ARAM.ARIES采集站加电电路分析

郭 军 周继勇

(东方地球物理公司装备事业部华北作业部 河北任丘)

ARAM.ARIES采集站加电电路分析

郭 军 周继勇

(东方地球物理公司装备事业部华北作业部 河北任丘)

ARAM采集站中的加电电路不仅为采集站提供电源,还决定了数据的传输方向,因而是采集站诸电路单元中非常重要的一环。为此我们在这里分析了ARAM采集站的加电电路的建排过程和提供电源的控制信号,供相关人员参考。

加电;导航电压;导航测试

0 引 言

ARIES系统是加拿大ARAM公司生产的24位有线遥测地震勘探系统。ARAM采集站由24 V电瓶单独供电,它是ARIES地震采集系统的最基本的独立单元。它的功能是从地震检波器采集模拟地震数据并将其转换成数字信号,然后通过地震电缆将数据传送到中央记录单元。采集站之间、采集站与交叉站之间、采集站与中央记录单元之间通过地震电缆连接。

ARAM采集站主要由模拟板和数字板组成。模拟板的主要功能是将地震检波器拾取的模拟信号转换成能存储的数字信号,并通过计算机进行处理。数字板主要提供电源、数据发送和接收、数/模转换、控制采集站。在数字板中,加电电路的作用非常重要,它不仅为采集站提供各种控制信号,还为各部分电路提供所需的电压,同时它以导航电压决定采集站的传输方向,是ARIES系统在野外建排列的重要电路。

1 采集站加电电路概述

1.1 采集站加电方向分析

采集站允许数据在任意两个方向传输,传输方向由通过交叉线与采集站相连的导航电压决定。如图1所示。

图1 采集站加电方向示意图

左加电和右加电原理一样,我们以左加电为例。当24V电瓶连接至采集站后,仪器车(主机)向排列方向发送17V导航电压,经过交叉线和大线后,传到第一个RAM导航电压大约衰减到11.7 V。RAM#1接收到11.7 V导航电压后,它在“ON”信号的控制下,打开它自己的电源,同时还产生它自己的导航电压13 V,经过大线后衰减至8.3 V。RAM#2接收到8.3 V导航电压后,将重复RAM#1的过程。

1.2 采集站加电电路原理[1]

由采集站的加电方向分析,以RAM#1左输入为例,我们知道输入的导航电压为11.7 V,输出的导航电压为8.3 V。ARAM采集站有两个数据传输对,分别是TX1和TX2,对应的采集站接口的管脚分别是G/ H和R/S。导航电压都是通过TX1(G/H)和TX2(R/ S)来传送的。TX1和TX2的电路是一样的。采集站的加电电路主要分四部分:电源控制部分、加电控制部分、TX1和TX2部分。采集站加电电路原理图如图2所示。

图2中,当24 V电瓶连接到采集站后,主机发送的17 V导航电压,经过交叉线和大线后到达采集站接口的G/H或R/S,电压大约为11.7 V。导航电压是通过TX1和TX2通讯线来传输的。如果导航电压加到TX1(G/H)上,采集站的加电电路的HL-T1和 G LT1端电压是大约11.7 V,TX1左导航检测电路检测到11 V导航电压后,它的输出端LI-T1将变为5 V的高电平。如果导航电压加到R/S上,采集站的加电电路的SL-T2和RL-T2两端电压是11.7 V,TX2左导航检测电路检测到11 V导航电压后,它的输出端LIT2将变为5 V的高电平。加电控制器CPLD(U27)一旦检测到LI-T1和LI-T2有一个是高电平,它将发送一个4V左右的“ON”信号到电源控制电路,打开RAM的电源。同时U27 CPLD在它的CTRL-R-T1和CTRL-R-T2两端输出5 V的高电平,打开导航电压发生器,导航电压发生器将产生采集站自己大约13 V的导航电压,输送到导航电压发生器的输出端V15R -T1或V15R-T2,13 V的导航电压通过TX1右导航检测电路的输出端或TX2右导航检测电路的输出端送到下一个RAM,13 V的导航电压经过大线的衰减,到达下一个RAM的导航电压大约为8.3 V。

图2 采集站加电原理图

2 采集站单元电路分析

2.1 采集站加电电路的分析

从TX1和TX2的信号变化来看,它们的电路完全一样,在这里我们结合图2采集站加电原理图,重点分析TX1的电路部分和电源供应的控制电路。由图2可知TX1电路部分可分为TX1左导航检测电路、CPLD、导航电压发生器、TX1右拾取检测电路。因为采集站的传输是双向性的,它可以是左右输入的加电方式,所以TX1左导航检测电路和TX1右导航检测电路是一样的。

2.2 左导航检测电路[3]

