一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統的製作方法
2024-03-06 23:58:15
本發明涉及了一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統，屬於海洋地震勘探設備的技術領域。
背景技術：
海洋地震勘探拖纜是海洋地震勘探拖纜水下供電系統的重要組成部分之一，拖纜主要用於採集與傳輸地震勘探作業中的地震波信號，拖纜的長度是影響海底地層勘探深度的關鍵因素，拖纜的供電方式為高壓直流供電，由於高壓電源線上的線損和節點的功耗限制，隨著拖纜長度的增加，節點電壓在電源線上依次降低，後級節點會因為供電電壓不足導致電子學設備無法正常工作。目前國內外的主流海洋拖纜，都因為供電問題，限制了拖纜的長度，因此也影響了勘探深度。因此，海洋地震勘探拖纜水下供電系統的有效供電是亟需解決的問題。
技術實現要素：
本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統，以解決海洋地震勘探拖纜的遠距離有效供電問題，為拖纜中的各個節點的正常工作提供穩定的直流電。
本發明技術解決方案：一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統，包括：高壓直流電源、拖纜電源線、升壓裝置和數字包；
高壓直流電源，位於船上採集儀器室內，為水下拖纜提供高壓直流電；
拖纜電源線，將高壓直流電輸送到各節點；
升壓裝置，位於水下拖纜中的某些節點位置，將這些節點位置的電壓升到設定的值，保證系統中每一級節點的數字包能夠正常工作；
數字包，各節點的主要組成部分，負責採集與傳輸地震勘探作業中的人工激發地震產生的水聲信號，數字包中使用高壓轉低壓的dc-dc模塊獲取5vdc，供數字包中的採集與傳輸電路正常工作。
所述升壓裝置包括高頻變壓器、功率開關管、pwm控制端、輸出濾波電路；
功率開關管在導通的狀態下，高頻變壓器將儲存能量，負載電流由輸出濾波電路中的濾波電容提供，功率開關管斷開時，高頻變壓器將儲存的能量傳遞到負載和輸出濾波電容，以補充電容單獨提供負載電流時消耗的能量；
當外部輸入電壓變化或者負載變化時，如果佔空比d為固定的值，d＝功率開關管的導通時間/功率開關管的工作周期，則輸出電壓會隨著輸入電壓幅值的增大而升高，或負載的減輕而升高，通過輸出電壓反饋到pwm控制端來自動調節佔空比，保持輸出電壓在外界的各種幹擾條件下處於穩定的值。
本發明與現有技術相比的優點在於：
(1)以往的海洋地震勘探拖纜水下供電系統受限於電源線上的線損和節點的功耗，在纜長增加的條件下，節點的供電電壓會低於數字包中的dc-dc模塊輸入電壓下限值，結果使得海洋地震勘探拖纜水下供電系統無法正常工作；不同於以前的水下拖纜供電模式，本發明在海洋地震勘探拖纜的某幾個節點處中加入升壓裝置，升壓裝置的作用是使得節點處的低電壓上升到一個設定的值，保證拖纜上最後一級節點的供電電壓在數字包上dc-dc模塊的正常工作區間範圍內。採用升壓裝置，可以降低線損，從而降低海洋地震勘探拖纜水下供電系統的總功耗。
(2)目前國內外海洋地震勘探儀器使用的拖纜供電模式是將船上的高壓直流電源直接接入拖纜。但是由於線損等原因使得拖纜尾部節點得不到有效供電，限制了海洋地震拖纜的工作長度，進而限制了海洋地震勘探設備對海底地層勘探的深度。本發明提供了一種具有直流電壓升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統，可以實現長拖纜的有效供電。本發明市場潛力大，具有廣闊的應用前景。
附圖說明
圖1是本發明一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統等效模型示意圖；
圖2是本發明一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統結構示意圖；
圖3是海洋地震勘探拖纜水下供電系統的節點電壓與節點的關係示意圖；
圖4是升壓裝置內部原理示意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖及具體實施方式進一步說明本發明。
如圖1所示，本發明包括高壓直流電源1、拖纜電源線2、升壓裝置3和數字包4。
高壓直流電源1通過拖纜電源線2為各級數字包4提供電能，升壓裝置3處於系統的某幾個節點位置，用於將節點處的輸入電壓提高到設定的值後輸出，供後級數字包工作。
高壓直流電源，位於船上採集儀器室內，為水下拖纜提供高壓直流電；
