一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊，包括：聲學(xué)接收處理單元，用于獲取聲學(xué)鳥的聲學(xué)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述聲學(xué)數(shù)據(jù)生成測距時(shí)延信息；姿態(tài)測量單元，深度采集單元，溫度采集單元，電池供電單元；電機(jī)驅(qū)動與控制單元，用于驅(qū)動與所述水平控制裝置的水平翼板相連的電機(jī)，并控制所述電機(jī)的啟動、剎車和正、反轉(zhuǎn)；微處理器，用于接收所述姿態(tài)數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)；控制所述電池供電單元及所述電機(jī)驅(qū)動與控制單元；從所述聲學(xué)接收處理單元接收測距時(shí)延信息并發(fā)送給拖纜水平控制主機(jī)。本發(fā)明的電路模塊適用于拖曳多線陣的水平控制裝置，功耗低、工作可靠、集成度高，適合于海洋多線陣作業(yè)環(huán)境。
【專利說明】一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及勘測領(lǐng)域，尤其涉及一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋地震勘探通常是通過人工激發(fā)地震波，由拖曳在物探采集船后面的數(shù)條裝有檢波器的采集拖纜接收地層反射波。高效的物探采集船可以拖動12?16條間距在50?100米的采集拖纜進(jìn)行作業(yè)。在采集拖纜前端使用單翼偏斜板來幫助保持拖纜間距，但是拖纜后面的情況無法控制，水流、海潮及其他作用都可能使拖纜橫向漂離原定位置，甚至?xí)l(fā)生拖纜纏繞。基于聲學(xué)測距的海洋拖曳線陣自動橫向控制裝置可以有效控制拖纜間距，保障地震采集作業(yè)順利進(jìn)行。
[0003]隨著海洋石油勘探技術(shù)逐漸向高精度、高分辨率層次的發(fā)展，勘探系統(tǒng)要求檢波器具有更加精確的定位能力。按照一定間距布置的地震檢波器，采集到地震波數(shù)據(jù)，其布陣間距的縮小以及采樣率的提高，可以得到更高精度和更高分辨率的地層成像圖，對地質(zhì)數(shù)據(jù)解釋和油氣勘探具有重要意義。然而，如果檢波器位置不能精確定位，得到的地層數(shù)據(jù)無法連續(xù)成像，甚至可能得到的數(shù)據(jù)不可信。因此要進(jìn)行高分辨率和高精度的地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)采集分析，不僅需要提高檢波器布陣密度和數(shù)據(jù)采樣率，還需要對拖曳線陣之間的間距進(jìn)行嚴(yán)格控制。布陣密度提高的另一個(gè)方面是多條拖纜間距的縮小。如常規(guī)地震勘探系統(tǒng)的拖纜間距為100米左右，隨著布陣密度的提高，逐漸向50米甚至25米間距發(fā)展。拖纜間距的縮小帶來一個(gè)問題，在拖纜拖曳作業(yè)過程中相互纏繞的危險(xiǎn)性增加了。拖纜之間間距越小，相互纏繞的可能性越大。為了得到更高精度的地層成像數(shù)據(jù)，必須繼續(xù)縮小拖纜間距，此時(shí)，拖纜必須增加水平移動控制能力，努力保持拖纜之間的間距。
[0004]全網(wǎng)高精度多線陣聲學(xué)定位系統(tǒng)通過在全網(wǎng)拖纜上掛接超聲測距聲學(xué)水鳥(也可稱為聲學(xué)鳥)，測量多條拖纜之間的間距和拖纜中前后節(jié)點(diǎn)間距，利用網(wǎng)格定位算法估算整個(gè)拖纜系統(tǒng)相互之間的間距及每條拖纜的陣形變化，作為拖纜水平移動的依據(jù)。由高精度聲學(xué)定位系統(tǒng)結(jié)合水平控制裝置(也可稱為水平鳥、水平控制水鳥等)對電纜進(jìn)行水平移動控制，由定深水鳥對拖纜實(shí)行拖纜深度控制，組成拖纜系統(tǒng)的二維運(yùn)動控制，將成為深海油氣勘探地震數(shù)據(jù)高精度分析的基礎(chǔ)。
[0005]水平鳥的工作原理如圖1所示，水上設(shè)備(包括數(shù)據(jù)處理器DMU及電纜通信控制器LIU、拖纜水平控制主機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng))從第一組的多個(gè)水平鳥接收數(shù)據(jù)，并；所述第一組中的每個(gè)水平鳥都與多個(gè)聲學(xué)鳥分別相連；多個(gè)聲學(xué)鳥中的每一個(gè)也與第二組的多個(gè)水平鳥分別相連。多纜船采集作業(yè)時(shí)，在各條拖纜上按照一定的間隔及順序掛載上聲學(xué)鳥及水平鳥，這些聲學(xué)鳥和水平鳥組成測距網(wǎng)格。水上設(shè)備(包括數(shù)據(jù)處理器DMU、及電纜通信控制器LIU、拖纜水平控制主機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng))接收各條拖纜上的水平鳥及聲學(xué)鳥狀態(tài)及數(shù)據(jù)、向水平鳥下發(fā)控制命令。
[0006]多纜船在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，設(shè)定其中的一條纜為基準(zhǔn)纜，則該纜上的水平鳥的角度在整個(gè)拖曳過程中不進(jìn)行自我閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，在拖纜水平控制主機(jī)控制軟件界面上設(shè)定電纜之間的目標(biāo)距離和各種控制參數(shù)；
