郭 軍 周繼勇

(東方地球物理公司裝備事業(yè)部華北作業(yè)部 河北任丘)

ARAM.ARIES采集站加電電路分析

郭 軍 周繼勇

(東方地球物理公司裝備事業(yè)部華北作業(yè)部 河北任丘)

ARAM采集站中的加電電路不僅為采集站提供電源,還決定了數(shù)據(jù)的傳輸方向,因而是采集站諸電路單元中非常重要的一環(huán)。為此我們在這里分析了ARAM采集站的加電電路的建排過程和提供電源的控制信號,供相關(guān)人員參考。

加電;導(dǎo)航電壓;導(dǎo)航測試

0 引 言

ARIES系統(tǒng)是加拿大ARAM公司生產(chǎn)的24位有線遙測地震勘探系統(tǒng)。ARAM采集站由24 V電瓶單獨供電,它是ARIES地震采集系統(tǒng)的最基本的獨立單元。它的功能是從地震檢波器采集模擬地震數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,然后通過地震電纜將數(shù)據(jù)傳送到中央記錄單元。采集站之間、采集站與交叉站之間、采集站與中央記錄單元之間通過地震電纜連接。

ARAM采集站主要由模擬板和數(shù)字板組成。模擬板的主要功能是將地震檢波器拾取的模擬信號轉(zhuǎn)換成能存儲的數(shù)字信號,并通過計算機進(jìn)行處理。數(shù)字板主要提供電源、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、控制采集站。在數(shù)字板中,加電電路的作用非常重要,它不僅為采集站提供各種控制信號,還為各部分電路提供所需的電壓,同時它以導(dǎo)航電壓決定采集站的傳輸方向,是ARIES系統(tǒng)在野外建排列的重要電路。

1 采集站加電電路概述

1.1 采集站加電方向分析

采集站允許數(shù)據(jù)在任意兩個方向傳輸,傳輸方向由通過交叉線與采集站相連的導(dǎo)航電壓決定。如圖1所示。

圖1 采集站加電方向示意圖

左加電和右加電原理一樣,我們以左加電為例。當(dāng)24V電瓶連接至采集站后,儀器車(主機)向排列方向發(fā)送17V導(dǎo)航電壓,經(jīng)過交叉線和大線后,傳到第一個RAM導(dǎo)航電壓大約衰減到11.7 V。RAM#1接收到11.7 V導(dǎo)航電壓后,它在“ON”信號的控制下,打開它自己的電源,同時還產(chǎn)生它自己的導(dǎo)航電壓13 V,經(jīng)過大線后衰減至8.3 V。RAM#2接收到8.3 V導(dǎo)航電壓后,將重復(fù)RAM#1的過程。

1.2 采集站加電電路原理[1]

由采集站的加電方向分析,以RAM#1左輸入為例,我們知道輸入的導(dǎo)航電壓為11.7 V,輸出的導(dǎo)航電壓為8.3 V。ARAM采集站有兩個數(shù)據(jù)傳輸對,分別是TX1和TX2,對應(yīng)的采集站接口的管腳分別是G/ H和R/S。導(dǎo)航電壓都是通過TX1(G/H)和TX2(R/ S)來傳送的。TX1和TX2的電路是一樣的。采集站的加電電路主要分四部分:電源控制部分、加電控制部分、TX1和TX2部分。采集站加電電路原理圖如圖2所示。

圖2中,當(dāng)24 V電瓶連接到采集站后,主機發(fā)送的17 V導(dǎo)航電壓,經(jīng)過交叉線和大線后到達(dá)采集站接口的G/H或R/S,電壓大約為11.7 V。導(dǎo)航電壓是通過TX1和TX2通訊線來傳輸?shù)摹Ｈ绻麑?dǎo)航電壓加到TX1(G/H)上,采集站的加電電路的HL-T1和 G LT1端電壓是大約11.7 V,TX1左導(dǎo)航檢測電路檢測到11 V導(dǎo)航電壓后,它的輸出端LI-T1將變?yōu)? V的高電平。如果導(dǎo)航電壓加到R/S上,采集站的加電電路的SL-T2和RL-T2兩端電壓是11.7 V,TX2左導(dǎo)航檢測電路檢測到11 V導(dǎo)航電壓后,它的輸出端LIT2將變?yōu)? V的高電平。加電控制器CPLD(U27)一旦檢測到LI-T1和LI-T2有一個是高電平,它將發(fā)送一個4V左右的“ON”信號到電源控制電路,打開RAM的電源。同時U27 CPLD在它的CTRL-R-T1和CTRL-R-T2兩端輸出5 V的高電平,打開導(dǎo)航電壓發(fā)生器,導(dǎo)航電壓發(fā)生器將產(chǎn)生采集站自己大約13 V的導(dǎo)航電壓,輸送到導(dǎo)航電壓發(fā)生器的輸出端V15R -T1或V15R-T2,13 V的導(dǎo)航電壓通過TX1右導(dǎo)航檢測電路的輸出端或TX2右導(dǎo)航檢測電路的輸出端送到下一個RAM,13 V的導(dǎo)航電壓經(jīng)過大線的衰減,到達(dá)下一個RAM的導(dǎo)航電壓大約為8.3 V。

圖2 采集站加電原理圖

2 采集站單元電路分析

2.1 采集站加電電路的分析

從TX1和TX2的信號變化來看,它們的電路完全一樣,在這里我們結(jié)合圖2采集站加電原理圖,重點分析TX1的電路部分和電源供應(yīng)的控制電路。由圖2可知TX1電路部分可分為TX1左導(dǎo)航檢測電路、CPLD、導(dǎo)航電壓發(fā)生器、TX1右拾取檢測電路。因為采集站的傳輸是雙向性的,它可以是左右輸入的加電方式,所以TX1左導(dǎo)航檢測電路和TX1右導(dǎo)航檢測電路是一樣的。

