CN102809760A - 适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法，即当采集站处于空闲模式时，控制模拟电源停止向模拟电路供电，模拟电路停止工作，采集站进入低能耗工作模式，降低采集站功耗，进而降低了整个地震勘探仪器的功耗，增加了***电源使用寿命和***待机时间，避免了电池更换频繁，提高了野外施工的效率。
Description
技术领域
本发明涉及地震数据采集和传输***，具体是一种适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法。
背景技术
对于大型陆上地震勘探***，功耗是一个重要问题，既直接决定了***可连续工作的时间，也部分决定了***需要采用的供电方式。作为陆上地震勘探***中数量最多的采集站，其功耗水平决定了整个勘探***的功耗水平。目前国内外最为先进的陆上地震勘探仪器中的数据采集***为法国Sercel公司的428系列陆上地震数据采集***，中石油ES109万道陆上地震仪***等。
法国Sercel公司在陆上地震仪器研制方面积累了多年经验，其最新推出的428系列，在其408的基础上改进后功能更加强大，采集板功耗也更低。以其LAUX-428地面***为例，采集站采用15VDC电池供电，额定功耗为6.7W，由于没有公开其电源工作方式的技术细节，所以无从知道其是否采用了某种低功耗模式以及如何实现。
中石油ES109万道陆上地震采集***采用半集中式供电方式，几个采集站共享一个电源站。距离电源站较远的采集站通过电源线进行传输。类似的，由于电源线的损耗，电源站也是产生高压向采集站供电。由于没有公开其电源工作方式，所以无法知道其是否采用了某种低功耗模式。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法，在采集站不进行采集时（即处于空闲状态），对采集单元的模拟电路停止供电，大大降低采集站的功耗，进而降低整个地震勘探***的功耗，对增加***电源寿命和***待机时间，提高野外施工效率具有十分重要的实用价值。
本发明的技术方案为：
适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法，所述的地球物理勘探数据采集站包括有相互连接的现场可编程门阵列和模拟电路单元，连接于现场可编程门阵列上的接口单元，与模拟电路单元连接的模拟电源，以及分别与现场可编程门阵列和接口单元连接的数字电源模块；接口单元包括命令通道接口单元和数据通道接口单元；所述的模拟电源与现场可编程门阵列连接；所述的自适应性低功耗方法具体包括以下步骤：
（1）、采集站上电后，首先现场可编程门阵列依次进行初始化和自检测试操作，然后现场可编程门阵列等待用户命令，并执行命令；
（2）、现场可编程门阵列检测采集站当前工作模式，当现场可编程门阵列检测到采集站处于空闲模式，则启动现场可编程门阵列的低功耗计数模块，进入低功耗工作模式的计时，当低功耗计数模块达到计数阈值后，现场可编程门阵列控制模拟电源关闭，模拟电源停止对模拟电路单元供电，模拟电路单元即停止采集工作，整个采集站进入到低功耗工作模式。
所述的现场可编程门阵列的低功耗计数模块在计数过程中，现场可编程门阵列接收到新的用户命令：设置采集站脱离空闲模式，现场可编程门阵列的低功耗计数模块即停止计数并进行复位，同时现场可编程门阵列重新进入正常工作模式。
所述的整个采集站进入到低功耗工作模式后，现场可编程门阵列检测到新的用户命令：设置采集站脱离空闲模式，然后现场可编程门阵列控制模拟电源打开，模拟电路单元恢复供电，整个采集器进入到正常工作模式。
所述的步骤2中当低功耗计数模块达到计数阈值后，低功耗计数模块停止计数工作。
所述的步骤2中当整个采集站进入到低功耗工作模式，其中数据通道接口单元为低功耗状态，现场可编程门阵列和命令通道接口单元维持正常工作状态。