[0007]船上的拖纜水平控制主機(jī)向DMU發(fā)送配置、角度等指令信息，DMU將指令信息發(fā)送給LIU5LIU分析指令后，發(fā)送給相應(yīng)的電纜上的水平鳥；水下電纜上的水平鳥和聲學(xué)鳥按照配置的內(nèi)容進(jìn)行工作，水平鳥通過聲學(xué)接收模塊接收聲學(xué)鳥的聲脈沖信號，進(jìn)行水聲通信延時(shí)的計(jì)算，將測距時(shí)延信息通過LIU和DMU傳送回拖纜水平控制主機(jī)進(jìn)行處理，其中測距時(shí)延信息傳送給導(dǎo)航系統(tǒng)，導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算出每條電纜節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際距離信息，并將距離信息發(fā)送給拖纜水平控制主機(jī)，拖纜水平控制主機(jī)依據(jù)這些距離信息計(jì)算出維持電纜按照目標(biāo)間距所需轉(zhuǎn)動的翼板攻角，通過DMU和LIU發(fā)送給水下電纜上的水平鳥，通過水平鳥的翼板攻角變化來調(diào)整電纜之間的距離，使電纜之間距離達(dá)到目標(biāo)間距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊，其功耗低、工作可靠、集成度高，適合于海洋多線陣作業(yè)環(huán)境。
[0009]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊，包括:
[0010]聲學(xué)接收處理單元，用于獲取聲學(xué)鳥的聲學(xué)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述聲學(xué)數(shù)據(jù)生成測距時(shí)延信息；
[0011]姿態(tài)測量單元，用于獲取所述水平控制裝置的姿態(tài)數(shù)據(jù)；
[0012]深度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的深度數(shù)據(jù)；
[0013]溫度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的溫度數(shù)據(jù)；
[0014]電池供電單元，用于提供電能；
[0015]電機(jī)驅(qū)動與控制單元，用于驅(qū)動與所述水平控制裝置的水平翼板相連的電機(jī)，并控制所述電機(jī)的啟動、剎車和正、反轉(zhuǎn)；
[0016]微處理器，用于接收所述姿態(tài)數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)；控制所述電池供電單元及所述電機(jī)驅(qū)動與控制單元；從所述聲學(xué)接收處理單元接收測距時(shí)延信息并發(fā)送給拖纜水平控制主機(jī)。
[0017]可選地，所述深度采集單元包括:
[0018]壓力傳感器，用于將其膜片采集到的水平控制裝置的深度壓力量轉(zhuǎn)化為電壓變化的電信號；
[0019]采集子單元，用于對所述壓力傳感器轉(zhuǎn)化得到的電信號進(jìn)行量化。
[0020]可選地，所述采集子單元包括:
[0021]TLC2543芯片，其中REF -和GND引腳接地，REF+引腳接參考電壓；
[0022]第一電容，一端接地，另一端與所述TLC2543芯片的VCC引腳相連，并連接高電平；
[0023]第二電容，為電解電容，正極連接所述高電平，負(fù)極接地；
[0024]第三電容，一端接地，另一端連接與所述TLC2543芯片的CLK引腳相連；
[0025]第一電阻，第二電阻，均一端接地；
[0026]第三電阻，一端與所述TLC2543芯片的DATO引腳相連，另一端與所述第二電阻不接地的一端相連；
[0027]第四電阻，一段與所述TLC2543芯片的EOC引腳相連，另一端與所述第一電阻不接地的一端相連。
[0028]可選地,所述電池供電單元包括:
[0029]第一電池組、第二電池組、電池過流報(bào)警芯片；
[0030]電池電流測量芯片，用于測量所連接的電池組輸出的電流是否超過額定電流，當(dāng)超過時(shí)觸發(fā)所述電池過流報(bào)警芯片向所述微處理器發(fā)出報(bào)警信號；
[0031]穩(wěn)壓供電輸出芯片，通過所述電池電流測量芯片與電池組相連，用于將所連接的電池組輸出的7.2V供電電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓輸出給所述微處理器；
[0032]開關(guān)電路，用于導(dǎo)通或關(guān)斷所述第二電池組與所述電池電流測量單元之間的連接。
[0033]可選地，所述電池電流測量芯片包括:
[0034]精密電流傳感放大器MAX471，SIGN引腳通過一個(gè)IOk Ω的電阻輸出邏輯供應(yīng)電壓；
[0035]電壓源，正極連接所述MAX471的RS+引腳，負(fù)極接地并連接所述MAX471的SHDN和GND引腳，并通過一個(gè)2k Ω的電阻與MAX471的OUT引腳相連；
[0036]所述電池過流報(bào)警芯片包括:
[0037]第五電阻、第六電阻；
[0038]低功耗軌至軌比較器LT1542CS8，Vcc引腳連接高電平，Vss引腳接地；IN+引腳通過所述第五電阻連接所述高電平，并通過所述第六電阻接地。
[0039]可選地，所述電機(jī)驅(qū)動與控制單元包括:
[0040]電機(jī)驅(qū)動升壓電路，采用DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器MAX1771芯片，用于提供驅(qū)動源；
[0041]電機(jī)驅(qū)動電路，選用電機(jī)驅(qū)動芯片LMD18200，用于提供對電機(jī)的驅(qū)動電流及電壓，采用PWM方式驅(qū)動電機(jī)啟動、剎車以及正反轉(zhuǎn)；檢測電機(jī)電流并轉(zhuǎn)換為電壓發(fā)送給所述微處理器；當(dāng)收到所述微處理器的關(guān)斷指令時(shí)停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0042]可選地，所述溫度采集單元采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。
