代偉明，黃 棟，陳 實(shí) 沈金梅，成 云 （江蘇石油勘探局地球物理勘探處，江蘇 揚(yáng)州225007）

BOOM BOX遙爆系統(tǒng)電路分析

代偉明，黃 棟，陳 實(shí) 沈金梅，成 云 （江蘇石油勘探局地球物理勘探處，江蘇 揚(yáng)州225007）

BOOM BOX遙爆系統(tǒng)是新一代數(shù)字式遙爆系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能較強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各種地震勘探儀器系統(tǒng)中。對(duì)該系統(tǒng)電路進(jìn)行了較為詳盡的分析，有助于進(jìn)一步解決其在生產(chǎn)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，為野外生產(chǎn)提供技術(shù)保障打下了良好的基礎(chǔ)。

BOOM BOX遙爆系統(tǒng)；電路；分析

BOOM BOX系統(tǒng)［1］是美國(guó)Seismic Source公司生產(chǎn)的最新一代的地震遙爆系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備中繼功能，可有效解決地震儀器在山區(qū)、沙漠等地形復(fù)雜地區(qū)實(shí)現(xiàn)無(wú)線放炮的問(wèn)題。該系統(tǒng)是新一代數(shù)字式遙爆系統(tǒng)，兼容SHOT PRO、PELTON先進(jìn)Ⅱ、先進(jìn)Ⅲ等系列爆炸機(jī)，同時(shí)提供數(shù)字和模擬的驗(yàn)證TB（時(shí)斷）、井口時(shí)間信號(hào)，可以兼容現(xiàn)有各種地震勘探儀器系統(tǒng)。目前江蘇石油勘探局地球物理勘探處引進(jìn)的8套428XL儀器，全部采用了BOOM BOX作為配套的遙爆系統(tǒng)。

由于該系統(tǒng)采用了最新的電子技術(shù)，電路設(shè)計(jì)非常緊湊，整個(gè)編/譯碼器只有一塊主板，且編碼器、譯碼器、重發(fā)器在硬件上完全一致，沒(méi)有任何區(qū)別。

BOOM BOX廠家出于專利技術(shù)保密原因，僅提供一本簡(jiǎn)單的使用手冊(cè)和幾張技術(shù)資料圖紙［2］。且廠家僅提供一年的有限保修，修理地點(diǎn)設(shè)在美國(guó)總部。因此，對(duì)BOOM BOX電路進(jìn)行細(xì)致的分析研究，有助于提高設(shè)備使用效率，為地震勘探生產(chǎn)提供更好的技術(shù)保障。

1 BOOM BOX電路原理及基本電路分析

1.1 BOOM BOX電路基本原理

BOOM BOX電路原理如圖1所示。該電路主要由具有精簡(jiǎn)指令集的CPU中央處理單元組成。其核心是微處理芯片SH7065，該芯片將一個(gè)32位RISC CPU和 一個(gè)16位整數(shù)型DSP單元組合成一個(gè)芯核。SH7065集成有容量為256kB的片上閃存。其外圍主要包含時(shí)鐘電路、TB產(chǎn)生電路、高壓電路、CTB（驗(yàn)證時(shí)斷）產(chǎn)生電路、接口電路、井口測(cè)試及拾取電路、雷管測(cè)試及拾取電路。

1.2 BOOM BOX基本電路分析

1.2.1 BOOM BOX電源部分電路分析

BOOM BOX電源電路［3］如圖2所示。來(lái)自電瓶的12V電源經(jīng)過(guò)F1、D9（1N4004）得到＋12VF電壓，該電壓連接到S1（S5－S400）的輸入端，用于產(chǎn)生400V高壓。PS1（ASD10）為5V供電電源模塊，用于產(chǎn)生＋5VD電源電壓。WAKE＿UP喚醒信號(hào)經(jīng)T3控制PS1的輸出。＋5VD電源分別經(jīng)PS2（DUP75－05S12）、PS3 （DUP75－05S05）、PS4 （DUP75－05S05）產(chǎn)生5VISO、＋5VA和－5VA電源電壓，其中5VISO用于高壓電路，±5VA用于模擬電路。IC38（LT1585）將＋5VD電壓轉(zhuǎn)換成3.3VD電壓，IC39（REF196）將＋5VA電源電壓轉(zhuǎn)換成Vref參考電壓，IC40（LM334）則用于將＋5VA電壓轉(zhuǎn)換成1mA參考電流信號(hào) （CURR＿REG）。