2.2 左導(dǎo)航檢測電路[3]

圖3 左導(dǎo)航檢測電路

如圖3所示,該部分電路分別對應(yīng)圖2采集站加電原理圖的TX1左導(dǎo)航檢測電路。電路主要以雙向光電耦合器和反向門組成。當(dāng)11.7 V導(dǎo)航電壓加到TX1左導(dǎo)航檢測電路的HL-T1和G L-T1兩端時, U38雙向光電耦合器導(dǎo)通,U39反向門的輸出端LIT1為5V的高電平。

2.3 電源控制器CPLD

U27電源控制器是廠家專門設(shè)計生產(chǎn)的PLD可編程邏輯控制器,它的各管腳的定義如圖4所示。由圖4可知左導(dǎo)航檢測電路的LI-T1和LI-T2分別與U27的腳9和腳6相連。U27在加電電路的主要作用是:當(dāng)U27一旦檢測到LI-T1和LI-T2中有一個是高電平時,U27的腳20將會向電源供電電路發(fā)送4 V的“ON”控制信號。同時在U27的腳39 CTRL-R-T1或腳19 CTRL-R-T2輸出5V的高電平,去控制導(dǎo)航電壓發(fā)生器。

圖4 電源控制器CPLD

2.4 電源控制電路[2、3]

圖5 電源控制信號電路圖

在RAM接上2 4 V電瓶后 ,如圖5所示。BATTERY端接的是24 V電瓶,BATTGND端是電瓶的接地端,Q5是一個普通的開關(guān)放大器,當(dāng)輸入為100 mA時,它作為開關(guān)使用。當(dāng)輸入端輸入為100 MHz信號時,它作放大器使用。Q3是一個集成了P結(jié)型場效應(yīng)管和穩(wěn)壓管的電流整流器。當(dāng)U27產(chǎn)生的“ON”高電平信號傳送到Q5的基極,Q5導(dǎo)通,這時Q3的柵極電壓大約是9 V,Q3的源極和漏極有電流通過,D8是一個36V的穩(wěn)壓二極管,在該電路中相當(dāng)一個大電阻,因此POWER端電壓大約是24 V。此信號提供模擬板電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生12 V和5 V電壓,用于控制生成±VP電壓,給模擬板各通路和LDO提供電壓。同時POWER信號經(jīng)過數(shù)字板產(chǎn)生±15 V電壓,為左右數(shù)字通訊電路提供電壓,控制產(chǎn)生VCS(5 V)、VCC(5 V)和VDS(15 V)電壓。

2.5 導(dǎo)航電壓發(fā)生器[2、3]

如圖6所示,該電路圖可分為CRTL-R-T1控制電路和CRTL-R-T2控制電路,它們是完全一樣的。我們以CRTL-R-T1控制電路為例。

圖6 導(dǎo)航電壓發(fā)生器

U27發(fā)送的CRTL-R-T1 5 V高電平傳送到導(dǎo)航電壓發(fā)生器后,它和CLK400 kHz的脈沖信號相“與”,得到一個5 V的400 kHz脈沖信號,該信號再通過一個“非”門,得到一個和原先5 V的400 kHz脈沖信號相位差為180°、5 V的400 kHz脈沖信號,該信號在 C125和T5組成的回路中,對 C125進(jìn)行充電/放電,得到一個±2.25 V的交流信號,這個交流信號輸入到T5的腳14和腳12。T5集成了兩組完全一樣的變壓器,電壓交換比為1:2,同名端為腳14和腳1、腳10和腳5。在T5的腳1和腳3之間輸出一個相位和±2.25 V的交流信號一樣的±5 V的交流信號。電感B8和B7在這里阻隔交流。電感和T5之間的電路,其實是一個調(diào)壓電路。當(dāng)T5輸出的是正交流電時,該電路給C109和 C124充電。當(dāng)T5輸出的是負(fù)交流電時,該電路給C108充電,同時 C109放電。C108和 C124兩端的電壓大約有13 V。由電路圖可知V15R-T1和GR-T1之間的電壓大約也是13 V。

TX1左導(dǎo)航檢測電路和TX1右導(dǎo)航檢測電路是一樣的,這里不再贅述。

3 結(jié) 論

本文重點分析了ARAM.ARIES采集系統(tǒng)從儀器主機到采集站的加電過程,介紹了導(dǎo)航電壓在各個時期的變化及加電電路產(chǎn)生的控制信號,同時也介紹了采集系統(tǒng)是怎樣確定傳輸方向。對于理解采集系統(tǒng)如何建排有非常重要的意義,也有利于設(shè)備維修人員對ARAM采集站的故障分析和維修。

[1] 儀器技術(shù)從書編寫組.ARAM.ARIES遙測地震儀操作、原理與維修 (上、下冊).東方地球物理公司,2008(資料)

[2] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分第三版)[M].北京:高等教育出版社,1987

[3] 羅炎林.數(shù)字電路[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997

Guo Jun and Zhou Jiyong.Analyses on power-up of ARAM.ARIES.PI,2010,24(2):34～36

Power-up in RAM not only powers up the RAM,but also decides the direction of data transmitting.The fault power up of RAM will result in main problems in the future.The power-up of RAM arrayed process and the control signal of power up are analyzed in this paper.

power-up;pilot voltage;pilot detect

P631.4+32

B

1004-9134(2010)02-0034-03

郭 軍,男,1976年出生,助理工程師。2001年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院電信系儀器及測量技術(shù)專業(yè),現(xiàn)在東方地球物理公司裝備事業(yè)部華北作業(yè)部從事儀器維修工作。郵編:062552

2009-07-31 編輯:劉雅銘)