拖纜電源線，將高壓直流電輸送到各節點；
升壓裝置，位於水下拖纜中的某些節點位置，將這些節點位置的電壓升到設定的值，保證系統中每一級節點的數字包能夠正常工作；
數字包，各節點的主要組成部分，負責採集與傳輸地震勘探作業中的人工激發地震產生的水聲信號，數字包中使用高壓轉低壓的dc-dc模塊獲取5vdc，供數字包中的採集與傳輸電路正常工作。
如圖2所示，本發明包括高壓直流電源1、數字包中dc-dc轉換模塊2、拖纜電源線3、數字包採集與傳輸電路4以及升壓裝置5。
高壓直流電源1通過拖纜電源線3為拖纜的各個節點提供電能。高壓直流電源1的輸出電壓在360v～400v之間。
海洋地震勘探拖纜水下供電系統中的數字包由dc-dc轉換模塊2和採集傳輸電路4組成，數字包中的dc-dc轉換模塊2將拖纜電源線3上的高壓直流電轉換為低壓直流電，dc-dc轉換模塊2的輸入電壓區間為200v～400v，輸出電壓為5vdc，為數字包中的採集與傳輸電路提供工作電壓。升壓裝置5本質上是低壓直流電到高壓直流電的轉換模塊，轉換模塊的標稱輸入值為120v～370v,輸出380v。升壓裝置5位於節點的某些位置，用於將節點處的電壓值升到380v。
在海洋地震勘探拖纜水下供電系統中，高壓直流電源1通過拖纜電源線為系統供電，由於海洋地震勘探拖纜水下供電系統中拖纜電源線3的線損和數字包的功率損耗，節點電壓逐級下降，在拖纜長度較短的情況下，最後一級節點的高壓值仍然在數字包中的dc-dc轉換模塊2的正常工作輸入電壓範圍內，整個海洋地震勘探拖纜水下供電系統能正常工作。隨著拖纜長度增加，也即拖纜電源線3長度增加，數字包的個數增加的條件下，拖纜電源線3中的電流會增加，導致節點電壓下降的更加劇烈，如圖3所示，曲線s1是不加升壓裝置時節點電壓隨節點數的變化關係，曲線s0上的點的電壓值為200v,曲線s2是加入兩個升壓模塊後的節點電壓隨節點的變化關係，p是升壓裝置加入的位置。在不加升壓裝置的條件下，節點電壓隨著節點數急劇下降，曲線上s1節點電壓低於s0的節點將無法正常工作。當加入兩個升壓裝置後，s2上所有節點電壓均在200v-380v之間，在數字包中dc-dc轉換模塊正常工作電壓範圍內，數字包可以正常工作。
如圖3所示，在拖纜長度增加，節點數增多的情況下，可在拖纜電源線3的某幾個節點處加入升壓裝置5，海洋地震勘探拖纜水下供電系統加入升壓裝置5後，節點處的電壓將升到380v,可使得海洋地震勘探拖纜水下供電系統中每一級節點的供電電壓在數字包dc-dc轉換模塊的輸入範圍內，保證了數字包中的電子學設備的正常工作。
如圖4所示，升壓裝置5由電壓輸入端51、電感l52、電容c53、功率開關管vt57、高頻變壓器56、二極體d511、電容c510、電感l58、負載59組成。
電感l52和電容c53組成輸入濾波電路，電容c510和電感l58組成輸出濾波電路。二極體d511的作用是輸出整流。
功率開關管vt57在導通的狀態下，高頻變壓器56將儲存能量，負載電流由輸出濾波電路中的濾波電容c510提供，功率開關管vt57斷開時，高頻變壓器56將儲存的能量傳遞到負載和輸出濾波電容c510，以補充電容單獨提供負載電流時消耗的能量；
如圖4所示，升壓裝置的工作原理為低壓直流電通過拖纜電源線輸入到電壓輸入端51，當功率開關管vt57導通時，直流電通過高頻變壓器56的初級線阻，變壓器的np55端相當於一個純電感，流過np55的電流線性上升，能量將被儲存在電感中，由於初級np55和次級ns54的極性相反，實現輸出整流作用的二極體d511截止，由輸出電容c510對外進行供電。
當功率開關管vt57截止時，電感上的電流不能突變，高頻變壓器的初級線阻兩端電壓極性反向，使得二極體d511正嚮導通，初級存儲的能量將傳遞到次級。當外部輸入電壓變化或者負載變化時，如果佔空比d為固定的值，d＝功率開關管的導通時間/功率開關管的工作周期，則輸出電壓會隨著輸入電壓幅值的增大而升高，或負載的減輕而升高，通過輸出電壓反饋到pwm控制端來自動調節佔空比，保持輸出電壓在外界的各種幹擾條件下處於穩定的值。當輸入電壓或者負載變化時，輸出電壓將通過輸出電壓反饋到pwm控制端，pwm控制端通過調整驅動方波的佔空比來實現輸出穩壓。
綜上所述，雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便於理解本發明而採用的實施方式，並非用以限定本發明，因此凡本發明的精神和原則之類所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。