[0043]可選地，所述微處理器包括:
[0044]主控單片機(jī)，用于通過所述姿態(tài)采集單元采集姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過所述溫度采集單元采集溫度數(shù)據(jù)，通過所述深度采集單元采集深度數(shù)據(jù)；以及控制所述電池供電單元；
[0045]輔控單片機(jī)，用于進(jìn)行對電機(jī)驅(qū)動與控制單元的控制，以及采集所述水平翼板的角度反饋量；
[0046]通訊單片機(jī)，用于接收拖纜水平控制主機(jī)下發(fā)的配置信息及控制指令并發(fā)送給所述聲學(xué)接收處理單元，將所述主控單片機(jī)接收的水平控制裝置的姿態(tài)數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)、以及所述聲學(xué)接收處理單元發(fā)送的測距時(shí)延信息上傳給拖纜水平控制主機(jī)。
[0047]所述主控、輔控、通訊單片機(jī)選用MSP430系列的單片機(jī)MSP430F169。
[0048]可選地,所述姿態(tài)測量單元包括:
[0049]全固態(tài)三軸磁強(qiáng)計(jì)、MEMS 二軸加速度計(jì)、低通濾波器和微處理器芯片。
[0050]可選地，所述聲學(xué)接收處理單元包括:
[0051]電源管理子單元、接收換能器、通信接口 ；[0052]電源接口，用于連接外部電源；
[0053]信號處理子單元，通過所述電源管理子單元連接所述電源接口 ；采用頻移鍵控方式，通過所述通信接口接收拖纜水平控制主機(jī)的配置信息及控制指令；當(dāng)接收到同步的指令時(shí)，按照所述配置信息通過所述接收換能器，選擇不同時(shí)間接收不同頻率接收聲學(xué)數(shù)據(jù)；當(dāng)接收到停止接收信號的指令時(shí)，停止所述接收換能器的接收，并計(jì)算出每個(gè)信道接收的聲學(xué)數(shù)據(jù)的測距時(shí)延信息，將所述測距時(shí)延信息上傳給所述微處理器。
[0054]本發(fā)明中所述的水平控制裝置是一個(gè)海洋聲學(xué)接收聲納，與海洋拖曳線陣上的發(fā)射聲波信息的聲學(xué)鳥組成測距網(wǎng)絡(luò)，本電路模塊可接收聲學(xué)鳥的聲學(xué)信息并測距，此測距信息可以反映拖曳多線陣之間的間距和線陣軌跡。本電路模塊具有自動橫向控制功能，可根據(jù)被控制目標(biāo)的間距情況，接收指令并調(diào)節(jié)被控目標(biāo)達(dá)到指定間距。本電路模塊各個(gè)部件采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝簡單、維修方便，功耗低；本電路模塊集成度高、工作可靠。本電路模塊采用電池供電，超低功耗，工作時(shí)間長。本電路模塊接口簡單、工作可靠、適合海洋作業(yè)環(huán)境；可以有效控制拖纜間距，保障地震采集作業(yè)順利進(jìn)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0055]圖1為水平鳥工作原理連接框圖；
[0056]圖2為實(shí)施例一的電路模塊的示意框圖；
[0057]圖3為實(shí)施例一中深度采集單元中采集子單元的電路示意圖；
[0058]圖4為電池組與連接器的連接示意圖；
[0059]圖5為連接器的引腳定義示意圖；
[0060]圖6為實(shí)施例一中電源供電單元的示意框圖；
[0061]圖7為實(shí)施例一中電池電流測量芯片的示意框圖；
[0062]圖8為實(shí)施例一中電池過流報(bào)警芯片的示意框圖；
[0063]圖9為實(shí)施例一中聲學(xué)接收處理單兀的不意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
[0065]需要說明的是，如果不沖突，本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。另外，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。
[0066]用于拖纜多線陣的水平控制裝置是一個(gè)聲學(xué)測距聲納與橫向控制的綜合體，在其一個(gè)封閉的空間內(nèi)集成了聲納測距和水平翼板角度的自動閉環(huán)控制，該裝置由電池組進(jìn)行供電工作。該水平控制裝置實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、拖纜間距測試工作、電源科學(xué)管理、通信以及翼板角度的控制等全部功能。由于在海里惡劣的環(huán)境下工作，要求內(nèi)部電路必須具有低功耗性能和高度集成化。
[0067]水平控制裝置掛載于地震拖纜外部，水平控制裝置內(nèi)部的電路模塊可以通過線圈接收船載控制設(shè)備的配置管理、控制，執(zhí)行測距等各項(xiàng)任務(wù)，水平控制裝置的測距工作通過聲學(xué)換能器來接收聲學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)測距功能。水平控制裝置需要實(shí)現(xiàn)的主要功能如下:
[0068](I)在水中拖曳航行時(shí)，通過改變翼板的攻角能夠?qū)ν侠|的水平方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且在水中保持良好的姿態(tài)；
[0069](2)通過標(biāo)準(zhǔn)卡環(huán)掛接在電纜上，能夠通過內(nèi)置的線圈和雙絞線與船上的控制器進(jìn)行通信；
