地震勘探系统用有源数据传输系统的制作方法

本发明涉及地震勘探技术领域，具体涉及一种地震勘探系统用有源数据传输系统。

背景技术：

地震勘探是获取地下石油、天然气等资源分布情况的有效手段，它是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查，区域地质研究和地壳研究等方面，也得到了广泛应用，为了探测地球深部的石油、天然气和矿产资源，需要一个先进的万道甚至至百万道的地震勘探系统。目前小规模地震勘探仪器中采用分布式供电方案，即每一个站体都使用一个外接蓄电池供电，不仅增加了野外施工的工作量，而且降低了系统的可靠稳定性，因此对于大规模的地震勘探系统的供电和数据传输必须寻找另外的方案。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种地震勘探系统用有源数据传输系统，采用电源和数据耦合的方式进行复用传输，减少数据传输线的重量和缆芯数，该系统使用后能够节省地震勘探系统的电缆，节约人力和物力，给野外施工带来很大方便。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种地震勘探系统用有源数据传输系统，所述地震勘探系统具有连接在传输线路上的多个采集节点，所述有源数据传输系统用于向地震勘探系统的各采集节点供电，以及在各节点之间传输数据；所述有源传输系统包括供电端和受电端，所述供电端配置在前一级采集节点上，所述受电端配置在后一级采集节点上，所述供电端和受电端均具有电源模块；

所述供电端包括第一网络变压器，第一网络变压器的原边连接第一数据信号接口端，其次边耦合至所述传输线路，其次边的中心抽头连接其电源模块；所述供电端所在采集节点的直流电源从第一网络变压器的中心抽头送到传输线路上传输至下一级采集节点；

所述受电端包括第二网络变压器，所述传输线路上的传输信号耦合至第二网络变压器的原边，所述第二网络变压器的次边连接第二数据信号接口端，其原边的中心抽头连其电源模块；所述传输线路传输的直流电源从第二网络变压器的中心抽头传输到受电端所在的采集节点。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述供电端和受电端之间基于rs485差分方式传输数据信号。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述供电端和受电端均配置有数据传输接口电路，所述供电端或者受电端接收数据信号时，所述数据传输接口电路将接收到的差分形式的数据信号输出到通信接口；所述供电端或者受电端发射数据信号时，所述数据传输接口电路将接收到的差分形式的数据信号转换成单端信号输出。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述数据传输接口电路包括比较器芯片，所述比较器芯片具有差分信号输入端vp、差分信号输入端vn、控制端和单端信号输出端；差分信号输入端vp、差分信号输入端vn分别连接第一网络变压器或第二网络变压器的一对数据信号输出端；所述通信接口连接差分信号输入端vp、差分信号输入端vn；所述控制端外接控制电平，控制比较器芯片在信号接收模式和信号发射模式中切换；信号接收模式下，比较器芯片关闭，进入差分信号输入端vp、差分信号输入端vn的数据信号输出到通信接口；信号发射模式下，比较器芯片工作，对进入差分信号输入端vp和差分信号输入端vn的数据信号进行比较，输出单端信号经单端信号输出端输出。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述数据传输接口电路还包括浪涌抑制器件，所述浪涌抑制器件连接在第一网络变压器或第二网络变压器的一对数据信号输出端之间。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括其还包括电源电压监测电路，地震勘探系统的各采集节点上均配置有电源电压监测电路，所述电源电压监测电路用于监测当前采集节点的电源电压，当前采集节点根据电源电压的监测结果判断是否向下一级的采集节点供电：当前采集节点的电源电压大于预设电压时，当前采集节点给下一级的采集节点供电；当前采集节点的电源电压小于等于预设电压时，当前采集节点不给下一级的采集节点供电。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述电源电压监测电路包括电压比较器、光耦隔离器和功率开关管；

电压比较器的同相输入端连接参考电压，其反相输入端连接分压器件后连接电源模块的供电电压；其输出端连接功率开关管的门极；

功率开关管的源极接地，其漏极连接光耦隔离器内部发光二极管的负极，光耦隔离器内部发光二极管的正极连接电源模块的供电电压；光耦隔离器内部三极管的发射极接地，其集电极连接电源端；电源电压监测电路的监测端连接光耦隔离器内部三极管的集电极；当前采集节点根据监测端的信号判断是否向下一级的采集节点供电。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述分压器件包括分压电阻一和分压电阻二，分压电阻一的一端连接电压比较器的反相输入端，其另一端接地；分压电阻二的一端连接电压比较器的反相输入端，其另一端连接电源模块的供电电压。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述功率开关管的门极还连接电压比较器的同相输入端。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述功率开关管为nmos管。

本发明的有源数据传输系统具有以下技术优势：

其一，减少数据传输线的重量和缆芯数，节约人力和物力，给野外施工带来很大方便。

现有技术中，地震勘探系统需要用很多电缆，一方面不方便运输，另一方面对整个系统的安装和调试，需要浪费很多的人力和物力。

本发明的有源数据传输系统，采用电源和数据耦合的方式进行复用传输，即用四芯屏蔽线同时完成命令、数据和电源的传输，节省地震勘探系统的电缆使用量，给野外施工带来很大方便。