圖1 BOOM BOX電路原理圖

圖2 BOOM BOX電源電路示意圖

1.2.2 BOOM BOX TB信號(hào)電路分析

在408UL/428XL儀器主機(jī)控制遙爆系統(tǒng)的狀態(tài)下，儀器主機(jī)的編碼器接口 （blaster）的T、R腳分別接到BOOM BOX的J1M1插座第10、11引腳，信號(hào)名稱分別為ISO＿START＿ACT和ISO＿START＿RET，如圖3所示。

圖3 BOOM BOX TB、CTB及高壓電路示意圖

其中，IC13（6N137）是單通道的高速光耦合器［4］。由于輸出端7腳懸空，則其輸出端剛好與輸入端信號(hào)相反。當(dāng)儀器發(fā)出點(diǎn)火 （GO）指令，輸出高電平，則產(chǎn)生REM＿STRT信號(hào)，低電平有效，輸入CPU的145腳。經(jīng)過(guò)指定的同步延遲后，CPU產(chǎn)生TB＿TTL信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)74VHC04非門兩次變換，得到非隔離的TB信號(hào) （NISO＿TB＿ACT）。該信號(hào)連接到BOOM BOX的J1M1插座第16引腳，輸出TB＿TTL＿ACTIVE信號(hào)，分成兩路，一路直接接到儀器編碼器接口的K腳，用于啟動(dòng)儀器采集數(shù)據(jù)，另一路經(jīng)過(guò)衰減網(wǎng)絡(luò)接到儀器的第一個(gè)輔助道，通過(guò)FDU采集到模擬的TB信號(hào)。

1.2.3 BOOM BOX CTB信號(hào)電路分析

必須指出，在BOOM BOX電路中標(biāo)識(shí)的CTB信號(hào)，實(shí)際為通常所說(shuō)的驗(yàn)證TB。該電路如圖3所示。

編碼器接收到儀器的點(diǎn)火指令后，發(fā)送TB信號(hào)給儀器主機(jī)的同時(shí)，發(fā)送給譯碼器。譯碼器解編、啟動(dòng)點(diǎn)火序列，通過(guò)譯碼器CPU的139腳發(fā)出TB＿TTL信號(hào)，送到IC32B（74HVC04），反相后送到IC33（TLP557）光電耦合器［5］輸入端，控制 Q1使高壓電路接通，大電流經(jīng)過(guò)取樣電阻RT21（0.47Ω），產(chǎn)生的電壓經(jīng)阻容網(wǎng)絡(luò) （RT16、C83）送到IC31（HCPL0201）光電邏輯門，經(jīng)IC41反相兩次，得到CTB信號(hào)。該信號(hào)最后送到CPU的73腳。點(diǎn)火序列結(jié)束，該信號(hào)與井口信號(hào)一起以無(wú)線方式發(fā)送到編碼器，經(jīng)J1M1插座第35引腳連接到衰減網(wǎng)絡(luò)，輸入儀器的第二個(gè)輔助道，通過(guò)FDU采集到模擬的驗(yàn)證TB信號(hào)。

1.2.4 BOOM BOX井口信號(hào)電路分析

井口信號(hào)電路如圖4所示。來(lái)自野外井口的井口檢波器通過(guò)PTOBE 12－10S－SR插座的D、F腳分別連接到兩個(gè)2A的保險(xiǎn)電阻，再接入U(xiǎn)phole＋、Uphole－，經(jīng)過(guò)差分輸入網(wǎng)絡(luò)連接到IC30（LT1167）。IC30是一個(gè)高精度差分輸入轉(zhuǎn)為單端輸入的信號(hào)放大器［6］。輸出的單端信號(hào)經(jīng)IC29（LTC1563）高精度低通濾波器濾波，得到GEOPH＿IN信號(hào)。該信號(hào)最終輸入CPU的151腳。

圖4 井口信號(hào)及雷管測(cè)試電路示意圖

在譯碼器端測(cè)試井口阻值時(shí)，CPU分別發(fā)出CurrUphole和GeoGnd指令，經(jīng)電控開(kāi)關(guān)IC22（ADG711）使得1mA參考電流與Uphole＋導(dǎo)通，Uphole－與地導(dǎo)通，將參考電流加到井口檢波器，經(jīng)CPU換算得到井口阻值。

放炮序列結(jié)束，譯碼器采集到井口檢波器的信號(hào)、編碼，通過(guò)無(wú)線電臺(tái)與驗(yàn)證TB信號(hào)一起發(fā)送至編碼器。編碼器解編后，得到 Mic＿Uphole信號(hào)，該信號(hào)在UpholeEnb信號(hào)控制下，經(jīng)IC23（LM6142A）軌對(duì)軌高精度高速運(yùn)算放大器［7］放大后發(fā)送到編碼器J1M1插座第30引腳，再經(jīng)衰減網(wǎng)絡(luò)輸入儀器的第三個(gè)輔助道，通過(guò)FDU采集到模擬的井口信號(hào)。

