BOOM BOX遥爆系统电路分析

代伟明，黄 栋，陈 实 沈金梅，成 云 （江苏石油勘探局地球物理勘探处，江苏 扬州225007）

BOOM BOX遥爆系统电路分析

代伟明，黄 栋，陈 实 沈金梅，成 云 （江苏石油勘探局地球物理勘探处，江苏 扬州225007）

BOOM BOX遥爆系统是新一代数字式遥爆系统。该系统功能较强，广泛应用于各种地震勘探仪器系统中。对该系统电路进行了较为详尽的分析，有助于进一步解决其在生产施工中出现的问题，为野外生产提供技术保障打下了良好的基础。

BOOM BOX遥爆系统；电路；分析

BOOM BOX系统［1］是美国Seismic Source公司生产的最新一代的地震遥爆系统。该系统具备中继功能，可有效解决地震仪器在山区、沙漠等地形复杂地区实现无线放炮的问题。该系统是新一代数字式遥爆系统，兼容SHOT PRO、PELTON先进Ⅱ、先进Ⅲ等系列爆炸机，同时提供数字和模拟的验证TB（时断）、井口时间信号，可以兼容现有各种地震勘探仪器系统。目前江苏石油勘探局地球物理勘探处引进的8套428XL仪器，全部采用了BOOM BOX作为配套的遥爆系统。

由于该系统采用了最新的电子技术，电路设计非常紧凑，整个编/译码器只有一块主板，且编码器、译码器、重发器在硬件上完全一致，没有任何区别。

BOOM BOX厂家出于专利技术保密原因，仅提供一本简单的使用手册和几张技术资料图纸［2］。且厂家仅提供一年的有限保修，修理地点设在美国总部。因此，对BOOM BOX电路进行细致的分析研究，有助于提高设备使用效率，为地震勘探生产提供更好的技术保障。

1 BOOM BOX电路原理及基本电路分析

1.1 BOOM BOX电路基本原理

BOOM BOX电路原理如图1所示。该电路主要由具有精简指令集的CPU中央处理单元组成。其核心是微处理芯片SH7065，该芯片将一个32位RISC CPU和 一个16位整数型DSP单元组合成一个芯核。SH7065集成有容量为256kB的片上闪存。其外围主要包含时钟电路、TB产生电路、高压电路、CTB（验证时断）产生电路、接口电路、井口测试及拾取电路、雷管测试及拾取电路。

1.2 BOOM BOX基本电路分析

1.2.1 BOOM BOX电源部分电路分析

BOOM BOX电源电路［3］如图2所示。来自电瓶的12V电源经过F1、D9（1N4004）得到＋12VF电压，该电压连接到S1（S5－S400）的输入端，用于产生400V高压。PS1（ASD10）为5V供电电源模块，用于产生＋5VD电源电压。WAKE＿UP唤醒信号经T3控制PS1的输出。＋5VD电源分别经PS2（DUP75－05S12）、PS3 （DUP75－05S05）、PS4 （DUP75－05S05）产生5VISO、＋5VA和－5VA电源电压，其中5VISO用于高压电路，±5VA用于模拟电路。IC38（LT1585）将＋5VD电压转换成3.3VD电压，IC39（REF196）将＋5VA电源电压转换成Vref参考电压，IC40（LM334）则用于将＋5VA电压转换成1mA参考电流信号 （CURR＿REG）。

图1 BOOM BOX电路原理图

图2 BOOM BOX电源电路示意图

1.2.2 BOOM BOX TB信号电路分析

在408UL/428XL仪器主机控制遥爆系统的状态下，仪器主机的编码器接口 （blaster）的T、R脚分别接到BOOM BOX的J1M1插座第10、11引脚，信号名称分别为ISO＿START＿ACT和ISO＿START＿RET，如图3所示。

图3 BOOM BOX TB、CTB及高压电路示意图

其中，IC13（6N137）是单通道的高速光耦合器［4］。由于输出端7脚悬空，则其输出端刚好与输入端信号相反。当仪器发出点火 （GO）指令，输出高电平，则产生REM＿STRT信号，低电平有效，输入CPU的145脚。经过指定的同步延迟后，CPU产生TB＿TTL信号，该信号经过74VHC04非门两次变换，得到非隔离的TB信号 （NISO＿TB＿ACT）。该信号连接到BOOM BOX的J1M1插座第16引脚，输出TB＿TTL＿ACTIVE信号，分成两路，一路直接接到仪器编码器接口的K脚，用于启动仪器采集数据，另一路经过衰减网络接到仪器的第一个辅助道，通过FDU采集到模拟的TB信号。

1.2.3 BOOM BOX CTB信号电路分析

必须指出，在BOOM BOX电路中标识的CTB信号，实际为通常所说的验证TB。该电路如图3所示。

编码器接收到仪器的点火指令后，发送TB信号给仪器主机的同时，发送给译码器。译码器解编、启动点火序列，通过译码器CPU的139脚发出TB＿TTL信号，送到IC32B（74HVC04），反相后送到IC33（TLP557）光电耦合器［5］输入端，控制 Q1使高压电路接通，大电流经过取样电阻RT21（0.47Ω），产生的电压经阻容网络 （RT16、C83）送到IC31（HCPL0201）光电逻辑门，经IC41反相两次，得到CTB信号。该信号最后送到CPU的73脚。点火序列结束，该信号与井口信号一起以无线方式发送到编码器，经J1M1插座第35引脚连接到衰减网络，输入仪器的第二个辅助道，通过FDU采集到模拟的验证TB信号。

