專利名稱：高分辨率數(shù)字采集單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種海洋地震勘探拖纜系統(tǒng)的高分辨率數(shù)字采集單元，屬 于海上地球物理勘探領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著油氣勘探和大洋探測(cè)需要解決的目標(biāo)對(duì)象和工作環(huán)境條件越來越復(fù) 雜，對(duì)地震勘探技術(shù)和裝備提出了更高的要求。大道數(shù)、高采樣、小道距、高精度、小型便攜 等技術(shù)為淺層勘探所關(guān)注，國(guó)外海洋地震勘探的拖纜系統(tǒng)已發(fā)展到數(shù)字拖纜系統(tǒng)，數(shù)字拖 纜與模擬電纜相比，具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但國(guó)外海上使用的拖 纜數(shù)字采集單元、海底電纜數(shù)字采集單元均針對(duì)深層石油、地層勘探，采樣率小于4K，而且 數(shù)字采集單元過大，必須使用專用船只，絞車直徑大于兩米，給用戶帶來了極大不便。近幾 年國(guó)內(nèi)一些石油、軍工企業(yè)也在開展這方面的工作，由于目標(biāo)對(duì)象的不同，同樣存在外形尺 寸過大，采樣率低、單位時(shí)間數(shù)字傳輸速率低等問題，都不能很好地滿足淺層高分辨率多道 海上勘測(cè)施工的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種用于淺層高分辨數(shù)字拖纜的 高采樣率、小尺寸、高效率的高分辨率數(shù)字采集單元。
本實(shí)用新型包括采集模塊、數(shù)字傳輸模塊和電源模塊，其特征在于所述采 集模塊包括檢波器接口電路、模擬放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、FPGA芯片(即現(xiàn)場(chǎng)可編程門 陣列芯片)、測(cè)試信號(hào)源和D/A轉(zhuǎn)換器，其中接口電路對(duì)檢波器輸入的信號(hào)進(jìn)行輸入阻抗的 匹配，再將該信號(hào)輸入至模擬放大濾波電路以完成IOHz低切和OdB，18dB,36dB的增益變 換，經(jīng)模擬放大濾波電路增益變換的信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器完成8道高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)?FPGA芯片，該FPGA芯片對(duì)模擬放大濾波電路進(jìn)行在線自檢(IQC)和增益控制，并對(duì)A/D轉(zhuǎn) 換器進(jìn)行采樣參數(shù)控制，由FPGA芯片的IQC信號(hào)控制的測(cè)試信號(hào)源發(fā)出的測(cè)試比特流，通 過同樣由FPGA芯片控制的D/A轉(zhuǎn)換器向模擬放大濾波電路傳輸用于系統(tǒng)自檢的高精度模 擬測(cè)試信號(hào)；所述數(shù)字傳輸模塊包括兩個(gè)各自配有串并轉(zhuǎn)換器的均衡器，以及兩個(gè)各自配 有并串轉(zhuǎn)換器的線纜驅(qū)動(dòng)器，由船載系統(tǒng)下傳的控制命令通過均衡器和串并轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)?FPGA芯片，由檢波器上傳的地震數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)通過FPGA芯片處理后經(jīng)并串轉(zhuǎn)換器和線 纜驅(qū)動(dòng)器上傳；所述電源模塊包括高壓轉(zhuǎn)換模塊、CMOS開關(guān)和加電控制電路，其中高壓轉(zhuǎn) 換模塊將9-72V寬范圍電源輸入轉(zhuǎn)換成6V而為采集模塊和數(shù)字傳輸模塊提供所需電源， 加電控制電路通過控制CMOS開關(guān)和高壓轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)高分辨率數(shù)字采集單元的上 H1^ ο本實(shí)用新型主要用于淺層高分辨海上多道數(shù)字拖纜采集記錄系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)在拖 纜中全數(shù)字化傳輸，提高了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力及采集精度；由于采用高性能、微型封裝 的器件，在單板的設(shè)計(jì)及整體安裝上實(shí)現(xiàn)小型化；系統(tǒng)使用集中供電，微型化的結(jié)構(gòu)，數(shù)字采集單元可自動(dòng)識(shí)別方向等功能使其便于拆卸安裝，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性；系統(tǒng)可實(shí) 現(xiàn)在線自檢，便于及時(shí)查找問題，可完全滿足高分辨率的海上勘探和海洋地質(zhì)調(diào)查。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型數(shù)字傳輸模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型采集模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型電源模塊結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、采集模塊，2、數(shù)字傳輸模塊，3、電源模塊，4、檢波器接口電路，5、模擬放大 濾波電路，6、A/D轉(zhuǎn)換器，7、FPGA芯片(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片)，8、測(cè)試信號(hào)源，9、D/A轉(zhuǎn) 換器，10、串并轉(zhuǎn)換器，11、均衡器，12、并串轉(zhuǎn)換器，13、線纜驅(qū)動(dòng)器，14、高壓轉(zhuǎn)換模塊，15、 CMOS開關(guān)，16、加電控制電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。