VMIC7587总线功能。在系统中主控板1主要完成菜单功能、系统管理功能、系统诊断功能、微震监视功能、预计划设计功能、采集站(DAU)测试功能、排列查看功能、建立排列功能、数据采集功能。

EPC-5单板机及SISC接口板2中的EPC-5是一个PC/AT兼容式内置CPU模块，并通过安装在前面板上的磁带机SISC接口插座12和一台或多台M2488卡式磁带机相连接，在主控板1的控制下，M2488卡式磁带机按照SEGD8058格式完成记带、回放和查找功能。

EPC-5单板机及绘图仪接口板3中的EPC-5也是一个PC/AT兼容式内置CPU模块，负责与主控板1通讯，并通过安装在前面板上的37芯绘图仪接口插座13和一台热敏绘图仪相连，按照多路或反多路格式绘图，可变面积或不变面积显示地震波形。

三块VME的存储器板9，其总容量为3×64M，在VME总线4系统中，主要用来存放编排及处理后的32位地震数据。

参照图4，数据采集、格式转换及信号处理器板(DCDB)5，在VME机箱11中占1个槽位，它是按照VME总线4标准设计的，尺寸为6U×220mm，主要包括一个由QL2003构成的存储器接口时序及控制器18，一个40MHz ADSP-21060 DSP(数字信号处理器)19、2M的高速SRAM(静态随机存储器)20、引导EPROM21、有SCV64构成的VME接口22及LCB接口23。DCDB板5采用SCV64作为它与VME总线4之间的接口芯片，从而实现两者之间的通讯；DCDB板5的处理程序固化在引导EPROM中，而2M的高速SRAM可提供LCB板6的FIFO29输出到DSP内部RAM以及VME总线存储器之间的数据缓冲。在主控板1的控制下，DCDB板5中的DSP19通过LCB板6与DCDB板5之间的私有总线从LCB板6的FIFO29中采集24位DAU整型数据，并将其转换成IEEE浮点格式，然后将这些数据放入2M的高速SRAM20中的一个双缓冲器中，当任一满时，便启动一次DMA操作，通过VME总线4传送这些数据，形成VME DRAM(动态随机存储器)中的通道向量。当DMA突发传送道向量段到外部VME存储缓冲器中时，DMA链接表完成通道映射，VME存储器9缓冲区指针的一个向量表明这个通道映射与LCB板6中的大线控制单元(LCU)26中的FIFO 29中的采集来的数据序列相关。一个高速DMA接口提供DMA A32/D64/D32突发模式数据输出，用一个DCDB命令来确定D64 VME存储空间，同时DCDB板5还对采集到的DAU数据进行AGC和PGC增益调节及绘图数据格式转换。

参照图5、图1，基于VME总线4标准尺寸设计的大线控制器(LCB)板6处于DCDB板5和LTRB板7中间，占1个槽位。它主要由VME接口24、DCDB接口25、大线控制单元LCU26组成，其中LCU26包括有4个线路结构相同的大线控制口，即LCU0、LCU1、LCU2、LCU3，如图5(a)所示。它们通过私有总线即两根40芯扁平电缆与LTRB板7中的4个串行R/T口31相连，在LCB板6和LTRB板7的前面板上分别安装有两个40芯扁平电缆插座14、15。LCB板6还通过VME总线4的P2插座与DCDB5板相连。LCB板6提供地震数据采集单元DAU的控制和4条线的数据采集功能的控制，每条线由大线控制单元LCU26中的大线控制口LCU0、LCU1、LCU2、LCU3分别控制，每个大线控制口控制的最大容量为252道/1ms，508道/2ms，四个大线控制口即LCU0、LCU1、LCU2、LCU3可同时工作。每个大线控制口均由逻辑单元阵列27、通道参数存储器28、输出FIFO29、LTRB接口30构成，如图5(b)所示，逻辑单元阵列提供数据格式和控制功能，通道参数存储器28存放通道命令/数据，而输出FIFO29作为采集数据的暂存单元。大线控制单元26的主要功能是向地震数据采集站DAU发送命令/参数，并接受DAU返回的数据/状态。在控制模式时，主控板1通过LCU 26中的LTRB接口30将命令发送给DAU，DAU返回经错误检查的数据/状态存储在LCU 26中每个大线控制口的SRAM存储器28中；在数据采集模式时，主控板1通过LCU 26中的LTRB接口30将采集命令发送给DAU，DAU返回经错误检查的数据存储在大线控制口的输出FIFO 29中，并经LCB板6的DCDB接口25、VME总线4的P2插头传输到DCDB板5的2M的高速SRAM 20中。