1.2.5 BOOM BOX高壓及雷管測(cè)試電路分析

BOOM BOX譯碼器的高壓電路如圖3所示。充電時(shí)，CPU的4腳發(fā)出CHARGE＿EN指令，該指令一路用于打開(kāi)TN1（NDT451N），使S1的輸入端負(fù)極接地，＋12VF電壓加到S1輸入端，400高壓輸出開(kāi)始給C75（100μF，450V）充電；另一路經(jīng)IC32反相，輸入IC28，控制RT14（20K）與高壓地?cái)嚅_(kāi)。接收到編碼器發(fā)來(lái)的點(diǎn)火指令，發(fā)出TB＿TTL指令，控制Q1的導(dǎo)通，使400V高壓經(jīng)雷管兩端 （J8）和RT21與高壓地構(gòu)成回路，起爆雷管。

雷管測(cè)試電路示意圖如圖4所示。當(dāng)譯碼器進(jìn)行雷管測(cè)試時(shí)，雷管通過(guò)ARM轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接入到R81，該信號(hào)同時(shí)通過(guò)CapCurrEnb信號(hào)控制，經(jīng)IC22與1mA參考信號(hào) （CURR＿REG）接通，輸入到IC27（AD824）高精度前置放大器，經(jīng)阻容網(wǎng)絡(luò)連接到CPU的157腳。

1.2.6 BOOM BOX HV＿READY信號(hào)產(chǎn)生電路分析

HV＿READY信號(hào)產(chǎn)生電路如圖3所示。沒(méi)有充電時(shí)，HV高壓信號(hào)經(jīng)RT14（20K）接高壓地（HVGND），IC37的2腳電壓低于3腳電壓，那么其輸出端7腳的輸出為零。此時(shí)，IC38輸出高電平，相應(yīng)地，IC41的6腳輸出為低電平，沒(méi)有HV＿READY信號(hào)輸出。一旦譯碼器充電，IC37的2腳電壓高于3腳電壓，輸出端電壓翻轉(zhuǎn)，IC36的輸出截止，相應(yīng)地IC41輸出為高電平，從而產(chǎn)生HV＿READY信號(hào)。

2 結(jié) 語(yǔ)

BOOM BOX作為新一代的數(shù)字型遙爆系統(tǒng)，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)逐步替代了傳統(tǒng)的遙爆系統(tǒng)。深入了解其電路各部分原理、參數(shù)和功能，有助于進(jìn)一步解決其在生產(chǎn)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，為野外生產(chǎn)提供技術(shù)保障打下良好的基礎(chǔ)。

［1］Seismic Source公司.BOOM BOX Dynamite Controller User＇s Manual［電子文獻(xiàn)］.http：//www.seismicsource.com，2009.

［2］Seismic Source公司.BOOM BOX Manual Appendix Drawings ［電子文獻(xiàn)］.http：//www.seismicsource.com，2004.

［3］Seismic Source公司.BOOM BOX Schematics 103 ［電子文獻(xiàn)］.http：//www.seismicsource.com，2003.

［4］FAIRCHILD SEMICONDUCTOR公司.6N137HIGH SPEED－10MBit/s LOGIC GATE OPTOCOUPLERS ［電子文獻(xiàn)］.http：//www.fairchildsemi.com，2005.

［5］TOSHIBA 公司.TLP557SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA ［電子文獻(xiàn)］.http：//www.icpdf.com，1996－4－8.

［6］LINEAR TECHNOLOGY公司.LT1167Single Resistor Gain Programmable，Precision Instrumentation Amplifier［電子文獻(xiàn)］.http：//www.linear－tech.com，1998.

［7］National Semiconductor公司.LM6142Dual High Speed/Low Power 17MHz Rail－to－Rail Input－Output Operational Amplifiers ［電子文獻(xiàn)］.http：//www.national.com，1999.

Circuit Analysis of Boom Box Synchronic Controller System

DAI Wei－ming，HUANG Dong，CHEN Shi，SHEN Jing－mei，CHENG Yun（Author's Address：Department of Geophysical Prospecting of JOECO，Yangzhou225007，Jiangsu，China）

Boom Box system was the latest digital controller which was used to synchronize and control dynamite operation on seismic recording tools.It was a powerful system widely used in many types of seismic instruments.The design techniques of the Boom Box system was analyzed in detail，it was beneficial for solving the problems in production，it provides technical a basis for field production.

Boom Box controller；circuit；analysis

P631.44

A

1000－9752（2011）06－0204－05

2011－03－14

代偉明 （1972－），男，1993年江漢石油學(xué)院畢業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事地震勘探儀器現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持與管理工作。

［編輯］ 龍 舟