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地震勘探系统中电源站的研究与设计

顾少燃

  地震勘探系统是一种用于深层地质勘探的重要大型装备。地震勘探系统中的电源站是管理控制采集站,给采集站提供电源的设备,是系统的重要组成部分。其设计涉及电源保护、电源隔离、电源监控、通信传输、阻抗匹配、数据处理以及采集站管理等关键问题。解决电源站设计的这些核心技术问题,能促进我国地震勘探系统的发展。本文分析了国内外地震勘探系统的研究现状,介绍了地震勘探系统的组成和工作原理,研究了地震勘探系统中电源站设计的关键技术——高速通信电路、传输线阻抗匹配、通信协议以及电源管理等。在此基础上,提出了电源站的整体设计方案,完成了电源站硬件电路和系统软件的设计。最终,在实验室环境下实现了电源站对多采集站的数据采集和电源管理。本人的主要工作如下:1.在分析了国内外地震勘探系统的研究现状的基础上,介绍了地震勘探系统的基本原理,研究了地震勘探系统的排列结构,尤其是电源站与采集站的排列结构,并分析了电源站设计过程中的两个关键问题——影响电源站带道能力的主要因素和高速通信电路的传输线阻抗匹配问题。2.提出了一种自定义环状通信协议,支持4Mbps和1O0Mbps通信速率。基于该协议的环状链路中,同一时刻只有一个设备在传输数据,且数据传输方向固定,能有效避免了数据碰撞和冲突。论文从数据的传输路径、帧结构、令牌管理和编解码这几个方面详细介绍了这种通信协议。3.设计了电源站样机的硬件电路和系统软件。硬件电路主要有两个部分,一部分是由4Mbps/100Mbps差分通信电路、以太网通信电路和串口通信电路组成的通信接口电路,另一部分是由电源保护电路、电源隔离电路、电源转换电路和电源监控电路组成的电源管理电路。软件设计的过程中,使用Verilog HDL语言在Quartus Ⅱ开发环境下完成了电源站的程序编写,实现了电源站的主要功能,包括:指令发送、地震波采集、数据回传、数据解析和电源管理等功能。4.完成了电源站与采集站对接测试与分析。测试了电源电路的性能、带道能力以及100Mbps通信传输电路的信号质量。模拟了系统从上电初始化到地震波采集、数据回传的整个过程。实验结果表明,本文所设计的电源站样机对采集站有一定的电源管理能力,能够控制管理采集站进行长时间的数据采集工作。同时,电源站与电源站之间能进行高速数据传输,速率可达100Mbps。总体而言,电源站系统稳定、可靠,带宽利用率高,能达到预期的设计要求,为后期地震勘探系统的研究和应用打下了基础。……   
[关键词]:地震勘探系统;高速收发电路;环形通信协议;电源管理;带道能力
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:苏州大学2019年