[0070](3)具有橫向調(diào)節(jié)功能，內(nèi)置深度傳感器、聲學(xué)測距裝置和傾角傳感器，可以接收聲學(xué)鳥的測量數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)傳輸給船上控制器，并根據(jù)船上控制器在對聲學(xué)數(shù)據(jù)及導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后的控制指令進(jìn)行橫向調(diào)整；
[0071](4)電池采用鋰亞硫硒氯類型電池，電池封裝為A、B兩組，延長裝置的連續(xù)工作時(shí)間。
[0072]水平控制裝置所要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo):
[0073]通信形式采用FSK (頻移鍵控)通信，通信距離無中繼情況下6.4km ;通信波特率2400bps ；
[0074]深度測量范圍:0?IOOm ;測量精度為:0.3% ；
[0075]傾角測量范圍:-45°?+45°，測量精度±0.5° ；
[0076]聲學(xué)測量:精度0.1ms ;分辨率0.05ms ;最大接收節(jié)點(diǎn)數(shù)量:8個(gè)；
[0077]電池組容量:26Ah。
[0078]本發(fā)明的實(shí)施例針對水平控制裝置的上述特點(diǎn)，提供了一種電路模塊。
[0079]實(shí)施例一、一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊，如圖2所示，包括:
[0080]聲學(xué)接收處理單元，用于獲取聲學(xué)鳥的聲學(xué)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述聲學(xué)數(shù)據(jù)生成測距時(shí)延信息；
[0081]姿態(tài)測量單元，用于獲取所述水平控制裝置的姿態(tài)數(shù)據(jù)；
[0082]深度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的深度數(shù)據(jù)；
[0083]溫度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的溫度數(shù)據(jù)；
[0084]電池供電單元，用于提供電能；
[0085]電機(jī)驅(qū)動與控制單元，用于驅(qū)動與所述水平控制裝置的水平翼板相連的電機(jī)，并控制所述電機(jī)的啟動、剎車和正、反轉(zhuǎn)；
[0086]微處理器，用于接收所述姿態(tài)數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)；控制所述電池供電單元及所述電機(jī)驅(qū)動與控制單元；從所述聲學(xué)接收處理單元接收測距時(shí)延信息。
[0087]本實(shí)施例中，通過各個(gè)單元協(xié)調(diào)工作，能夠使水平控制裝置完成通信、采集、測量和控制等功能，以實(shí)現(xiàn)對三維地震采集系統(tǒng)的電纜展開控制，提高作業(yè)效率，優(yōu)化數(shù)據(jù)質(zhì)量。
[0088]本實(shí)施例中，所述深度采集單元具體可以包括:
[0089]壓力傳感器，用于將其膜片采集到的水平控制裝置的深度壓力量轉(zhuǎn)化為電壓變化的電信號；
[0090]采集子單元，用于對所述壓力傳感器轉(zhuǎn)化得到的電信號進(jìn)行量化。
[0091 ] 本實(shí)施例中，所述采集子單元還可以實(shí)現(xiàn)水平控制裝置的電池電壓、電池電流和電機(jī)電流等模擬參量的數(shù)字化。
[0092]本實(shí)施例中，所述壓力傳感器選用高穩(wěn)定性和高可靠性的壓阻式壓力傳感器和高性能的變送器專用電路，整體性能穩(wěn)定可靠，并且具有短路保護(hù)和反極性保護(hù)功能。
[0093]所述壓力傳感器的技術(shù)指標(biāo)如下:[0094]測量范圍:0?100米；
[0095]精確度:優(yōu)于0.3%FS ；
[0096]工作溫度:_30°C?80°C；
[0097]供電電源:5(I 土2%) VDC ；
[0098]殼體:不銹鋼316LC (三線)。
[0099]本實(shí)施例中，所述采集子單元如圖3所示，可以但不限于包括:
[0100]TLC2543芯片，這是一個(gè)12位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，有11個(gè)輸入通道，供電電流僅需ImA(典型值);其中REF -和GND引腳接地(圖3中的GNDcell), REF+引腳接參考電壓；圖3中I?20為該芯片的引腳編號；
[0101 ] 第一電容C5，一端接地，另一端與所述TLC2543芯片的VCC弓丨腳相連，并連接高電平；
[0102]第二電容C6，為電解電容，正極連接所述高電平，負(fù)極接地；
[0103]第三電容C102，一端接地，另一端連接與所述TLC2543芯片的CLK引腳相連；
[0104]第一電阻R22，第二電阻R23，均一端接地；
[0105]第三電阻R71，一端與所述TLC2543芯片的DATO弓丨腳相連，另一端與所述第二電阻R23不接地的一端相連；
[0106]第四電阻R70，一段與所述TLC2543芯片的EOC引腳相連，另一端與所述第一電阻R22不接地的一端相連。
[0107]其中，所述第一電容C5的大小可以為0.01 μ F，所述第二電容C6的大小可以為10UF，所述第三電容C102的大小可以為50pF ;所述高電平可以為直流5V (圖3中的5Vad);所述參考電壓可以也為5V (圖3中的5Vref);所述第一、第二電阻的大小可以為10ΚΩ，所述第三、第四電阻的大小可以為5ΚΩ。