1.2.4 BOOM BOX井口信号电路分析

井口信号电路如图4所示。来自野外井口的井口检波器通过PTOBE 12－10S－SR插座的D、F脚分别连接到两个2A的保险电阻，再接入Uphole＋、Uphole－，经过差分输入网络连接到IC30（LT1167）。IC30是一个高精度差分输入转为单端输入的信号放大器［6］。输出的单端信号经IC29（LTC1563）高精度低通滤波器滤波，得到GEOPH＿IN信号。该信号最终输入CPU的151脚。

图4 井口信号及雷管测试电路示意图

在译码器端测试井口阻值时，CPU分别发出CurrUphole和GeoGnd指令，经电控开关IC22（ADG711）使得1mA参考电流与Uphole＋导通，Uphole－与地导通，将参考电流加到井口检波器，经CPU换算得到井口阻值。

放炮序列结束，译码器采集到井口检波器的信号、编码，通过无线电台与验证TB信号一起发送至编码器。编码器解编后，得到 Mic＿Uphole信号，该信号在UpholeEnb信号控制下，经IC23（LM6142A）轨对轨高精度高速运算放大器［7］放大后发送到编码器J1M1插座第30引脚，再经衰减网络输入仪器的第三个辅助道，通过FDU采集到模拟的井口信号。

1.2.5 BOOM BOX高压及雷管测试电路分析

BOOM BOX译码器的高压电路如图3所示。充电时，CPU的4脚发出CHARGE＿EN指令，该指令一路用于打开TN1（NDT451N），使S1的输入端负极接地，＋12VF电压加到S1输入端，400高压输出开始给C75（100μF，450V）充电；另一路经IC32反相，输入IC28，控制RT14（20K）与高压地断开。接收到编码器发来的点火指令，发出TB＿TTL指令，控制Q1的导通，使400V高压经雷管两端 （J8）和RT21与高压地构成回路，起爆雷管。

雷管测试电路示意图如图4所示。当译码器进行雷管测试时，雷管通过ARM转换开关接入到R81，该信号同时通过CapCurrEnb信号控制，经IC22与1mA参考信号 （CURR＿REG）接通，输入到IC27（AD824）高精度前置放大器，经阻容网络连接到CPU的157脚。

1.2.6 BOOM BOX HV＿READY信号产生电路分析

HV＿READY信号产生电路如图3所示。没有充电时，HV高压信号经RT14（20K）接高压地（HVGND），IC37的2脚电压低于3脚电压，那么其输出端7脚的输出为零。此时，IC38输出高电平，相应地，IC41的6脚输出为低电平，没有HV＿READY信号输出。一旦译码器充电，IC37的2脚电压高于3脚电压，输出端电压翻转，IC36的输出截止，相应地IC41输出为高电平，从而产生HV＿READY信号。

2 结 语

BOOM BOX作为新一代的数字型遥爆系统，其应用越来越广泛，已经逐步替代了传统的遥爆系统。深入了解其电路各部分原理、参数和功能，有助于进一步解决其在生产施工中出现的问题，为野外生产提供技术保障打下良好的基础。

［1］Seismic Source公司.BOOM BOX Dynamite Controller User＇s Manual［电子文献］.http：//www.seismicsource.com，2009.

［2］Seismic Source公司.BOOM BOX Manual Appendix Drawings ［电子文献］.http：//www.seismicsource.com，2004.

［3］Seismic Source公司.BOOM BOX Schematics 103 ［电子文献］.http：//www.seismicsource.com，2003.

［4］FAIRCHILD SEMICONDUCTOR公司.6N137HIGH SPEED－10MBit/s LOGIC GATE OPTOCOUPLERS ［电子文献］.http：//www.fairchildsemi.com，2005.

［5］TOSHIBA 公司.TLP557SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA ［电子文献］.http：//www.icpdf.com，1996－4－8.

［6］LINEAR TECHNOLOGY公司.LT1167Single Resistor Gain Programmable，Precision Instrumentation Amplifier［电子文献］.http：//www.linear－tech.com，1998.

［7］National Semiconductor公司.LM6142Dual High Speed/Low Power 17MHz Rail－to－Rail Input－Output Operational Amplifiers ［电子文献］.http：//www.national.com，1999.

Circuit Analysis of Boom Box Synchronic Controller System

DAI Wei－ming，HUANG Dong，CHEN Shi，SHEN Jing－mei，CHENG Yun（Author's Address：Department of Geophysical Prospecting of JOECO，Yangzhou225007，Jiangsu，China）

Boom Box system was the latest digital controller which was used to synchronize and control dynamite operation on seismic recording tools.It was a powerful system widely used in many types of seismic instruments.The design techniques of the Boom Box system was analyzed in detail，it was beneficial for solving the problems in production，it provides technical a basis for field production.

Boom Box controller；circuit；analysis

P631.44

A

1000－9752（2011）06－0204－05

2011－03－14

代伟明 （1972－），男，1993年江汉石油学院毕业，高级工程师，现主要从事地震勘探仪器现场技术支持与管理工作。

［编辑］ 龙 舟