一种可控震源电控箱体装置的制作方法

1.本发明涉及可控震源技术领域，特别是涉及一种可控震源电控箱体装置。


背景技术：

2.相比于炸药震源，可控震源因其在环保上的优势以及激发频率可控、激发能量可控、补炮方便等特点，已经得到越来越广泛的应用。电控箱体，是可控震源的中央电子控制单元。要使可控震源能够按照设计的参考信号进行振动，产生地震勘探所需要的连续振动信号，这就需要电控箱体来控制液压系统、平板和重锤等机械系统稳定工作，精确控制其产生的振动信号，并能够对震源的地面输出力信号、振幅、相位畸变等进行质量控制。因此，电控箱体在可控震源激发地震波的整个生产过程中起着不可或缺的重要作用。目前，国际上最常见的电控箱体有sercel公司的ve416/432系统和inova公司的vib pro系统，都是由国外的生产厂家提供，一般是配合自家的地震仪器使用的(vib pro可以实现与sercel仪器的仿真联机)，再加上每台可控震源车上都需要配备一台电控箱体，不管是采购成本还是维护成本都很高，亟需自主研发出一套拥有自主知识产权的可控震源电控箱体装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种可控震源电控箱体装置，结构简单，便于维护，能够精确控制震源振动产生地震勘探所需要的振动信号，对震源的地面输出力信号、振幅、相位畸变等进行质量控制，为地震仪器提供用于相关的扫描信号，发送同步启动信号。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种可控震源电控箱体装置，包括：重锤位移传感器、重锤加速度传感器、驱动阀位移传感器、平板加速度传感器、主cpu以及与主cpu电性连接的lvdt控制模块、压力开关和升降缸控制模块、数字加速度传感器控制模块、数模转换和驱动控制模块及多数据接口，所述重锤位移传感器及重锤加速度传感器设置在重锤上，所述驱动阀位移传感器设置在重锤的伺服阀上，所述平板加速度传感器设置在平板上，所述重锤位移传感器及驱动阀位移传感器连接所述lvdt控制模块，所述压力开关和升降缸控制模块连接升降缸，所述平板加速度传感器及重锤加速度传感器连接数字加速度传感器控制模块，所述数模转换和驱动控制模块连接重锤的伺服阀，所述lvdt控制模块、压力开关和升降缸控制模块、数字加速度传感器控制模块、平板加速度传感器及重锤加速度传感器连接所述多数据接口。
6.可选的，所述可控震源电控箱体装置还包括gps、电台及平板电脑，所述gps、电台及平板电脑设置在可控震源电控箱体装置的外部，所述gps连接所述多数据接口及主cpu，所述电台连接所述多数据接口，所述平板电脑通过wifi连接所述多数据接口，所述多数据接口通过uart连接所述主cpu。
7.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的可控震源电控箱体装置，该装置设置有重锤位移传感器、重锤加速度传感器、驱动阀位移传感器、平板加速度传感器，能够对重锤的加速度及位移量以及驱动阀位移量以及平板加速度
进行检测，并将其发送至lvdt控制模块，在主cpu指令下做位移特征值标定，调整合适的初级信号幅度，并将其发送至主cpu及多数据接口；该装置设置有压力开关和升降缸控制模块，升降缸压力达到压力开关调定的压力时压力开关就会接通，反之，压力开关就会断开，将检测到的压力开关实时状态提供给主cpu，压力开关和升降缸控制模块在主cpu指令下将压力数据传输给多数据接口；该装置设置有数字加速度传感器控制模块，通过接收和传输参数给重锤和平板数字加速度传感器来配置数字加速度传感器参数和自检指令，将计算的加速度传感器信号与扫描信号的相位差和信号畸变反馈给主cpu，根据重锤和平板的加速度数据计算出合成力信号，并将加速度数据和合成力数据传输给多数据接口；该装置设置有数模转换和驱动模块，通过数模转换和驱动模块接收用户参数，产生扫描驱动信号，根据启动指令和gps时间，准确驱动震源振动，根据各功能模块的反馈信息实时调整扫描驱动信号的相位和幅度，并发送同步信号；该装置设置有多数据接口，多数据接口将各功能模块反馈的信号，在并行信号与串行信号之间进行转换，与主cpu进行uart通信，还能在主mcu的控制下通过wifi将各数据传输给外部平板电脑进行震源工作质量控制。
附图说明
8.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
