適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法
2023-10-06 07:48:49
專利名稱：適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法
技術領域：
本發明涉及地震數據採集和傳輸系統，具體是一種適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法。
背景技術：
對於大型陸上地震勘探系統，功耗是一個重要問題，既直接決定了系統可連續工作的時間，也部分決定了系統需要採用的供電方式。作為陸上地震勘探系統中數量最多的採集站，其功耗水平決定了整個勘探系統的功耗水平。目前國內外最為先進的陸上地震勘探儀器中的數據採集系統為法國Sercel公司的428系列陸上地震數據採集系統，中石油 ES109萬道陸上地震儀系統等。法國Sercel公司在陸上地震儀器研製方面積累了多年經驗，其最新推出的428系列，在其408的基礎上改進後功能更加強大，採集板功耗也更低。以其LAUX-428地面系統為例，採集站採用15VDC電池供電，額定功耗為6. 7W，由於沒有公開其電源工作方式的技術細節，所以無從知道其是否採用了某種低功耗模式以及如何實現。中石油ES109萬道陸上地震採集系統採用半集中式供電方式，幾個採集站共享一個電源站。距離電源站較遠的採集站通過電源線進行傳輸。類似的，由於電源線的損耗，電源站也是產生高壓向採集站供電。由於沒有公開其電源工作方式，所以無法知道其是否採用了某種低功耗模式。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法，在採集站不進行採集時(即處於空閒狀態)，對採集單元的模擬電路停止供電，大大降低採集站的功耗，進而降低整個地震勘探系統的功耗，對增加系統電源壽命和系統待機時間，提高野外施工效率具有十分重要的實用價值。本發明的技術方案為
適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法，所述的地球物理勘探數據採集站包括有相互連接的現場可編程門陣列和模擬電路單元，連接於現場可編程門陣列上的接口單元，與模擬電路單元連接的模擬電源，以及分別與現場可編程門陣列和接口單元連接的數字電源模塊；接口單元包括命令通道接口單元和數據通道接口單元；所述的模擬電源與現場可編程門陣列連接；所述的自適應性低功耗方法具體包括以下步驟
(1)、採集站上電後，首先現場可編程門陣列依次進行初始化和自檢測試操作，然後現場可編程門陣列等待用戶命令，並執行命令；
(2)、現場可編程門陣列檢測採集站當前工作模式，當現場可編程門陣列檢測到採集站處於空閒模式，則啟動現場可編程門陣列的低功耗計數模塊，進入低功耗工作模式的計時，當低功耗計數模塊達到計數閾值後，現場可編程門陣列控制模擬電源關閉，模擬電源停止對模擬電路單元供電，模擬電路單元即停止採集工作，整個採集站進入到低功耗工作模式。所述的現場可編程門陣列的低功耗計數模塊在計數過程中，現場可編程門陣列接收到新的用戶命令設置採集站脫離空閒模式，現場可編程門陣列的低功耗計數模塊即停止計數並進行復位，同時現場可編程門陣列重新進入正常工作模式。所述的整個採集站進入到低功耗工作模式後，現場可編程門陣列檢測到新的用戶命令設置採集站脫離空閒模式，然後現場可編程門陣列控制模擬電源打開，模擬電路單元恢復供電，整個採集器進入到正常工作模式。所述的步驟2中當低功耗計數模塊達到計數閾值後，低功耗計數模塊停止計數工作。
所述的步驟2中當整個採集站進入到低功耗工作模式，其中數據通道接口單元為低功耗狀態，現場可編程門陣列和命令通道接口單元維持正常工作狀態。所述的模擬電路單元包括檢波器輸入單元，前端帶RC濾波器，可變增益放大器，模數變換器(ADC)。本發明的有益效果