其二，提高系统的稳定性，同时利于确保传输数据的正确性。

直流电源经四芯双绞线(传输线路)向远端串接的采集节点供电，受传输阻抗以及沿线采集节点的功耗影响，到达每个采集节点的供电电压将逐级衰减，且随着使用时间变长，电能被大量消耗，供电电源整体电压会下降，当到达采集节点的电源电压减小到一定程度的时候，将不能满足地震勘探系统中数字检波器正常工作的电压，本发明的有源数据传输系统在每个采集节点的数字检波器上设计电源电压监控电路，用来监测并控制电能的传输，通过解决系统供电不足的问题来提高系统运行的稳定性，利于确保传输数据的正确性。

其三，提高系统传输数据的正确性和稳定性

本发明的有源数据传输系统，供电端和受电端之间使用rs485接口采用差分方式传输数据信号，具有极强的共模干扰信号抑制能力，同时具有较高的接收灵敏度，以此来提高系统传输数据的正确性和稳定性。

附图说明

图1是本发明优选实施例中地震勘探系统用有源数据传输系统的结构框图；

图2是本发明优选实施例中数据传输接口电路的电路原理图；

图3是本发明优选实施例中电源电压监测电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，本实施例公开了一种专属使用于地震勘探系统的有源数据传输系统，目前已有的地震勘探系统具有多个采集节点，各个采集节点之间基于以太网cat.5布线架构进行数据信号的传输，本申请的有源数据传输系统采用电源和数据耦合的方式进行复用传输，向地震勘探系统的各采集节点供电，借助现有的以太网cat.5布线的基础架构同时完成命令、数据和电源的传输。

具体的，上述有源传输系统包括供电端和受电端，上述供电端配置在前一级采集节点上，上述受电端配置在后一级采集节点上，上述供电端和受电端均具有电源模块。此处，供电端为提供电力的设备端，受电端为使用电力的设备端，当前采集节点的供电端为前一级采集节点的受电端，后一级节点的供电端；同样的，当前采集节点的受电端为前一级采集节点的受电端，后一级节点的供电端。本申请采用传输线路(以太网线)在两级采集节点之间同时传输直流电源和数字信号，也就是前一级的供电端向后一级的受电端输送电能，同时相邻两级的供电端和受电端之间互传数据信号。

上述供电端包括第一网络变压器，第一网络变压器的原边连接第一数据信号接口端，其次边耦合至上述传输线路，其次边的中心抽头连接其电源模块；上述供电端所在采集节点的直流电源从第一网络变压器的中心抽头送到传输线路上传输至下一级采集节点。第一数据信号接口端外接数据信号源，当前采集节点的第一网络变压器将通过第一数据信号接口端接入的数据信号源耦合至传输线路上传输至下一级采集节点。

上述受电端包括第二网络变压器，上述传输线路上的传输信号耦合至第二网络变压器的原边，上述第二网络变压器的次边连接第二数据信号接口端，其原边的中心抽头连其电源模块；上述传输线路传输的直流电源从第二网络变压器的中心抽头传输到受电端所在的采集节点，当前采集节点的第二网络变压器将传输线路上的数据信号耦合至第二数据信号接口端输出。

以上，供电端和受电端之间通过网络变压器和传输线路能够同时完成数据信号和直流电源的传输，其中，直流电源单向传输，由前一级采集节点的供电端传输至后一级采集节点的受电端；而数据信号双向传输，即前一级采集节点和后一级采集节点之间双向传输数据信号。

作为本发明的进一步改进，上述供电端和受电端之间基于rs485差分方式传输数据信号。具体的，上述供电端和受电端均配置有数据传输接口电路，上述供电端或者受电端接收数据信号时，上述数据传输接口电路将接收到的差分形式的数据信号输出到通信接口；上述供电端或者受电端发射数据信号时，上述数据传输接口电路将接收到的差分形式的数据信号转换成单端信号输出。

如图2所示，上述数据传输接口电路包括比较器芯片，上述比较器芯片具有差分信号输入端vp、差分信号输入端vn、控制端sdn(shutdown)和单端信号输出端qout；差分信号输入端vp、差分信号输入端vn分别连接第一网络变压器或第二网络变压器的一对差分形式的数据信号输出端；上述通信接口连接差分信号输入端vp、差分信号输入端vn；上述控制端外接控制电平，控制比较器芯片在信号接收模式和信号发射模式中切换；信号接收模式下，比较器芯片关闭，进入差分信号输入端vp、差分信号输入端vn的数据信号输出到通信接口；信号发射模式下，比较器芯片工作，对进入差分信号输入端vp和差分信号输入端vn的数据信号进行比较，输出单端信号经单端信号输出端输出。