参照图6、图1，采用SMT装联技术制造的大线接口板(LTRB板)7包括4个相同的串行T/R口31，并对应4个大线口，每口含有左(L)、右(R)两个大线接口35、36与交叉站(CSU)37相连。每个串行T/R口31都是由PAL芯片ATV 750构成的开关阵列32、74HC164构成的译码器33、MC145439构成的NRZ/AMI编码/译码器34组成。4个串行T/R口31通过VME总线4的P2插座与安装在VME机箱11后面板上的左(L)、右(R)大线插座17相连接。大线插座17共有8个，即L₀、L₁、L₂、L₃和R₀、R₁、R₂、R₃。在6.144Mbps的数据传输频率下，每条大线的数传能力最大只有508道/2ms。

为此，LTRB板7可同时接入8条连接有多道采集站DAU的大线，以实现4000道/2ms的系统道容量。

由主控板1通过LCB板6控制，负责向排列发送/接受数据。同时向排列提供虚对电压以启动电源站向排列供电，同时完成测线构型及滚动功能。

在主控板1的控制下，LTRB板7将LCB板6送来的数传数据NRZ码经过开关阵列32编排后，经编码/译码器34转换为AMI码，然后经过数传变压器送到交叉站(CSU)37。反之，CSU37传来的AMI编码的数传数据经数传变压器耦合进来后，经编码/译码器34转换为NRZ码，再经过开关阵列32编排后送至LCB板6。其中，开关阵列32是由来自LCB板6的控制信号经译码器33串/并转换译码后，经锁存来控制其开关方向的。

参照图7，基于VME总线4标准设计的辅助道控制板(ACB板)8，通过VME总线的P2插座和辅助道模拟板(AAB板)10相连，在VME机箱11中占1个槽位。ACB板8是辅助道和VME总线4之间的接口板，也是VME总线4的从属板，它采用VME2000作为从属接口38，采用VME3000作为中断发生器39，实现和VME总线4之间的通讯，并请求VME总线4的服务；采用先进先出FIFO40作为数据的暂存单元，并提供DCDB板5的接口，以便存取辅助道的数据。在主控板1的控制下，ACB板8对从辅助道模拟板10输入的钟时断信号和模拟井口信号经多路转换器42、A/D转换器41后送入FIFO 40；DCDB板5通过VME总线4取走FIFO 40中的数据，并进行转换。ACB板8同时还具有地址译码、命令编码、状态字生成、中断向量产生等功能。

参照图8，辅助道模拟板(AAB板)10是ACB板8和地震震源同步器之间的接口板，它通过安装在VME机箱11后面板上的15芯插头16通过专用电缆与编码器43相连。

ACB板8通过AAB板10向编码器43传送预备(SEXT)指令和点火(FIRE)指令，并接收编码器43输入的验证时断信号(CH1)和模拟井口信号(CH2)。AAB板10主要完成以下功能：其一是对编码器43输出的验证时断信号(CH1)进行滤波、限幅、整流、放大，并产生DIB信号；其二是对编码器43输出的模拟井口信号(CH2)进行滤波、放大及静噪抑制；其三是实现遥控点火命令的控制。

参照图1--图8，在主控板1的控制下，通过辅助道控制板(ACB)8、辅助道接口板(AAB)10向编码器43发送预备指令和点火指令，引爆震源，启动整个系统的数据采集，利用遥测数传原理把检波器采集到的地震信号经采集站(DAU)放大并数字化处理后，用双绞线数传电缆经交叉站(CSU)37、大线接口的16芯大线插座17传输至大线接口板(LTRB板)7，并通过私有总线传送到大线控制器板(LCB板)6，再经大线控制单元(LCU)26中的每个FIFO 29通过私有总线传送到数据收集、格式转换及信号处理器板(DCDB板)5。DCDB板把从LCB板6的FIFO 29中采集的24位整型数据转化为IEEE 754浮点格式，对其完成数据格式转换，并通过EPC-5单板机及磁带机接口板2连接的M2488卡式磁带机按SEG-D 8058格式记带；同时该数据经数字滤波、AGC处理后通过EPC-5单板机及绘图仪接口板3连接的绘图仪绘制成常规或变面积图作为现场监视记录。LTRB板7、LCB板6、DCDB板5，还完成对地震数据采集站排列的加电、查看、建排、采集微震数据的功能。