基於陸上地震勘探系統分布範圍廣，由於需要滾動作業，故採集時間間隔長的特點，設計了一種陸上地震勘探數據採集站的自適應性低功耗方法，在採集站處於空閒模式時，使其能夠自動進入低功耗工作模式，降低採集站功耗，進而降低了整個地震勘探儀器的功耗，增加了系統電源使用壽命和系統待機時間，避免了電池更換頻繁，提高了野外施工的效率，這無論對陸上基於小型電源站分布式供電方式下的小型地震勘探儀器，還是對基於大型電源站的集中式供電方式下的大型地震勘探儀器均具有重要意義。以單個採集站每天工作8小時為例，其中空閒時間如估計為3小時，採集站額定功耗為5W，其中模擬電路部分包含8個通道，每個通道由模擬開關，可變增益前置放大器，單端轉差分用放大器，ADC組成。可變增益前置放大器功耗約為50mW，單端轉差分用放大器功耗為25mW，ADC功耗為40mW，故單通道模擬電路關鍵晶片總功耗為115mW，8個通道總功耗為920mW ;模擬部分自檢電路由測試用DAC和測試波形發生器組成，功耗分別為50mW和IOOmW,故模擬電路關鍵器件消耗總功耗為1.07W。數字部分由FPGA和高速數據，命令接口組成，低功耗情況下，數據接口關閉，節省功耗約為I. 27W ;其他考慮到模擬電源變換晶片，模擬電路中電阻本身消耗的功耗以及FPGA部分模塊(如模擬晶片驅動模塊)停止工作節省的功耗等，低功耗下採集站功耗約為2W。如果未採用自適應性低功耗工作方法，則一天單個採集站消耗的能量為40WH，採用自適應性低功耗工作方法，則消耗的能量為31WH，即每天單個採集站可節省9WH的能量，節電效率約達23%，且節電效率隨著採集站空閒時間的變長而增加。即使採集站空閒時間短，在不影響正常工作的情況下，採集站也可節省部分功耗。
圖I是本發明採集站的結構示意圖。圖2是本發明的流程圖。圖3是本發明模擬電路低功耗控制示意圖。
具體實施例方式見圖1，陸上地球物理勘探數據採集站，包括有相互連接的現場可編程門陣列I和模擬電路單元2，與模擬電路單元2連接的模擬電源3，連接於現場可編程門陣列I上的接口單元，以及分別與現場可編程門陣列I、接口單元連接的數字電源模塊6 ;其中，接口單元包括命令通道接口單元4和數據通道接口單元5，模擬電源3與現場可編程門陣列I連接。見圖2，適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法，具體包括以下步驟
(I )、採集站上電後，進行初始化，初始化主要完成各採集站編號，為接下來的組幀上傳做好準備，避免軟體在進行數據重組(時序轉道序)時混亂；完成初始化後，等待自檢測試命令，自檢測試即在進行實際數據採集前，由採集站內部產生測試波形對採集電路進行測試，查看通道的好壞以及各項指標情況，這項測試由人工控制，不自動進行，通常只需在最開始時進行測試，在以後工作中，只要拓撲結構不發生變化，均可跳過；初始化和自檢測試操作 完成後，現場可編程門陣列I等待用戶命令，並執行命令；
(2)、現場可編程門陣列檢測採集站當前工作模式，當現場可編程門陣列檢測到採集站處於空閒模式，則啟動現場可編程門陣列的低功耗計數模塊，進入低功耗工作模式的計時，當低功耗計數模塊達到計數閾值後，低功耗計數模塊停止計數工作，同時現場可編程門陣列控制模擬電源關閉，模擬電源停止對模擬電路單元供電，模擬電路單元即停止採集工作，整個採集站進入到低功耗工作模式，即現場可編程門陣列和接口單元同享數字電源模塊，低功耗工作模式下數據通道接口單元將被設置為低功耗模式。實現中，命令和數據通道接口單元均採用了相同晶片，為TI的串行器SN65LV1023A和解串器SN65LV1224A。這兩款晶片均提供「低功耗」設置管腳，設置晶片為低功耗狀態，以工作時鐘為66MHz為例，低功耗模式下，晶片消耗電流從55mA降到O. 2mA。由於需要檢測系統命令，重新回到正常工作模式，所以現場可編程門陣列和命令通道接口模塊一直處於正常工作狀態。(3)、現場可編程門陣列的低功耗計數模塊在計數過程中，現場可編程門陣列接收到新的用戶命令設置採集站脫離空閒模式，現場可編程門陣列的低功耗計數模塊即停止計數並進行復位，同時現場可編程門陣列重新進入正常工作模式。