適用于地球物理勘探交叉站的低功耗控制方法
【專利說明】適用于地球物理勘探交叉站的低功耗控制方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及地震數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，具體是一種適用于地球物理勘探交叉站的低功耗控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003]對于大型陸上地震勘探系統(tǒng)，功耗是一個重要問題，既直接決定了系統(tǒng)可連續(xù)工作的時間，也部分決定了系統(tǒng)需要采用的供電方式。作為陸上地震勘探系統(tǒng)中數(shù)量最多的交叉站，其功耗水平?jīng)Q定了整個勘探系統(tǒng)的功耗水平。目前國內(nèi)外最為先進的陸上地震勘探儀器中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為法國Sercel公司的428系列陸上地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，中石油ES109萬道陸上地震儀系統(tǒng)等。
[0004]法國Sercel公司在陸上地震儀器研制方面積累了多年經(jīng)驗，其最新推出的428系列，在其408的基礎(chǔ)上改進后功能更加強大，采集板功耗也更低。以其LAUX-428地面系統(tǒng)為例，交叉站采用15VDC電池供電，額定功耗為6.7W，由于沒有公開其電源工作方式的技術(shù)細節(jié)，所以無從知道其是否采用了某種低功耗模式以及如何實現(xiàn)。
[0005]中石油ES109萬道陸上地震采集系統(tǒng)采用半集中式供電方式，幾個交叉站共享一個電源站。距離電源站較遠的交叉站通過電源線進行傳輸。類似的，由于電源線的損耗，電源站也是產(chǎn)生高壓向交叉站供電。由于沒有公開其電源工作方式，所以無法知道其是否采用了某種低功耗模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于地球物理勘探交叉站的低功耗控制方法，在交叉站不進行采集時(即處于空閑狀態(tài))，對采集單元的模擬電路停止供電，大大降低交叉站的功耗，進而降低整個地震勘探系統(tǒng)的功耗，對增加系統(tǒng)電源壽命和系統(tǒng)待機時間，提高野外施工效率具有十分重要的實用價值。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
適用于地球物理勘探交叉站的低功耗控制方法，所述的地球物理勘探數(shù)據(jù)交叉站包括有相互連接的現(xiàn)場可編程門陣列和模擬電路單元，連接于現(xiàn)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(xiàn)場可編程門陣列和接口單元連接的數(shù)字電源模塊；接口單元包括命令通道接口單元和數(shù)據(jù)通道接口單元；所述的模擬電源與現(xiàn)場可編程門陣列連接；所述的自適應(yīng)性低功耗方法具體包括以下步驟:
(1)、交叉站上電后，首先現(xiàn)場可編程門陣列依次進行初始化和自檢測試操作，然后現(xiàn)場可編程門陣列等待用戶命令，并執(zhí)行命令；
(2)、現(xiàn)場可編程門陣列檢測交叉站當(dāng)前工作模式，當(dāng)現(xiàn)場可編程門陣列檢測到交叉站處于空閑模式，則啟動現(xiàn)場可編程門陣列的低功耗計數(shù)模塊，進入低功耗工作模式的計時，當(dāng)?shù)凸挠嫈?shù)模塊達到計數(shù)閾值后，現(xiàn)場可編程門陣列控制模擬電源關(guān)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采集工作，整個交叉站進入到低功耗工作模式。
[0008]所述的現(xiàn)場可編程門陣列的低功耗計數(shù)模塊在計數(shù)過程中，現(xiàn)場可編程門陣列接收到新的用戶命令:設(shè)置交叉站脫離空閑模式，現(xiàn)場可編程門陣列的低功耗計數(shù)模塊即停止計數(shù)并進行復(fù)位，同時現(xiàn)場可編程門陣列重新進入正常工作模式。
[0009]所述的整個交叉站進入到低功耗工作模式后，現(xiàn)場可編程門陣列檢測到新的用戶命令:設(shè)置交叉站脫離空閑模式，然后現(xiàn)場可編程門陣列控制模擬電源打開，模擬電路單元恢復(fù)供電，整個采集器進入到正常工作模式。
[0010]所述的步驟2中當(dāng)?shù)凸挠嫈?shù)模塊達到計數(shù)閾值后，低功耗計數(shù)模塊停止計數(shù)工作。
[0011]所述的步驟2中當(dāng)整個交叉站進入到低功耗工作模式，其中數(shù)據(jù)通道接口單元為低功耗狀態(tài)，現(xiàn)場可編程門陣列和命令通道接口單元維持正常工作狀態(tài)。
[0012]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(shù)變換器(ADC)。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
基于陸上地震勘探系統(tǒng)分布范圍廣，由于需要滾動作業(yè)，故采集時間間隔長的特點，設(shè)計了一種陸上地震勘探數(shù)據(jù)交叉站的自適應(yīng)性低功耗方法，在交叉站處于空閑模式時，使其能夠自動進入低功耗工作模式，降低交叉站功耗，進而降低了整個地震勘探儀器的功耗，增加了系統(tǒng)電源使用壽命和系統(tǒng)待機時間，避免了電池更換頻繁，提高了野外施工的效率，這無論對陸上基于小型電源站分布式供電方式下的小型地震勘探儀器，還是對基于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。以單個交叉站每天工作8小時為例，其中空閑時間如估計為3小時，交叉站額定功耗為5W，其中模擬電路部分包含8個通道，每個通道由模擬開關(guān)，可變增益前置放大器，單端轉(zhuǎn)差分用放大器，ADC組成?？勺冊鲆媲爸梅糯笃鞴募s為50mW，單端轉(zhuǎn)差分用放大器功耗為25mW，ADC功耗為40mW，故單通道模擬電路關(guān)鍵芯片總功耗為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(fā)生器組成，功耗分別為50mW和100mW，故模擬電路關(guān)鍵器件消耗總功耗為1.07W。數(shù)字部分由FPGA和高速數(shù)據(jù)，命令接口組成，低功耗情況下，數(shù)據(jù)接口關(guān)閉，節(jié)省功耗約為1.27W ;其他考慮到模擬電源變換芯片，模擬電路中電阻本身消耗的功耗以及FPGA部分模塊(如模擬芯片驅(qū)動模塊)停止工作節(jié)省的功耗等，低功耗下交叉站功耗約為2W。如果未采用自適應(yīng)性低功耗工作方法，則一天單個交叉站消耗的能量為40WH，采用自適應(yīng)性低功耗工作方法，則消耗的能量為31WH，即每天單個交叉站可節(jié)省9WH的能量，節(jié)電效率約達23%，且節(jié)電效率隨著交叉站空閑時間的變長而增加。即使交叉站空閑時間短，在不影響正常工作的情況下，交叉站也可節(jié)省部分功耗。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明交叉站的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明的流程圖。
[0016]圖3是本發(fā)明模擬電路低功耗控制示意圖。
【具體實施方式】
[0017]見圖1，陸上地球物理勘探數(shù)據(jù)交叉站，包括有相互連接的現(xiàn)場可編程門陣列1和模擬電路單元2，與模