9.图1为本发明实施例可控震源电控箱体装置结构示意图；
10.图2为lvdt控制模块电路图；
11.图3为压力开关和升降缸控制模块电路图；
12.图4为数字加速度传感器控制模块电路图；
13.图5为数模转换和驱动模块电路图。
14.附图标记：1、主cpu；2、lvdt控制模块；3、压力开关和升降缸控制模块；4、数字加速度传感器控制模块；5、数模转换和驱动模块模块；6、多数据接口；7、平板加速度传感器；8、驱动阀位移传感器；9、重锤加速度传感器；10、重锤位移传感器；11、重锤；12、平板；13、升降缸；14、gps；15、电台；16、平板电脑；17、伺服阀。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.本发明的目的是提供一种可控震源电控箱体装置，结构简单，便于维护，能够精确控制震源振动产生地震勘探所需要的振动信号，对震源的地面输出力信号、振幅、相位畸变等进行质量控制，为地震仪器提供用于相关的扫描信号，发送同步启动信号。
17.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
18.如图1所示，本发明实施例提供的可控震源电控箱体装置，包括：重锤位移传感器10、重锤加速度传感器9、驱动阀位移传感器8、平板加速度传感器7、主cpu1以及与主cpu1电性连接的lvdt控制模块2、压力开关和升降缸控制模块3、数字加速度传感器控制模块4、数模转换和驱动控制模块5及多数据接口6，所述重锤位移传感器10及重锤加速度传感器9设置在重锤11上，所述驱动阀位移传感器9设置在重锤11的伺服阀17上，所述平板加速度传感器7设置在平板12上，所述重锤位移传感器10及驱动阀位移传感器8连接所述lvdt控制模块2，所述压力开关和升降缸控制模块3连接升降缸13，所述平板加速度传感器7及重锤加速度传感器9连接数字加速度传感器控制模块4，所述数模转换和驱动控制模块5连接重锤11的伺服阀17，所述lvdt控制模块2、压力开关和升降缸控制模块3、数字加速度传感器控制模块4、平板加速度传感器7及重锤加速度传感器9连接所述多数据接口6。
19.所述可控震源电控箱体装置还包括gps14、电台15及平板电脑16，所述gps14、电台15及平板电脑16设置在可控震源电控箱体装置的外部，所述gps14连接所述多数据接口6及主cpu1，所述电台15连接所述多数据接口6，所述平板电脑16通过wifi连接所述多数据接口6，所述多数据接口6通过uart连接所述主cpu1。
20.所述lvdt控制模块2、压力开关和升降缸控制模块3、数字加速度传感器控制模块4、数模转换和驱动控制模块5的构造均为一个mcu及各自的辅助电路实现。
21.如图2所示，所述lvdt控制模块2的功能是获取重锤位移传感器及驱动阀位移传感器反馈的重锤和驱动阀位移量，在主cpu指令下lvdt控制模块将实时位移量及扫描驱动信号幅度系数发送至主cpu，在主cpu指令下做位移特征值标定，调整合适的初级信号幅度，在主cpu指令下lvdt控制模块将实时位移量及扫描驱动信号幅度系数发送至多数据接口；
22.位移传感器(lvdt)是通过提供4khz、3v驱动信号给lvdt初级线圈，检测由两个次级线圈的感应电动势之差产生的电压计算出位移量，重锤位移传感器和驱动阀位移传感器通过电磁感应反馈重锤和驱动阀位移量；
23.其中，本发明的一个实施例，lvdt控制模块mcu的实现方案是：
24.通过微调电容和外部晶振产生一个4.096mhz的交变电流信号，为mcu提供时钟电路，pa2和pa3提供两路经过差分放大器的约2.5khz信号，经过2个驱动模块分别提供给lvdt初级线圈，pc0和pc1检测重锤的两个lvdt次级线圈的电压，pc2和pc3检测重锤的两个lvdt次级线圈的电压，从而得到重锤和阀柱塞的实时位移值，两个次级线圈电压值相减为零时，表示位移在平衡点即中心位置，两个次级线圈电压值相减为极大值时，表示位移在端点(顶端或下端)位置。两个双次级线圈的检测频率在1mhz以上，在主cpu指令下将lvdt实时位移值和扫描驱动信号幅度系数提供给主cpu，在主cpu指令下做位移特征值标定，调整合适的初级信号幅度，在主cpu指令下将lvdt实时位移值和扫描驱动信号幅度系数传输给多数据接口。