(4)、整個採集站進入到低功耗工作模式後，現場可編程門陣列檢測到新的用戶命令設置採集站脫離空閒模式，然後現場可編程門陣列控制模擬電源打開，模擬電路單元恢復供電，整個採集器進入到正常工作模式。見圖3，模擬電路低功耗控制通過關閉模擬電源實現。本發明中模擬部分需要±5V，±2. 5V電源類型，這些電源均從外部接入的12VDC電源變換得到。其中12V轉5V採用LT3430晶片，該晶片輸入管腳15為低功耗控制管腳，當輸入電平為低電平時，輸出被關閉；12V轉-5V採用LT1617晶片，該晶片輸入管腳4為低功耗控制管腳，當輸入電平為低電平時，輸出被關閉；2. 5V電源由LT3430輸出的5V通過晶片LT1763變換得到，-2. 5V電源由LT1617輸出的-5V通過晶片LT1964變換得到。通過控制晶片LT1617和LT3420低功耗管腳電平，可以關閉這兩個晶片的±5V輸出，進而關閉±2. 5V輸出，從而完成整個模擬電路電源的關閉以節省功耗。
權利要求
1.適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法，所述的地球物理勘探數據採集站包括有相互連接的現場可編程門陣列和模擬電路單元，連接於現場可編程門陣列上的接口單元，與模擬電路單元連接的模擬電源，以及分別與現場可編程門陣列和接口單元連接的數字電源模塊；接口單元包括命令通道接口單元和數據通道接口單元；其特徵在於所述的模擬電源與現場可編程門陣列連接；所述的自適應性低功耗方法具體包括以下步驟 (I )、採集站上電後，首先現場可編程門陣列依次進行初始化和自檢測試操作，然後現場可編程門陣列等待用戶命令，並執行命令； (2)、現場可編程門陣列檢測採集站當前工作模式，當現場可編程門陣列檢測到採集站處於空閒模式，則啟動現場可編程門陣列的低功耗計數模塊，進入低功耗工作模式的計時，當低功耗計數模塊達到計數閾值後，現場可編程門陣列控制模擬電源關閉，模擬電源停止對模擬電路單元供電，模擬電路單元即停止採集工作，整個採集站進入到低功耗工作模式。
2.根據權利要求I所述的適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法，其特徵在於所述的現場可編程門陣列的低功耗計數模塊在計數過程中，現場可編程門陣列接收到新的用戶命令設置採集站脫離空閒模式，現場可編程門陣列的低功耗計數模塊即停止計數並進行復位，同時現場可編程門陣列重新進入正常工作模式。
3.根據權利要求I所述的適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法，其特徵在於所述的整個採集站進入到低功耗工作模式後，現場可編程門陣列檢測到新的用戶命令設置採集站脫離空閒模式，然後現場可編程門陣列控制模擬電源打開，模擬電路單元恢復供電，整個採集器進入到正常工作模式。
4.根據權利要求I所述的適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法，其特徵在於所述的步驟2中當低功耗計數模塊達到計數閾值後，低功耗計數模塊停止計數工作。
5.根據權利要求I所述的適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法，其特徵在於所述的步驟2中當整個採集站進入到低功耗工作模式，其中數據通道接口單元為低功耗狀態，現場可編程門陣列和命令通道接口單元維持正常工作狀態。
全文摘要
本發明公開了一種適用於陸上地球物理勘探數據採集站的自適應性低功耗方法，即當採集站處於空閒模式時，控制模擬電源停止向模擬電路供電，模擬電路停止工作，採集站進入低能耗工作模式，降低採集站功耗，進而降低了整個地震勘探儀器的功耗，增加了系統電源使用壽命和系統待機時間，避免了電池更換頻繁，提高了野外施工的效率。
文檔編號G01V1/22GK102809760SQ20121025737
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者曹桂平, 宋克柱, 陳靜, 王映初 申請人:合肥國為電子有限公司