在深水淺層高分辨率海上地震拖纜系統(tǒng)中，8道數(shù)字包和若干段拖纜單元串聯(lián)組 成水下拖纜，主要完成對(duì)地震波信號(hào)的采集和傳輸，高分辨率數(shù)字采集單元負(fù)責(zé)將模擬的 地震波轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過一定格式的轉(zhuǎn)換和整理，然后傳遞給主機(jī)。如圖1所示，本實(shí)用新型包括采集模塊1、數(shù)字傳輸模塊2和電源模塊3，其中電源 模塊3為采集模塊1、數(shù)字傳輸模塊2提供所需的電源；采集模塊1將接收于檢波器的信號(hào) 處理后通過數(shù)字傳輸模塊2上傳；由船載系統(tǒng)下傳的控制命令通過數(shù)字傳輸模塊2發(fā)送到 采集模塊1上。如圖2所示，所述數(shù)字傳輸模塊2包括兩個(gè)各自配有串并轉(zhuǎn)換器10的均衡器11， 以及兩個(gè)各自配有并串轉(zhuǎn)換器12的線纜驅(qū)動(dòng)器13，由船載系統(tǒng)下傳的控制命令通過均衡 器11和串并轉(zhuǎn)換器10傳輸?shù)讲杉K1中的FPGA芯片7上；由檢波器上傳的地震數(shù)據(jù)和 狀態(tài)數(shù)據(jù)通過FPGA芯片7處理后經(jīng)并串轉(zhuǎn)換器12和線纜驅(qū)動(dòng)器13上傳。所述的串并轉(zhuǎn) 換器10、均衡器11、并串轉(zhuǎn)換器12和線纜驅(qū)動(dòng)器13分別是型號(hào)為SN65LV 1224B、CLC012、 SN65LV 1023A、CL0C001的市售產(chǎn)品。整個(gè)數(shù)字傳輸模塊2的下行命令通道和上行數(shù)據(jù)通 道，兩者互相獨(dú)立。如圖3所示，所述采集模塊1包括檢波器接口電路4、模擬放大濾波電路5、A/D轉(zhuǎn) 換器6、FPGA芯片7、測(cè)試信號(hào)源8和D/A轉(zhuǎn)換器9，其中接口電路4對(duì)檢波器輸入的信號(hào)進(jìn) 行輸入阻抗的匹配，再將該信號(hào)輸入至模擬放大濾波電路5以完成IOHz低切和OdB，18dB， 36dB的增益變換，經(jīng)模擬放大濾波電路5增益變換的信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器6完成8道高精度 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)紽PGA芯片7，該FPGA芯片7對(duì)模擬放大濾波電路5進(jìn)行IQC和增益控 制，并對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器6進(jìn)行采樣參數(shù)控制，由FPGA芯片7的IQC信號(hào)控制的測(cè)試信號(hào)源8 發(fā)出的測(cè)試比特流，通過同樣由FPGA芯片7控制的D/A轉(zhuǎn)換器9向模擬放大濾波電路5傳 輸用于系統(tǒng)自檢的高精度模擬測(cè)試信號(hào)。所述的A/D轉(zhuǎn)換器6、FPGA芯片7、測(cè)試信號(hào)源8、D/A轉(zhuǎn)換器9是型號(hào)分別為 CS5368、EP3C25E144C8N、CS5376 和 CS4373 的市售產(chǎn)品。[0017]如圖4所示，電源模塊3包括高壓轉(zhuǎn)換模塊14、CM0S開關(guān)15和加電控制電路16， 高壓轉(zhuǎn)換模塊14將9-72V寬范圍電源輸入轉(zhuǎn)換成6V而為采集模塊1和數(shù)字傳輸模塊2提 供所需電源，加電控制電路16通過控制CMOS開關(guān)15和高壓轉(zhuǎn)換模塊14實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)高分 辨率數(shù)字采集單元的上電。由于在拖纜中數(shù)字采集單元串聯(lián)使用，當(dāng)中間某一數(shù)字采集單元出現(xiàn)故障的時(shí)候 需要能夠關(guān)掉它和后級(jí)所有數(shù)字采集單元的電源，因此采用現(xiàn)有的逐級(jí)上電技術(shù)，本數(shù)字 采集單元對(duì)后級(jí)數(shù)字采集單元的上電通過加電控制電路16控制CMOS開關(guān)15和高壓轉(zhuǎn)換 模塊14實(shí)現(xiàn)，只要本數(shù)字采集單元收到給后級(jí)數(shù)字采集單元上電的命令，無需考慮前后方 向，直接導(dǎo)通CMOS開關(guān)15便可以使電源到達(dá)下級(jí)。高壓轉(zhuǎn)換模塊14提供寬輸入電壓轉(zhuǎn)換保護(hù)以及為采集模塊1和數(shù)字傳輸模塊2 提供所需 +5V、-5V、3. 3V、+2. 5V、-2. 5V、1. 2V 電源。