25.如图3所示，所述压力开关和升降缸控制模块的功能是根据主cpu指令提升和压降平板(或半升状态)，所述升降缸上设置有压力开关，所述压力开关连接诶所述压力开关和升降杆控制器，升降缸压力达到压力开关调定的压力时压力开关就会接通，反之，压力开关就会断开，将检测到的压力开关实时状态提供给主cpu，在主cpu指令下压力开关和升降缸控制模块将压力数据传输给多数据接口；
26.本发明的一个实施例为，压力开关和升降缸控制模块mcu的实现方案是：
27.通过微调电容和外部晶振产生一个4.096mhz的交变电流信号，为mcu提供时钟电路，pc1和pc2根据主cpu指令做平板压降和提升，pc0执行halt，进而通过电磁阀控制升降缸完成升、降和停止动作，升降缸压力达到压力开关调定的压力时压力开关就会接通，反之，压力开关就会断开，pc7检测压力开关状态，并自动保持压力状态，将检测到的压力开关实时状态提供给主cpu，pc4检测提升上端位置状态，pa5和pa6提供手动升降操作，在主cpu指令下将压力数据传输给多数据接口。
28.如图4所示，所述数字加速度传感器控制模块的功能是通过接收和传输参数给重锤和平板数字加速度传感器来配置数字加速度传感器参数和自检指令，将计算的加速度传感器信号与扫描信号的相位差和信号畸变反馈给主cpu，根据重锤和平板的加速度数据计算出合成力信号(地面输出力信号ground force)并将加速度数据和合成力数据传输给多数据接口；
29.本发明的一个实施例，数字加速度传感器控制模块mcu实现方案为：
30.通过微调电容和外部晶振产生一个4.096mhz的交变电流信号，为mcu提供时钟电路，通过串口6(pc6/pc7)和串口2(pd5/pd6)分别接收和传输参数给重锤和平板数字加速度传感器，配置数字加速度传感器参数和自检指令，计算加速度传感器信号与参考扫描信号的相位差和信号畸变，并通过串口3(pb10/pb11)反馈给主cpu，根据重锤和平板的加速度数据计算合成力信号ground force并将加速度数据和合成力数据传输给多数据接口。
31.如图5所示，所述数模转换和驱动模块的功能是接收用户参数，产生扫描驱动信号，根据启动指令和gps时间，准确驱动震源振动，根据各功能模块的反馈信息实时调整扫描驱动信号的相位和幅度，发送同步信号；
32.本发明的一个实施例，数模转换和驱动模块mcu实现方案为：
33.通过微调电容和外部晶振产生一个4.096mhz的交变电流信号，为mcu提供时钟电路，根据用户参数通过数模转换器产生扫描驱动信号，根据启动指令和gps时间，准确驱动震源振动，根据各功能模块的反馈信息实时调整扫描驱动信号的相位和幅度，发送同步信号，储存用户扫描数据。
34.所述主cpu的功能是产生时钟并给各功能模块发送指令，接收各功能模块的反馈信号；
35.多数据接口的功能是将各功能模块反馈的信号，在并行信号与串行信号之间进行转换，与主cpu进行uart通信，还能在主mcu的控制下通过wifi将各数据传输给外部平板电脑进行震源工作质量控制。
36.本发明提供的可控震源电控箱体装置，该装置设置有重锤位移传感器、重锤加速度传感器、驱动阀位移传感器、平板加速度传感器，能够对重锤的加速度及位移量以及驱动阀位移量以及平板加速度进行检测，并将其发送至lvdt控制模块，在主cpu指令下做位移特征值标定，调整合适的初级信号幅度，并将其发送至主cpu及多数据接口；该装置设置有压力开关和升降缸控制模块，升降缸压力达到压力开关调定的压力时压力开关就会接通，反之，压力开关就会断开，将检测到的压力开关实时状态提供给主cpu，压力开关和升降缸控制模块在主cpu指令下将压力数据传输给多数据接口；该装置设置有数字加速度传感器控制模块，通过接收和传输参数给重锤和平板数字加速度传感器来配置数字加速度传感器参数和自检指令，将计算的加速度传感器信号与扫描信号的相位差和信号畸变反馈给主cpu，
根据重锤和平板的加速度数据计算出合成力信号，并将加速度数据和合成力数据传输给多数据接口；该装置设置有数模转换和驱动模块，通过数模转换和驱动模块接收用户参数，产生扫描驱动信号，根据启动指令和gps时间，准确驱动震源振动，根据各功能模块的反馈信息实时调整扫描驱动信号的相位和幅度，并发送同步信号；该装置设置有多数据接口，多数据接口将各功能模块反馈的信号，在并行信号与串行信号之间进行转换，与主cpu进行uart通信，还能在主mcu的控制下通过wifi将各数据传输给外部平板电脑进行震源工作质量控制。
37.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。