宮兆媛，陳治慶，趙 忠

(中石化地球物理公司勝利分公司 山東 東營 257000)

0 引 言

采集設備的升級換代一直以降低功耗提高性能為發(fā)展方向，功耗是電子產(chǎn)品性能的重要指標。在SERCEL技術手冊中，給出了428XL系列采集站、電源站、交叉站在不同傳輸速率下的理論功耗值，然而通過測試隨機選取合格站體的功率，發(fā)現(xiàn)實測值與理論值不相同。另外，在實際使用中采集設備存在睡眠、喚醒、工作等不同狀態(tài)，因此對428XL系列采集設備在各種狀態(tài)下的實際功耗進行了測試。

1 采集設備功耗值簡介

1.1 理論值

428XL系列地面設備主要包括LAUX-428、LAUL-428、FDU-428和DSU3-428等，表1為其理論功耗值[1]261。

表1 428XL系列采集設備理論功耗值

從表1中可以看出，不同類型設備的功耗不同；同類型設備的功耗與傳輸速率有關，傳輸速率大則功率越大。另外，交叉站、電源站和采集站不同，有運行和待機兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)下的功耗值差別很大。

1.2 實驗測量值

分別隨機抽取50個指標合格的FDU-428、10個LAUX-428和LAUL-428，在室溫20 ℃時，用TMS428V4.0測試系統(tǒng)測試其功耗值。表2為FDU-428在傳輸速率為8 Mbps和16 Mbps時的功耗實測值，由數(shù)據(jù)可知，傳輸速率大時，功耗也會大；表3為LAUX-428在運行時各個端口的功耗實測值,由數(shù)據(jù)可知，4個端口的功耗值差不多；表4為LAUL-428在運行時兩個端口的功耗實測值，由數(shù)據(jù)可知，這兩個端口的功耗值差不多。以上所測值均與理論值有差距(表中選取部分測量數(shù)據(jù))。

表2 FDU-428實測功耗值 mW

表3 LAUX-428實測功耗值 W

表4 LAUL-428實測功耗值 W

2 不同因素對功耗的影響

2.1 溫度對功耗的影響

溫度是影響電子產(chǎn)品性能的最重要因素，主要通過影響電源中的電容和半導體元器件，進而影響到電源的性能，甚至使用壽命。溫度對AC/DC電路部分影響較大[2]，是因為AC/DC電路大量使用鋁電解電容；溫度對DC/DC電路部分影響不大，是因為DC/DC電路都大量使用鉭電容、瓷片電容等。在交叉站(LAUX)和電源站(LAUL)的電源部分，存在AC/DC和DC/DC轉換電路，在FDU的電源部分只有DC/DC轉換電路[3]76。為了確定溫度對采集設備功耗究的影響程度，進行了實驗1。

實驗1方法：

1)高溫對功耗的影響。將采集設備放入自動控溫箱體，恒溫65 ℃，2.5 h后用TMS測試臺進行功耗測試。

2)低溫對功耗的影響。將采集設備放入冰箱的冷凍層，恒溫-20 ℃，7 h后用TMS測試臺進行功耗測試。

實驗1抽取部分實驗數(shù)據(jù)，見表5。

表5 采集設備在不同溫度下的功耗值

實驗1結論：

1)采集設備的功耗隨溫度升高而增大，在60 ℃時功耗的增幅排序是LAUX〉LAUL〉FDU，因此溫度升高對交叉站功耗的影響最大。

2)采集設備的功耗隨溫度降低而降低，在-20 ℃時功耗的降幅排序是LAUL〉LAUX〉FDU，因此溫度降低對電源站功耗的影響最大。

2.2 運行狀態(tài)對功耗的影響

交叉站和電源站有三種運行狀態(tài)[3]196，即睡眠模式(加電待機)、喚醒模式(被主機識別)、工作模式(測試不同指標，模擬放炮采集)；采集站只有工作模式。為確定在不同運行狀態(tài)下的功耗值的差別，進行了實驗2。

實驗2方法：儀器主機連接不同型號采集鏈，用穩(wěn)壓電源提供12.7V輸入電壓，采用兩臺福祿克F8846六位半高精度多用表同時觸發(fā)，分別記錄在不同運行狀態(tài)時的電壓和電流值來計算功率值。

為了保證兩臺數(shù)字多用表同時觸發(fā)記錄數(shù)據(jù)，對其參數(shù)進行如下設置：

1)測量起始條件[4]：選擇外部觸發(fā)，數(shù)字多用表后面板的TRIG I/O插座被用來連接外部觸發(fā)信號，當每次在外部觸發(fā)連接器上檢測到低有效的脈沖，數(shù)字多用表即開始測量。

2)測量結束條件[4]：設定相同的采樣數(shù)，一旦達到采樣數(shù)，測量就結束，因為儀器主機模擬放炮采集記錄長度為8s，為了采集到的數(shù)據(jù)有效可用，設定了15個采樣數(shù)。

3)數(shù)據(jù)存儲[4]：采用外部存儲器，即U盤存儲的方式，外部存儲器通過多用表前面板的USB端口進行連接，將測量所得數(shù)據(jù)實時記錄在U盤中，數(shù)據(jù)以逗號分隔 (CSV) 格式保存在 U盤中。