[0108]TLC2543芯片中，初始狀態(tài)下CS (CS*引腳)應(yīng)設(shè)為高，I/O時(shí)鐘(CLK引腳)和DATA(DATIN引腳)使能，DATAOUT (DAT0引腳)輸出高阻態(tài)。使CS置低，啟動轉(zhuǎn)換時(shí)序，DATA0UT按照系統(tǒng)時(shí)序要求進(jìn)行轉(zhuǎn)換。I/O周期由外部提供的I/O時(shí)鐘定義為8、12或16個(gè)時(shí)鐘周期，具體決定于設(shè)定的位數(shù)。轉(zhuǎn)換周期由和I/O時(shí)鐘同步的內(nèi)部時(shí)鐘控制。在轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，設(shè)備對模擬輸入電壓進(jìn)行連續(xù)的近似轉(zhuǎn)換，EOC引腳在轉(zhuǎn)換開始時(shí)被拉低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)被拉高，輸出數(shù)據(jù)寄存器同時(shí)也被鎖存。轉(zhuǎn)換過程在I/O周期結(jié)束后啟動(之前完成采樣過程)，這樣可以把外部數(shù)字噪音對轉(zhuǎn)換精度的影響降到最小。
[0109]本實(shí)施例中，所述溫度采集單元主要實(shí)現(xiàn)對水平控制裝置內(nèi)部的工作環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，操作人員通過拖纜水平控制主機(jī)軟件可以實(shí)時(shí)了解水平控制裝置內(nèi)部的工作環(huán)境。
[0110]所述溫度采集單元可以但不限于采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，該芯片是第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，DS1820接口方式比較簡單，不占用系統(tǒng)硬件資源，且測量范圍較寬，溫度測量范圍為-55°C?125°C，在-10°C?85°C內(nèi)，精度為±0.5°C，該芯片支持3V?5V的電壓范圍，且采集工作時(shí)功耗為1mA，不工作時(shí)為IOOuA級。
[0111]DS18B20用12位存儲溫度值，其工作過程為:
[0112]初始化；
[0113]ROM操作命令；
[0114]存儲器操作命令；[0115]時(shí)序操作。
[0116]本實(shí)施例中，所述電池供電單元可以但不限于采用高能鋰電池ER34615M，該電池容量大(13Ah)、放電電流大(脈沖電流1.8A)。電池供電單元為整個(gè)系統(tǒng)正常工作提供能量，所述電池供電單元中可以包括兩組電池(第一電池組、第二電池組)，每組電池為7.2伏；系統(tǒng)開始工作時(shí)，首先由第一電池組給系統(tǒng)供電，第二電池組處于斷開狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝浑姵亟M電量用完，系統(tǒng)自動切換到第二電池組，第一電池組和第二電池組同時(shí)給系統(tǒng)供電。
[0117]如圖4所示，所述第一、第二電池組可以通過連接器與其它部件相連:
[0118]所述第一電池組的正極通過第一保險(xiǎn)絲連接所述連接器的第一接頭，負(fù)極連接所述連接器的第二接頭；
[0119]所述第二電池組的正極通過第二保險(xiǎn)絲連接所述連接器的第三接頭，負(fù)極連接所述連接器的第二接頭。
[0120]所述第一、第二保險(xiǎn)絲的規(guī)格可以但不限于為2A。
[0121 ] 所述連接器可以選用與其它電池連接插頭一致的連接器，使電池的接頭連接器引腳定義一致，如圖5所示，當(dāng)連接器的6個(gè)孔的位置偏于連接器表面的右側(cè)時(shí)，內(nèi)側(cè)的3個(gè)孔從上到下依次為所述第三接頭VB+ (連接所述第二電池組的正極)，所述第一接頭VA+ (連接所述第二電池組的正極)，及所述第二接頭GND (連接所述第一、第二電池組的負(fù)極)。
[0122]本實(shí)施例中，如圖6所示，所述電池供電單元除了所述第一電池組、第二電池組以外還可以包括:
[0123]電池過流報(bào)警芯片；
[0124]電池電流測量芯片，用于測量所連接的電池組輸出的電流是否超過額定電流，當(dāng)超過時(shí)觸發(fā)所述電池過流報(bào)警芯片向所述微處理器發(fā)出報(bào)警信號；
[0125]穩(wěn)壓供電輸出芯片，通過所述電池電流測量芯片與電池組相連，用于將所連接的電池組輸出的7.2V供電電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓輸出給所述微處理器；
[0126]開關(guān)電路，用于導(dǎo)通或關(guān)斷所述第二電池組與所述電池電流測量單元之間的連接。
[0127]只有在所述開關(guān)電路導(dǎo)通后，所述第二電池組的輸出才能輸送至電池電流測量單元。電池組的供電輸出先輸送至電池電流測量芯片，電池電流測量芯片輸出經(jīng)穩(wěn)壓供電輸出芯片輸送至微處理器，當(dāng)電池組輸出電流超過限定電流時(shí)，電池過流報(bào)警單元會向微處理器發(fā)出報(bào)警信號，以關(guān)斷系統(tǒng)其他部分供電。
[0128]本實(shí)施例中，所述電池電流測量芯片如圖7所示，可以但不限于包括:
[0129]精密電流傳感放大器MAX471，該芯片內(nèi)置35πιΩ精密傳感電阻，可測量電流的上下限為±3Α ;并且其工作電流只有IOOuA,靜態(tài)電流更低至18uA，極適合于電池供電系統(tǒng)；SIGN引腳通過一個(gè)IOOkQ的電阻輸出邏輯供應(yīng)電壓(LOGIC SUPPLY)；
[0130]電壓源，規(guī)格為3V?36V ;正極連接所述MAX471的RS+引腳，負(fù)極接地并連接所述MAX471的SHDN和GND引腳，并通過一個(gè)2k Ω的電阻與MAX471的OUT引腳相連。
[0131]本實(shí)施例中，所述電池過流報(bào)警芯片如圖8所示，可以但不限于包括:
[0132]第五電阻R1、第六電阻R2 ;
[0133]低功耗軌至軌比較器LT1542CS8，其工作電壓范圍較寬為O?13V，且自帶節(jié)電功能引腳；最大工作電流14uA，靜態(tài)工作電流只有5uA，適合于低功耗應(yīng)用系統(tǒng)。Vcc引腳連接高電平(5V)，Vss引腳接地；IN+引腳通過所述第五電阻Rl連接所述高電平，并通過所述第六電阻R2接地；
[0134]本實(shí)施例中，所述電機(jī)驅(qū)動與控制單元主要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對直流無刷電機(jī)的驅(qū)動及控制功能。通過對電機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)對水平控制裝置的水平翼板的左右角度的控制，在拖曳在一定的速度下，使得拖曳具有往右或往左運(yùn)動的軌跡，從而達(dá)到對拖曳之間的距離的控制。
[0135]所述電機(jī)驅(qū)動與控制單元具體可以包括:
[0136]電機(jī)驅(qū)動升壓電路，用于提供驅(qū)動源；
[0137]電機(jī)驅(qū)動電路，用于提供對電機(jī)的驅(qū)動電流及電壓，采用PWM方式驅(qū)動電機(jī)啟動、剎車以及正反轉(zhuǎn)；檢測電機(jī)電流并轉(zhuǎn)換為電壓發(fā)送給所述微處理器；當(dāng)收到所述微處理器的關(guān)斷指令時(shí)停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0138]所述電機(jī)驅(qū)動升壓電路可以但不限于采用MAX頂公司的高效率、可調(diào)整輸出DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器MAX1771芯片。該器件具有高達(dá)90%的轉(zhuǎn)換效率，節(jié)電模式下低至5uA的功耗，輸入電壓范圍2V到16.5V，開關(guān)頻率高達(dá)300KHZ。
[0139]所述電機(jī)驅(qū)動電路可以但不限于選用專用電機(jī)驅(qū)動芯片LMD18200，該芯片是專用的H橋組件芯片，并且它具有溫度報(bào)警和過熱與短路保護(hù)功能，同時(shí)，它的峰值輸出電流高達(dá)6A，連續(xù)輸出電流達(dá)3A，工作電壓高達(dá)55V，且同一芯片上集成有CMOS (ComplementaryMetal Oxide Semiconductor),互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)控制電路和DM0S(double-diffusedMOSFET,雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)功率器件。
[0140]該芯片峰值輸出電流高達(dá)6A，連續(xù)輸出電流達(dá)3A，工作電壓高達(dá)55V，TTL/CM0S兼容電平的輸入，具有溫度報(bào)警和過熱與短路保護(hù)功能，具有良好的抗干擾性。該芯片有11個(gè)引腳，采用T0-220封裝。
[0141]LMD18200內(nèi)部集成了 4個(gè)DMOS管，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的H型驅(qū)動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個(gè)開關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個(gè)300kHz左右的工作頻率?？稍诘谝灰_(B00T1引腳)、第十一引腳(B00T2引腳)外接電容形成第二個(gè)充電泵電路，外接電容越大，向開關(guān)管柵極輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時(shí)間越短，工作頻率可以更高。第二引腳(0UT1引腳)、第十引腳(0UT2引腳)接直流電機(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從第二引腳到第十引腳；反轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從第十引腳到第二引腳。電流檢測輸出第八引腳(lout引腳)可以接一個(gè)對地電阻，通過電阻來輸出過流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過電流閾值為10A，當(dāng)超過該值時(shí)會自動封鎖輸出，并周期性的自動恢復(fù)輸出。如果過電流持續(xù)時(shí)間較長，過熱保護(hù)將關(guān)閉整個(gè)輸出。過熱信號還可通過第九引腳(Tout引腳)輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到145度時(shí)第九引腳有輸出信號。
[0142]電機(jī)在運(yùn)行過程中，由于負(fù)載的變化，電機(jī)電流會發(fā)生變化，當(dāng)電機(jī)電流過大時(shí)，會迅速導(dǎo)致電池電壓的下降，最終會導(dǎo)致系統(tǒng)工作崩潰。因此，提供電機(jī)過流保護(hù)功能是相當(dāng)必要的。利用LMD18200自帶的電機(jī)電流檢測引腳檢測電機(jī)電流，并將檢測到的電流轉(zhuǎn)換成電壓送給所述微處理器處理；當(dāng)檢測到的電壓大于某一閾值，所述微處理器輸出控制信號關(guān)斷驅(qū)動的供電，同時(shí)置位LMD18200的第四引腳(BRAKE引腳)，停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到電機(jī)過流保護(hù)的功能。