權(quán)利要求一種高分辨率數(shù)字采集單元，包括采集模塊(1)，數(shù)字傳輸模塊(2)以及電源模塊(3)，其特征在于所述采集模塊(1)包括檢波器接口電路(4)、模擬放大濾波電路(5)、A/D轉(zhuǎn)換器(6)、FPGA芯片(7)、測(cè)試信號(hào)源(8)和D/A轉(zhuǎn)換器(9)，其中接口電路(4)對(duì)檢波器輸入的信號(hào)進(jìn)行輸入阻抗匹配，再輸入至模擬放大濾波電路(5)以完成10Hz低切和0dB，18dB，36dB的增益變換，經(jīng)模擬放大濾波電路(5)增益變換的信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器(6)完成8道高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)紽PGA芯片(7)，所述FPGA芯片(7)對(duì)模擬放大濾波電路(5)進(jìn)行在線自檢和增益控制，并對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器(6)進(jìn)行采樣參數(shù)控制，由FPGA芯片(7)的在線自檢信號(hào)控制的測(cè)試信號(hào)源(8)發(fā)出的測(cè)試比特流，通過同樣由FPGA芯片(7)控制的D/A轉(zhuǎn)換器(9)向模擬放大濾波電路(5)傳輸用于系統(tǒng)自檢的高精度模擬測(cè)試信號(hào)；所述數(shù)字傳輸模塊(2)包括兩個(gè)各自配有串并轉(zhuǎn)換器(10)的均衡器(11)，以及兩個(gè)各自配有并串轉(zhuǎn)換器(12)的線纜驅(qū)動(dòng)器(13)，由船載系統(tǒng)下傳的控制命令通過均衡器(11)和串并轉(zhuǎn)換器(10)傳輸?shù)紽PGA芯片(7)，由檢波器上傳的地震數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)通過FPGA芯片(7)處理后經(jīng)并串轉(zhuǎn)換器(12)和線纜驅(qū)動(dòng)器(13)上傳；所述電源模塊(3)包括高壓轉(zhuǎn)換模塊(14)、CMOS開關(guān)(15)和加電控制電路(16)，高壓轉(zhuǎn)換模塊(14)將9 72V寬范圍電源輸入轉(zhuǎn)換成6V而為采集模塊(1)和數(shù)字傳輸模塊(2)提供所需電源，加電控制電路(16)通過控制CMOS開關(guān)(15)和高壓轉(zhuǎn)換模塊(14)實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)高分辨率數(shù)字采集單元的上電。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字采集單元，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換器(6)是型號(hào)為 CS5368的市售產(chǎn)品。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字采集單元，其特征在于所述測(cè)試信號(hào)源(8)是型號(hào)為 CS5376的市售產(chǎn)品。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字采集單元，其特征在于所述D/A轉(zhuǎn)換器(9)是型號(hào)為 CS4373的市售產(chǎn)品。
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字采集單元，其特征在于所述串并轉(zhuǎn)換器(10)是型號(hào)為 SN65LV1224B的市售產(chǎn)品。
6.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字采集單元，其特征在于所述均衡器(11)是型號(hào)為CLC012的市售產(chǎn)品。
7.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字采集單元，其特征在于所述并串轉(zhuǎn)換器(12)是型號(hào)為 SN65LV1023A的市售產(chǎn)品。
8.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字采集單元，其特征在于所述線纜驅(qū)動(dòng)器(13)是型號(hào)為 CL0C001的市售產(chǎn)品。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高分辨率數(shù)字采集單元，包括采集模塊、數(shù)字傳輸模塊和電源模塊，所述采集模塊包括檢波器接口電路、模擬放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、FPGA芯片、測(cè)試信號(hào)源、D/A轉(zhuǎn)換器；所述數(shù)字傳輸模塊包括串并轉(zhuǎn)換器、并串轉(zhuǎn)換器、線纜驅(qū)動(dòng)器和均衡器；電源模塊為采集模塊、數(shù)字傳輸模塊提供所需電源。本實(shí)用新型主要用于淺層高分辨海上多道數(shù)字拖纜采集記錄系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)在拖纜中全數(shù)字化傳輸，提高了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力及采集精度；由于采用高性能、微型封裝的器件，在單板的設(shè)計(jì)及整體安裝上實(shí)現(xiàn)小型化；系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線自檢，便于及時(shí)查找問題，可完全滿足高分辨率的海上勘探和海洋地質(zhì)調(diào)查。
文檔編號(hào)G01V1/22GK201740874SQ20102022343
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者劉保華, 王揆洋, 豆會(huì)平, 連艷紅, 雷斌 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋局第一海洋研究所