實驗2選取部分實驗數(shù)據(jù)，見表6。

表6 采集設備在不同運行狀態(tài)下的功耗值

實驗2結論：

1)采集設備在不同運行狀態(tài)下的功耗值是不相同的，F(xiàn)DU在畸變測試時其功耗值最大，DSU3在重力測試時其功耗值最大。

2)交叉站(LAUX)和電源站(LAUL)在睡眠和喚醒模式下功耗差別很大，交叉站在喚醒模式下，它的空載無功功率約為滿載時的1/7，因此交叉站在不使用時應將其轉為睡眠模式。

2.3 全數(shù)字采集單元三分量采集與其中一個分量采集時功耗的差異

DSU3全數(shù)字采集單元可對水平X、Y和垂直Z共3個分量實現(xiàn)采集工作，那么，當僅需要對其中一個分量進行數(shù)據(jù)采集時，采集單元的功耗是多少呢？通過實驗3確定DSU3三分量采集與其中一個分量采集時的功耗關系。

實驗3方法：

儀器主機連接采集鏈，用穩(wěn)壓電源提供12.7 V輸入電壓，采用兩臺數(shù)字多用表同時觸發(fā)，通過儀器設置分別記錄模擬放炮時單分量和三分量在不同傳輸速率下采集的電壓和電流值(儀表設置方法同實驗2)。

實驗3選取部分實驗數(shù)據(jù)，見表7。

實驗3結論：通過對DSU3模擬放炮時三分量采集與單分量采集功率對比得知，兩種速率下的功率值基本一致。這說明雖然在儀器設置中只保留了單分量的數(shù)據(jù)，但是DSU3的3個分量都在工作。DSU3三分量采集時功耗值等于單分量采集時的功耗值。

2.4 其他因素

影響功耗的因素還有很多方面，除了以上分析的三個方面外，采集站、傳輸電纜的老化，電瓶電壓的過高或過低等，都會增加整個系統(tǒng)的功耗。

3 實際應用

3.1 應用1

428XL系列采集設備能夠正常工作的溫度范圍是-40 ℃～+70 ℃。在某些高溫特別沙漠地區(qū)，日間地表溫度可達到70 ℃，這個溫度雖然對采集設備構不成損害，但是卻出現(xiàn)白天排列不通，到晚上溫度下降后才能正常施工的情況。

表7 DSU3在模擬放炮時三分量和單分量的電壓、電流及功率值

這正是因為采集設備受溫度影響而導致功耗增加造成的。由實驗1可知，溫度升高對交叉站功耗影響最大，功耗過大會增加耗電量，發(fā)熱量增多，溫度上升，加大散熱和供電的負擔，電源供電不足會死機，甚至無法正常工作，因此在高溫情況下應對采集設備，尤其是交叉站采取降溫措施，例如加蓋遮陽物等，或是減少兩電源站間采集鏈的數(shù)量以降低功耗。

3.2 應用2

為了方便這部分的計算和說明，假設某開發(fā)地震項目使用全數(shù)字單分量采集，采用以下的施工因素[5]：428儀器主機，采用24L12S400T觀測系統(tǒng)，單炮接收總記錄道數(shù)最大達到9600道，采樣率為1ms，記錄長度為8s。地面設備是DSU3-428和DSU1-428聯(lián)合使用，16個排列的DSU3-428，8個排列的DSU1-428。

根據(jù)總記錄道數(shù)9600道，LCI最大實時采集能力可達到每毫秒5 000道[1]265來計算，此工區(qū)使用2個LCI并行管理即可，但是在放炮采集時，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)丟失，不能建排放炮采集等現(xiàn)象。

究其原因，涉及到實際功耗值和數(shù)據(jù)量的問題。由實驗3得知，雖然要求只記錄單分量數(shù)據(jù)，但是3個分量都進行了采集，并進行了數(shù)據(jù)的傳輸，在儀器主機內(nèi)通過儀器參數(shù)設置，把其他兩個分量道數(shù)據(jù)作了不記錄處理。也就是說，雖然記錄道數(shù)只有9 600道(16×400+8×400)，但是實際接收道數(shù)卻是22 400道(16×400×3+8×40)，因此需要6個LCI并行管理。另外，排列中的電源站、電瓶等的數(shù)量也都應該按照DSU3的標準去配置。

4 結 論

1)采集設備的功耗隨溫度升高而增大，在60 ℃時功耗的增幅排序是LAUX>LAUL>FDU，因此溫度升高對交叉站功耗的影響最大。

2)采集設備的功耗隨溫度降低而降低，在-20 ℃時功耗的降幅排序是LAUL>LAUX>FDU，因此溫度降低對電源站功耗的影響最大。

3)采集設備在不同運行狀態(tài)下的功耗值是不相同的，F(xiàn)DU在畸變測試時其功耗值是最大的，DSU3在重力測試時其功耗值是最大的。

4)交叉站(LAUX)和電源站(LAUL)在睡眠和喚醒模式下功耗差別很大，交叉站在喚醒模式下，它的空載無功功率約為滿載時的1/7，因此交叉站在不使用時應將其轉為睡眠模式。

5)DSU3全數(shù)字采集單元在8 M和16 M速率下的功率值基本一致。

6)DSU3三分量采集時功耗值等于單分量采集時的功耗值。