[0143]本實(shí)施例中，所述微處理器具體可以包括:[0144]主控單片機(jī)，用于通過所述姿態(tài)采集單元采集姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過所述溫度采集單元采集溫度數(shù)據(jù)，通過所述深度采集單元采集深度數(shù)據(jù)；以及控制所述電池供電單元；
[0145]輔控單片機(jī)，用于進(jìn)行對電機(jī)驅(qū)動與控制單元的控制，以及采集所述水平翼板的角度反饋量；
[0146]通訊單片機(jī)，用于接收拖纜水平控制主機(jī)下發(fā)的配置信息及控制指令并發(fā)送給所述聲學(xué)接收處理單元，將所述主控單片機(jī)接收的水平控制裝置的姿態(tài)數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)、以及所述聲學(xué)接收處理單元發(fā)送的測距時(shí)延信息上傳給拖纜水平控制主機(jī)。
[0147]所述主控單片機(jī)還可以用于采集電壓電流數(shù)據(jù)；所述輔控單片機(jī)還可以用于對編碼進(jìn)行控制。
[0148]本實(shí)施例中，所述微處理器中的主控、輔控、通訊單片機(jī)均可以選用MSP430系列的單片機(jī)MSP430F169，該單片機(jī)具有以下特點(diǎn):
[0149]低電壓，超低功耗，該單片機(jī)的在1.8~3.6V電壓工作，在IMHz的時(shí)鐘條件下，耗電電流小于400uA，休眠模式下只有幾十微安。
[0150]本實(shí)施例中，所述姿態(tài)測量主要是實(shí)時(shí)測量水平控制裝置的橫滾、俯仰和航向角，達(dá)到對拖曳的軌跡實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0151]所述姿態(tài)測量單元可以但不限于為磁羅盤，本實(shí)施例中可以將其電路集成嵌入設(shè)計(jì)在控制電路板上，同整個(gè)控制電路板設(shè)計(jì)成一體。
[0152]所述姿態(tài)測量 單元包括:
[0153]全固態(tài)三軸磁強(qiáng)計(jì)、MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))二軸加速度計(jì)、低通濾波器和微處理芯片芯片；這些部件均可采用目前已有的。其姿態(tài)性能指標(biāo)為:
[0154]航向角測量范圍:0°~360°
[0155]精度:傾斜角〈30。，土0.5。；傾斜角≥ 30°，±0.8。；
[0156]分辨力:0.1°
[0157]重復(fù)性:±0.1。
[0158]俯仰角:測量范圍:±50° ;
[0159]精度:傾斜角〈30。，±0.3。；傾斜角≥30° ;±0.5。；
[0160]分辨力:0.1° ;
[0161]重復(fù)性:±0.1°；
[0162]橫滾角:測量范圍:±50° ;
[0163]精度:傾斜角〈30°，土0.3° ;傾斜角≥ 30°，±0.5° ；
[0164]分辨力:0.1° ;
[0165]重復(fù)性:±0.1° ；
[0166]本實(shí)施例中，所述聲學(xué)接收處理單元如圖9所示，具體可以包括:
[0167]電源管理子單元、接收換能器、通信接口 ；
[0168]電源接口，用于連接外部電源；
[0169]信號處理子單元，通過所述電源管理子單元連接所述電源接口 ；采用頻移鍵控方式，通過所述通信接口接收拖纜水平控制主機(jī)的配置信息及控制指令；當(dāng)接收到同步的指令時(shí)，按照所述配置信息通過所述接收換能器，選擇不同時(shí)間接收不同頻率接收聲學(xué)數(shù)據(jù)；當(dāng)接收到停止接收信號的指令時(shí)，停止所述接收換能器的接收，并計(jì)算出每個(gè)信道接收的聲學(xué)數(shù)據(jù)的測距時(shí)延信息，將所述測距時(shí)延信息上傳給所述微處理器。
[0170]聲學(xué)接收處理單元和所述微處理器可以通過串口線和控制線連接，所述微處理器按照數(shù)據(jù)格式要求將所述測距時(shí)延信息發(fā)送給船上DMU，完成整個(gè)接收的工作過程。
[0171]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于拖曳多線陣的水平控制裝置的電路模塊，其特征在于，包括: 聲學(xué)接收處理單元，用于獲取聲學(xué)鳥的聲學(xué)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述聲學(xué)數(shù)據(jù)生成測距時(shí)延信息； 姿態(tài)測量單元，用于獲取所述水平控制裝置的姿態(tài)數(shù)據(jù)； 深度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的深度數(shù)據(jù)； 溫度采集單元，用于獲取所述水平控制裝置的溫度數(shù)據(jù)； 電池供電單元，用于提供電能； 電機(jī)驅(qū)動與控制單元，用于驅(qū)動與所述水平控制裝置的水平翼板相連的電機(jī)，并控制所述電機(jī)的啟動、剎車和正、反轉(zhuǎn)； 微處理器，用于接收所述姿態(tài)數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)；控制所述電池供電單元及所述電機(jī)驅(qū)動與控制單元；從所述聲學(xué)接收處理單元接收測距時(shí)延信息并發(fā)送給拖纜水平控制主機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述深度采集單元包括: 壓力傳感器，用于將其膜片采集到的水平控制裝置的深度壓力量轉(zhuǎn)化為電壓變化的電信號; 采集子單元，用于對所述壓力傳感器轉(zhuǎn)化得到的電信號進(jìn)行量化。