本实用新型主要技术指标如下：

1)采样率：0.25ms、0.5ms、1ms、2ms

2)系统道容量：

  一般小规模：240道/0.5ms、480道/1ms、960道/2ms，

    标准配置：2032道/2ms，可扩展为：4064道/2ms

3)单线道容量：120道/0.5ms、240道/1ms、480道/2ms

4)系统线容量：1-32线

5)记录长度：64s/2ms采样、32s/1ms采样、16s/0.5ms

  采样

6)采集启动时间：＜20ms

7)滚动能力：等于系统实际道容量

8)查找能力：任意线、任意站

9)辅助道：(1-16)道，16位A/D具有延迟TB能力。

10)数据格式：1位符号+23位尾数，2’补码—采集格式

              QCIEEE754-运算格式

11)磁带记录格式：SEG-D 8058

12)每炮平均时间：爆炸震源时，480道/2ms小于1分钟

                 气枪震源时，480道/2ms小于17秒

本实用新型主要用于反射法及折射法的陆地或海洋二维及三维地震勘探，以及高分辨率地震勘探，震源可采用爆炸震源或气枪震源两种方式。在海上多波地震勘探时，由于本实用新型是作为从接受设备，因此，在功能上要比陆地勘探简单，同时也减少了野外观测系统的设计。

Claims (3)

1、一种24位遥测地震仪中心控制单元，由机箱和分别装入机箱内的多种单板构成，其特征在于在一个21槽VME标准机箱(11)的相应槽位中，分别安装有：一块由VMIC7587构成的完全兼容IBM PC/AT Pentium计算机的主控板(1)，占4个槽位；一块PC/AT兼容式内置CPU模块EPC-5单板机及SISC接口板(2)，占4个槽位；一块PC/AT兼容式内置CPU模块EPC-5单板机及绘图仪接口板(3)，占3个槽位；一块称为DCDB的数据收集、格式转换及信号处理器板(5)，占1个槽位；一块称为LCB的大线控制器板(6)，占1个槽位；一块称为LTRB的大线接口板(7)，占2个槽位；一块称为ACB的辅助道控制板(8)，占1个槽位；三块容量为3*64M的VME的存储器板(9)，占3个槽位；上述所有单板均通过VME总线(4)或私有总线实现互连，其中，LCB板(6)和LTRB板(7)之间，通过私有总线即2根40芯扁平电缆和安装在各自前面板的2个40芯扁平电缆插座(14)、(15)连接，并通过VME总线(4)的P2插座和DCDB板相连；而LTRB板(7)则通过VME总线(4)的P2插座与安装在VME机箱(11)后面板上的8个16芯大线插座(17)连接；称为AAB的辅助道接口板(10)安装在VME机箱(11)后面板上，它通过VME总线(4)的P2插座与ACB板(8)相连，并通过15芯插座(16)与编码器(43)连接在一起；所有程序软件安装或固化在相应的硬件中，在主控板(1)的控制下，通过ACB板(8)、AAB板(10)向编码器(43)发送预备指令和点火指令，引爆爆炸震源或气枪震源，启动整个数据采集系统，地震检波器采集来的地震信号经采集站DAU放大并数字化处理后，使用双绞线高速数传电缆经交叉站(37)、16芯大线插座(17)传输至LTRB板(7)4个串行R/T口(31)中的MC145439编码/译码器(34)，将AMI编码的数传数据转换为NRZ码，再经ATV750开关阵列(32)编排后送至LCB板(6)的大线控制单元LCU(26)，该数据存储在大线控制单元LCU(26)中4个大线控制口LCU0、LCU1、LCU2、LCU3的输出FIFO(29)中，并经DCDB接口(25)传送到DCDB板(5)2M的高速SRAM(20)中，DCDB板(5)把从LCB板(6)的FIFO(29)中采集的24位整型数据转化为IEEE 754浮点格式，对其完成数据格式转换，并通过EPC-5及SISC接口板(2)连接的一台或多台磁带机按SEG-D 8058格式记带，同时经数字滤波、AGC处理后通过EPC-5及绘图仪接口板(3)连接的绘图仪绘制成常规或变面积图作为现场监视记录。

2、根据权利要求1所述的24位遥测地震仪中心控制单元，其特征在于在大线控制器板(6)中设计有大线控制器单元LCU(26)，它包括4个线路结构相同的大线控制口，即LCU0、LCU1、LCU2和LCU3，它们通过私有总线即2根40芯扁平电缆与设计在大线接口板(7)中的4个串行R/T口(31)相连，4个串行R/T口(31)对应4个大线口，每口含有左、右两个大线接口(35)、(36)，并通过VME总线(4)的P2插座与安装在VME机箱(11)后面板上的8个16芯大线插座(17)相连，在6.144Mbps的数传频率下，可通过交叉站(37)同时接入连接着多道地震采集站DAU的大线，同时进行地震数据采集工作，从而实现4000道/2ms的系统容量。

3、根据权利要求1所述的24位遥测地震仪中心控制单元，在大线接口板(7)中，采用PAL芯片ATV750构成开关阵列(32)，它在主控板(1)和大线控制器板(6)的控制下，完成测线构型及滚动功能。

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