图3 左导航检测电路

如图3所示,该部分电路分别对应图2采集站加电原理图的TX1左导航检测电路。电路主要以双向光电耦合器和反向门组成。当11.7 V导航电压加到TX1左导航检测电路的HL-T1和G L-T1两端时, U38双向光电耦合器导通,U39反向门的输出端LIT1为5V的高电平。

2.3 电源控制器CPLD

U27电源控制器是厂家专门设计生产的PLD可编程逻辑控制器,它的各管脚的定义如图4所示。由图4可知左导航检测电路的LI-T1和LI-T2分别与U27的脚9和脚6相连。U27在加电电路的主要作用是:当U27一旦检测到LI-T1和LI-T2中有一个是高电平时,U27的脚20将会向电源供电电路发送4 V的“ON”控制信号。同时在U27的脚39 CTRL-R-T1或脚19 CTRL-R-T2输出5V的高电平,去控制导航电压发生器。

图4 电源控制器CPLD

2.4 电源控制电路[2、3]

图5 电源控制信号电路图

在RAM接上2 4 V电瓶后 ,如图5所示。BATTERY端接的是24 V电瓶,BATTGND端是电瓶的接地端,Q5是一个普通的开关放大器,当输入为100 mA时,它作为开关使用。当输入端输入为100 MHz信号时,它作放大器使用。Q3是一个集成了P结型场效应管和稳压管的电流整流器。当U27产生的“ON”高电平信号传送到Q5的基极,Q5导通,这时Q3的栅极电压大约是9 V,Q3的源极和漏极有电流通过,D8是一个36V的稳压二极管,在该电路中相当一个大电阻,因此POWER端电压大约是24 V。此信号提供模拟板电压转换电路产生12 V和5 V电压,用于控制生成±VP电压,给模拟板各通路和LDO提供电压。同时POWER信号经过数字板产生±15 V电压,为左右数字通讯电路提供电压,控制产生VCS(5 V)、VCC(5 V)和VDS(15 V)电压。

2.5 导航电压发生器[2、3]

如图6所示,该电路图可分为CRTL-R-T1控制电路和CRTL-R-T2控制电路,它们是完全一样的。我们以CRTL-R-T1控制电路为例。

图6 导航电压发生器

U27发送的CRTL-R-T1 5 V高电平传送到导航电压发生器后,它和CLK400 kHz的脉冲信号相“与”,得到一个5 V的400 kHz脉冲信号,该信号再通过一个“非”门,得到一个和原先5 V的400 kHz脉冲信号相位差为180°、5 V的400 kHz脉冲信号,该信号在 C125和T5组成的回路中,对 C125进行充电/放电,得到一个±2.25 V的交流信号,这个交流信号输入到T5的脚14和脚12。T5集成了两组完全一样的变压器,电压交换比为1:2,同名端为脚14和脚1、脚10和脚5。在T5的脚1和脚3之间输出一个相位和±2.25 V的交流信号一样的±5 V的交流信号。电感B8和B7在这里阻隔交流。电感和T5之间的电路,其实是一个调压电路。当T5输出的是正交流电时,该电路给C109和 C124充电。当T5输出的是负交流电时,该电路给C108充电,同时 C109放电。C108和 C124两端的电压大约有13 V。由电路图可知V15R-T1和GR-T1之间的电压大约也是13 V。

TX1左导航检测电路和TX1右导航检测电路是一样的,这里不再赘述。

3 结 论

本文重点分析了ARAM.ARIES采集系统从仪器主机到采集站的加电过程,介绍了导航电压在各个时期的变化及加电电路产生的控制信号,同时也介绍了采集系统是怎样确定传输方向。对于理解采集系统如何建排有非常重要的意义,也有利于设备维修人员对ARAM采集站的故障分析和维修。

[1] 仪器技术从书编写组.ARAM.ARIES遥测地震仪操作、原理与维修 (上、下册).东方地球物理公司,2008(资料)

[2] 康华光.电子技术基础(模拟部分第三版)[M].北京:高等教育出版社,1987

[3] 罗炎林.数字电路[M].北京:机械工业出版社,1997

Guo Jun and Zhou Jiyong.Analyses on power-up of ARAM.ARIES.PI,2010,24(2):34～36

Power-up in RAM not only powers up the RAM,but also decides the direction of data transmitting.The fault power up of RAM will result in main problems in the future.The power-up of RAM arrayed process and the control signal of power up are analyzed in this paper.

power-up;pilot voltage;pilot detect

P631.4+32

B

1004-9134(2010)02-0034-03

郭 军,男,1976年出生,助理工程师。2001年毕业于江汉石油学院电信系仪器及测量技术专业,现在东方地球物理公司装备事业部华北作业部从事仪器维修工作。邮编:062552

2009-07-31 编辑:刘雅铭)