3.如權(quán)利要求2所述的電路模塊，其特征在于，所述采集子單元包括: TLC2543芯片，其中REF -和GND引腳接地，REF+引腳接參考電壓； 第一電容，一端接地，另一端與所述TLC2543芯片的VCC引腳相連，并連接高電平； 第二電容，為電解電容，正極連接所述高電平，負(fù)極接地； 第三電容，一端接地，另一端連接與所述TLC2543芯片的CLK引腳相連； 第一電阻，第二電阻，均一端接地； 第三電阻，一端與所述TLC2543芯片的DATO引腳相連，另一端與所述第二電阻不接地的一端相連； 第四電阻，一段與所述TLC2543芯片的EOC引腳相連，另一端與所述第一電阻不接地的一端相連。
4.如權(quán)利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述電池供電單元包括: 第一電池組、第二電池組、電池過流報(bào)警芯片； 電池電流測量芯片，用于測量所連接的電池組輸出的電流是否超過額定電流，當(dāng)超過時(shí)觸發(fā)所述電池過流報(bào)警芯片向所述微處理器發(fā)出報(bào)警信號； 穩(wěn)壓供電輸出芯片，通過所述電池電流測量芯片與電池組相連，用于將所連接的電池組輸出的7.2V供電電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓輸出給所述微處理器； 開關(guān)電路，用于導(dǎo)通或關(guān)斷所述第二電池組與所述電池電流測量單元之間的連接。
5.如權(quán)利要求4所述的電路模塊，其特征在于，所述電池電流測量芯片包括: 精密電流傳感放大器MAX471，SIGN引腳通過一個(gè)IOkQ的電阻輸出邏輯供應(yīng)電壓； 電壓源，正極連接所述MAX471的RS+引腳，負(fù)極接地并連接所述MAX471的SHDN和GND引腳，并通過一個(gè)2k Ω的電阻與MAX471的OUT引腳相連； 所述電池過流報(bào)警芯片包括: 第五電阻、第六電阻；低功耗軌至軌比較器LT1542CS8，Vcc引腳連接高電平，Vss引腳接地；IN+引腳通過所述第五電阻連接所述高電平，并通過所述第六電阻接地。
6.如權(quán)利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述電機(jī)驅(qū)動與控制單元包括: 電機(jī)驅(qū)動升壓電路，采用DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器MAX1771芯片，用于提供驅(qū)動源； 電機(jī)驅(qū)動電路，選用電機(jī)驅(qū)動芯片LMD18200，用于提供對電機(jī)的驅(qū)動電流及電壓，采用PWM方式驅(qū)動電機(jī)啟動、剎車以及正反轉(zhuǎn)；檢測電機(jī)電流并轉(zhuǎn)換為電壓發(fā)送給所述微處理器；當(dāng)收到所述微處理器的關(guān)斷指令時(shí)停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的電路模塊，其特征在于: 所述溫度采集單元采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。
8.如權(quán)利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述微處理器包括: 主控單片機(jī)，用于通過所述姿態(tài)采集單元采集姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過所述溫度采集單元采集溫度數(shù)據(jù)，通過所述深度采集單元采集深度數(shù)據(jù)；以及控制所述電池供電單元； 輔控單片機(jī)，用于進(jìn)行對電機(jī)驅(qū)動與控制單元的控制，以及采集所述水平翼板的角度反饋量; 通訊單片機(jī)，用于接收拖纜水平控制主機(jī)下發(fā)的配置信息及控制指令并發(fā)送給所述聲學(xué)接收處理單元，將所 述主控單片機(jī)接收的水平控制裝置的姿態(tài)數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)、以及所述聲學(xué)接收處理單元發(fā)送的測距時(shí)延信息上傳給拖纜水平控制主機(jī)； 所述主控、輔控、通訊單片機(jī)選用MSP430系列的單片機(jī)MSP430F169。
9.如權(quán)利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述姿態(tài)測量單元包括: 全固態(tài)三軸磁強(qiáng)計(jì)、MEMS 二軸加速度計(jì)、低通濾波器和微處理器芯片。
10.如權(quán)利要求1所述的電路模塊，其特征在于，所述聲學(xué)接收處理單元包括: 電源管理子單元、接收換能器、通信接口 ； 電源接口，用于連接外部電源； 信號處理子單元，通過所述電源管理子單元連接所述電源接口 ；采用頻移鍵控方式，通過所述通信接口接收拖纜水平控制主機(jī)的配置信息及控制指令；當(dāng)接收到同步的指令時(shí)，按照所述配置信息通過所述接收換能器，選擇不同時(shí)間接收不同頻率接收聲學(xué)數(shù)據(jù)；當(dāng)接收到停止接收信號的指令時(shí)，停止所述接收換能器的接收，并計(jì)算出每個(gè)信道接收的聲學(xué)數(shù)據(jù)的測距時(shí)延信息，將所述測距時(shí)延信息上傳給所述微處理器。
【文檔編號】G01V1/38GK103760604SQ201410019411
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】王德亮, 段瑞芳, 康真威, 黃德友, 蔣國軍, 阮福明, 沈銳, 肖仁彪, 任宏偉 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司, 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所