所述的模拟电路单元包括检波器输入单元，前端带RC滤波器，可变增益放大器，模数变换器（ADC）。
本发明的有益效果：
基于陆上地震勘探***分布范围广，由于需要滚动作业，故采集时间间隔长的特点，设计了一种陆上地震勘探数据采集站的自适应性低功耗方法，在采集站处于空闲模式时，使其能够自动进入低功耗工作模式，降低采集站功耗，进而降低了整个地震勘探仪器的功耗，增加了***电源使用寿命和***待机时间，避免了电池更换频繁，提高了野外施工的效率，这无论对陆上基于小型电源站分布式供电方式下的小型地震勘探仪器，还是对基于大型电源站的集中式供电方式下的大型地震勘探仪器均具有重要意义。以单个采集站每天工作8小时为例，其中空闲时间如估计为3小时，采集站额定功耗为5W，其中模拟电路部分包含8个通道，每个通道由模拟开关，可变增益前置放大器，单端转差分用放大器，ADC组成。可变增益前置放大器功耗约为50mW，单端转差分用放大器功耗为25mW，ADC功耗为40mW，故单通道模拟电路关键芯片总功耗为115mW，8个通道总功耗为920mW；模拟部分自检电路由测试用DAC和测试波形发生器组成，功耗分别为50mW和100mW，故模拟电路关键器件消耗总功耗为1.07W。数字部分由FPGA和高速数据，命令接口组成，低功耗情况下，数据接口关闭，节省功耗约为1.27W；其他考虑到模拟电源变换芯片，模拟电路中电阻本身消耗的功耗以及FPGA部分模块（如模拟芯片驱动模块）停止工作节省的功耗等，低功耗下采集站功耗约为2W。如果未采用自适应性低功耗工作方法，则一天单个采集站消耗的能量为40WH，采用自适应性低功耗工作方法，则消耗的能量为31WH，即每天单个采集站可节省9WH的能量，节电效率约达23%,且节电效率随着采集站空闲时间的变长而增加。即使采集站空闲时间短，在不影响正常工作的情况下，采集站也可节省部分功耗。
附图说明
图1是本发明采集站的结构示意图。
图2是本发明的流程图。
图3是本发明模拟电路低功耗控制示意图。
具体实施方式
见图1，陆上地球物理勘探数据采集站，包括有相互连接的现场可编程门阵列1和模拟电路单元2，与模拟电路单元2连接的模拟电源3，连接于现场可编程门阵列1上的接口单元，以及分别与现场可编程门阵列1、接口单元连接的数字电源模块6；其中，接口单元包括命令通道接口单元4和数据通道接口单元5，模拟电源3与现场可编程门阵列1连接。
见图2，适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法，具体包括以下步骤：
（1）、采集站上电后，进行初始化，初始化主要完成各采集站编号，为接下来的组帧上传做好准备，避免软件在进行数据重组（时序转道序）时混乱；完成初始化后，等待自检测试命令，自检测试即在进行实际数据采集前，由采集站内部产生测试波形对采集电路进行测试，查看通道的好坏以及各项指标情况，这项测试由人工控制，不自动进行，通常只需在最开始时进行测试，在以后工作中，只要拓扑结构不发生变化，均可跳过；初始化和自检测试操作完成后，现场可编程门阵列1等待用户命令，并执行命令；
（2）、现场可编程门阵列检测采集站当前工作模式，当现场可编程门阵列检测到采集站处于空闲模式，则启动现场可编程门阵列的低功耗计数模块，进入低功耗工作模式的计时，当低功耗计数模块达到计数阈值后，低功耗计数模块停止计数工作，同时现场可编程门阵列控制模拟电源关闭，模拟电源停止对模拟电路单元供电，模拟电路单元即停止采集工作，整个采集站进入到低功耗工作模式，即现场可编程门阵列和接口单元同享数字电源模块，低功耗工作模式下数据通道接口单元将被设置为低功耗模式。实现中，命令和数据通道接口单元均采用了相同芯片，为TI的串行器SN65LV1023A和解串器SN65LV1224A。这两款芯片均提供“低功耗”设置管脚，设置芯片为低功耗状态，以工作时钟为66MHz为例，低功耗模式下，芯片消耗电流从55mA降到0.2mA。由于需要检测***命令，重新回到正常工作模式，所以现场可编程门阵列和命令通道接口模块一直处于正常工作状态。