如图2所示的数据传输接口电路的工作过程如下：

网络变压器用来对电路中待传输的数据信号进行电平耦合，同时还起到与外部隔离的作用，可以保护接口电路芯片，提高抗干扰能力。本实施例技术方案中，网络变压器(第一网络变压器和第二网络变压器)优选型号为pt78158l-6的网络变压器，其引脚1、3(4、6)和引脚12、10(9、7)分别是一对差分信号的输入或输出，引脚2和5是网络变压器的中间抽头。比较器芯片优选型号为adcmp608，是一款轨对轨、低功耗的ttl/cmos比较器，设计中通过控制其控制端sdn(shutdown)的电压来进行信号接收和信号发送的切换，当控制端sdn输入高电平时，adcmp608正常工作，其将接收到的差分信号转换为单端信号工fpga芯片采集，如图2中的qoutu11和qoutu10；当控制端sdn输入低电平时，adcmp608处于关闭状态，此时将差分信号从比较器的差分输入口输出到通信接口，如图2中的vp-u11、vn-u11和vp-u10、vn-u10。

由于地震检波器工作在野外，雷电天气产生的电磁场会耦合到传输线路，对相连的电子设备会造成一定的浪涌冲击，为了避免这种浪涌冲击，传输线路的接口处安装了浪涌抑制器件吸收浪涌冲击，进而避免其进入内部电路。如图2所示，上述数据传输接口电路在第一网络变压器或第二网络变压器的一对数据差分信号输出端之间连接双向tvs管来防止浪涌冲击，如图2所示的d1和d2。

各采集节点的数字检波器在工作时，直流电源通过四芯双绞线(传输线路)向线上串联的若干个采集节点供电，由于传输线存在阻抗，线上的采集节点也会有功耗，因此到达每个采集节点的供电电压会逐个衰减，当到达采集节点的电源电压减小到一定程度的时候，将不能满足数字检波器正常工作的电压。为了避免数字检波器在低于正常工作电压下工作对系统运行的正确性和稳定性造成影响，本申请的有源数据传输系统还包括电源电压监测电路，地震勘探系统的各采集节点上均配置有电源电压监测电路，上述电源电压监测电路用于监测当前采集节点的电源电压，当前采集节点根据电源电压的监测结果判断是否向下一级的采集节点供电：当前采集节点的电源电压大于预设电压时，当前采集节点给下一级的采集节点供电；当前采集节点的电源电压小于等于预设电压时，当前采集节点不给下一级的采集节点供电。也就是当前采集节点的供电端在满足自身供电的前提下才会向下一级的采集节点供电，以此来确保各个采集节点上的数字检波器均能在正常工作电压下工作。

具体的，如图3所示，上述电源电压监测电路包括电压比较器u29、光耦隔离器u32和功率开关管u33；本实施例技术方案中，电压比较器u29优选型号为ltc1440cdd,光耦隔离器u32优选型号为tlp281系列，功率开关管为nmos管，优选型号为bss123。当然，根据实际使用需要，还可以选择同系列的其它类型的器件。

电压比较器u29的同相输入端in+连接参考电压ref，其反相输入端in-连接分压器件后连接电源模块的供电电压vin；其输出端连接功率开关管u33的门极；上述功率开关管u33的门极还连接电压比较器u29的同相输入端。

功率开关管u33的源极接地，其漏极连接光耦隔离器u32内部发光二极管的负极，光耦隔离器u32内部发光二极管的正极连接电源模块的供电电压；光耦隔离器u32内部三极管的发射极接地，其集电极连接电源端；电源电压监测电路的监测端dsp6连接光耦隔离器内部三极管的集电极；当前采集节点根据监测端dsp6的信号判断是否向下一级的采集节点供电。

上述分压器件包括分压电阻一r1和分压电阻二r2，分压电阻一r1的一端连接电压比较器u29的反相输入端，其另一端接地；分压电阻二r2的一端连接电压比较器u29的反相输入端，其另一端连接电源模块的供电电压vin。

如图3所示的电源电压监测电路，其工作原理如下：

型号为ltc1440cdd的电压比较器u29是自带基准输出的超低功耗单通道比较器，其正供电电压v+由稳压二极管对供电电源稳压后提供的，负供电电压段v-和地连接。正常工作时，基准引脚ref会出书1.182v电压，通过电阻r57接入比较器的同相输入端in+，比较器的反向输入端in-的电压由电源模块的供电电压vin经过电阻一r1和电阻二r2分压后提供，则有：

电压比较器的输出有vin-和vin+决定，当vin-＞vin+时，电压比较器的输出为高电平；当vin-＜vin+时，电压比较器的输出为低电平。已知vin+是固定的，电压比较器输出的高低电平由vin-决定，由式一可知，vin-与vin成比例关系，调节电阻一r1和电阻二r2的值来设定vin-的比值，使得当vin低于电压阈值vth时，有vin+＞vin-，电压比较器输出高电平，nmos管导通，此时有电流流过光耦隔离器u32中的发光二极管，发光二极管发光，光敏三极管会受到光照而导通，监测端dsp6会检测到低电平。当vin高于电压阈值vth时，有vin+＜vin-，电压比较器输出低电平，nmos管关断，此时没有电流流过光耦隔离器u32中的发光二极管，光敏三极管关断，监测端dsp6会检测到高电平，通过对监测端dsp6的电平高低来判断电源是否充足。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。