（3）、现场可编程门阵列的低功耗计数模块在计数过程中，现场可编程门阵列接收到新的用户命令：设置采集站脱离空闲模式，现场可编程门阵列的低功耗计数模块即停止计数并进行复位，同时现场可编程门阵列重新进入正常工作模式。
（4）、整个采集站进入到低功耗工作模式后，现场可编程门阵列检测到新的用户命令：设置采集站脱离空闲模式，然后现场可编程门阵列控制模拟电源打开，模拟电路单元恢复供电，整个采集器进入到正常工作模式。
见图3，模拟电路低功耗控制通过关闭模拟电源实现。本发明中模拟部分需要±5V，±2.5V电源类型，这些电源均从外部接入的12VDC电源变换得到。其中12V转5V采用LT3430芯片，该芯片输入管脚15为低功耗控制管脚，当输入电平为低电平时，输出被关闭；12V转-5V采用LT1617芯片，该芯片输入管脚4为低功耗控制管脚，当输入电平为低电平时，输出被关闭；2.5V电源由LT3430输出的5V通过芯片LT1763变换得到，-2.5V电源由LT1617输出的-5V通过芯片LT1964变换得到。通过控制芯片LT1617和LT3420低功耗管脚电平，可以关闭这两个芯片的±5V输出，进而关闭±2.5V输出，从而完成整个模拟电路电源的关闭以节省功耗。
Claims (5)
1.适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法，所述的地球物理勘探数据采集站包括有相互连接的现场可编程门阵列和模拟电路单元，连接于现场可编程门阵列上的接口单元，与模拟电路单元连接的模拟电源，以及分别与现场可编程门阵列和接口单元连接的数字电源模块；接口单元包括命令通道接口单元和数据通道接口单元；其特征在于：所述的模拟电源与现场可编程门阵列连接；所述的自适应性低功耗方法具体包括以下步骤：
（1）、采集站上电后，首先现场可编程门阵列依次进行初始化和自检测试操作，然后现场可编程门阵列等待用户命令，并执行命令；
（2）、现场可编程门阵列检测采集站当前工作模式，当现场可编程门阵列检测到采集站处于空闲模式，则启动现场可编程门阵列的低功耗计数模块，进入低功耗工作模式的计时，当低功耗计数模块达到计数阈值后，现场可编程门阵列控制模拟电源关闭，模拟电源停止对模拟电路单元供电，模拟电路单元即停止采集工作，整个采集站进入到低功耗工作模式。
2.根据权利要求1所述的适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法，其特征在于：所述的现场可编程门阵列的低功耗计数模块在计数过程中，现场可编程门阵列接收到新的用户命令：设置采集站脱离空闲模式，现场可编程门阵列的低功耗计数模块即停止计数并进行复位，同时现场可编程门阵列重新进入正常工作模式。
3.根据权利要求1所述的适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法，其特征在于：所述的整个采集站进入到低功耗工作模式后，现场可编程门阵列检测到新的用户命令：设置采集站脱离空闲模式，然后现场可编程门阵列控制模拟电源打开，模拟电路单元恢复供电，整个采集器进入到正常工作模式。
4.根据权利要求1所述的适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法，其特征在于：所述的步骤2中当低功耗计数模块达到计数阈值后，低功耗计数模块停止计数工作。
5.根据权利要求1所述的适用于陆上地球物理勘探数据采集站的自适应性低功耗方法，其特征在于：所述的步骤2中当整个采集站进入到低功耗工作模式，其中数据通道接口单元为低功耗状态，现场可编程门阵列和命令通道接口单元维持正常工作状态。
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