崔樹起,賀俊琪,徐宏田,王維田

(1.東方地球物理勘探有限責任公司大慶物探二公司裝備服務(wù)中心 吉林 松原 138000;2.東方地球物理勘探有限責任公司采集技術(shù)中心 河北 涿州 071000;3.東方地球物理勘探有限責任公司裝備服務(wù)中心 河北 涿州 071000)

0 引 言

近年來氣槍震源在淺灘、河流及過渡帶區(qū)域的應(yīng)用中,采用GCSLink同步控制器與428XL聯(lián)機已成為主流勘探方式之一。然而在今年年初東方公司在東非某內(nèi)陸湖中標的三維水上區(qū)塊生產(chǎn)過程中,我們發(fā)現(xiàn)氣槍船在導(dǎo)航作業(yè)模式時,GCSLink同步控制器發(fā)出的外部GO信號不能啟動428XL儀器。盡管目前普遍的解決方案是由儀器操作員使用內(nèi)部GO的操作方式來代替外部GO信號,但這種方法有一系列弊端,如不能實現(xiàn)自動放炮,不但生產(chǎn)效率低下,還容易出現(xiàn)錯誤。因此需要研究一個切實可行的聯(lián)機方案,以實現(xiàn)兩者之間的順利聯(lián)機。值得一提的是,GCSLink同步控制器與408UL地震儀器聯(lián)機時,無需任何軟硬件設(shè)置,GCSLink同步控制器發(fā)出的外部GO信號可以啟動408UL地震儀器。然而,由于408UL已經(jīng)退出物探舞臺,被428XL儀器所取代,因此需要探索新的解決方案。

針對這個問題,對GCSLink同步控制器與428XL儀器的聯(lián)機方式進行了深入研究,發(fā)現(xiàn)外部GO信號不能啟動428XL儀器的根本原因是信號不兼容。為了解決這個問題,我們提出了一個切實可行的方案,利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來設(shè)計一個新的聯(lián)機方式,解決GCSLink同步控制器發(fā)出的外部GO信號不能啟動428XL儀器的問題。使得氣槍船可以在導(dǎo)航模式下連續(xù)放炮,428XL儀器自動接收,實現(xiàn)了采集生產(chǎn)的自動化,提高了生產(chǎn)效率和準確性。

1 導(dǎo)航系統(tǒng)、Bigshot槍控器、GCSLink2000同步控制器與地震儀器聯(lián)機工作原理

導(dǎo)航系統(tǒng)、Bigshot槍控器、GCSLink同步控制器與地震儀器的聯(lián)機示意圖如圖1所示。

圖1 槍控震源系統(tǒng)與儀器聯(lián)機示意圖

當氣槍船沿著所設(shè)計的航線以某一速度前進時﹐距離預(yù)定的激發(fā)炮點還有1 750 ms時,導(dǎo)航軟件發(fā)出閉合信號,啟動GCSLink-Slave 單元。Slave單元隨后在50 μs之內(nèi)通過電臺啟動GCSLink-Master單元,雙方同步后,各自將時序歸零﹐即以T0為基準。GCSLink-Slave單元經(jīng)過1 700 ms延遲﹐發(fā)出Slave closure out信號啟動Bigshot槍控單元,再經(jīng)過50 ms延遲后起爆氣槍激發(fā)地震波。GCSLink-Master單元自T0時刻經(jīng)過800 ms的延遲后,發(fā)出100 ms脈寬的Master closure out信號啟動428XL儀器,此信號在428XL端可以看作是外部GO信號﹐使428XL儀器打開windows TB窗口,并進入預(yù)采集狀態(tài)。再經(jīng)過950 ms延遲后(即在靶點1 750 ms時刻)GCSLink-Master單元發(fā)出master start out信號(CTB信號)觸發(fā)428XL儀器﹐開始采集和記錄地震數(shù)據(jù)﹐并接收GCSLink-slaver端發(fā)送過來的頭段數(shù)據(jù)及FTB驗證信號。與此同時,GCSLink-slaver發(fā)送CTB給導(dǎo)航系統(tǒng),使其記錄下氣槍爆破時刻激發(fā)炮點的GPS位置及UTC時間,從而完成導(dǎo)航定位系統(tǒng)實時記錄炮點數(shù)據(jù)、氣槍激發(fā)和地震儀器采集的同步作業(yè)模式。導(dǎo)航系統(tǒng)、槍控器和428XL儀器的時序關(guān)系如圖2所示。

圖2 導(dǎo)航系統(tǒng)、槍控器及儀器聯(lián)機時序圖

2 GCSLink同步控制器外部GO信號的產(chǎn)生原理

在428XL儀器部分,GCSLink 與428XL連接方法如圖3所示。

圖3 GCSLink 與428XL接口連接圖

GCSLink的NAV/Recorder接口與428XL儀器LCI的Blaster接口相連。GCS Link同步器的N、P腳輸出 masterclosure out閉合信號,將其與428XL端EGOIN信號電路串連起來;同步器的G腳連LCI插座的H腳,為其提供12V電源。只有當N、P繼電器閉合的時候,回路中(G、H、J、N、P)才產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,該脈沖經(jīng)LCI-428的blaster口H、J端輸入并觸發(fā)EGOIN光耦器件,產(chǎn)生外部GO信號。同時儀器開始激活排列,在windows TB窗口期間等待同步器端發(fā)master start out信號(CTB信號)啟動采集。外部GO信號簡化流程如圖4所示。H、J腳產(chǎn)生的外部GO信號脈沖長度等于同步器N、P腳的閉合時間。同步器的E、F 端為啟動脈沖信號,分別連接LCI的K、L腳,用于發(fā)送TB信號觸發(fā)428儀器開始采集。

圖4 外部GO信號簡化流程圖

3 問題的產(chǎn)生

在進行模擬放炮測試時,發(fā)現(xiàn)在428XL儀器操作界面上使用內(nèi)部GO按鈕放炮時,儀器可以正常啟動采集。當轉(zhuǎn)換成Big shot作業(yè)模式,使用槍控單元發(fā)來的外部GO信號作業(yè)時,儀器界面的GO操作按鈕卻不變灰,即發(fā)送過來的外部GO信號不能啟動428XL儀器。

將萬用表量程分別置于電壓、電流最小檔位,用表筆分別接觸NP及HJ端,可以明顯發(fā)現(xiàn)指針移動,說明可以檢測到同步器發(fā)來的脈沖信號,但該信號不能啟動428XL儀器。將指針萬用表置于電流檔,串聯(lián)到N和J之間,測量外部GO信號的電流約為23 mA,符合428XL儀器安裝手冊規(guī)定的2～50 mA觸發(fā)電流要求。進一步分析認為,雖然該信號的觸發(fā)強度符合要求,但如果其延續(xù)時間過短,也不能觸發(fā)EGOIN電路的光耦器件,造成儀器不能啟動。查找GCSLink 2000的操作手冊,發(fā)現(xiàn)同步系統(tǒng)發(fā)送的master close out信號寬度僅僅100 ms,經(jīng)N、P繼電器實時作用到428XL儀器LCI的H、J端,也只能產(chǎn)生同樣寬度100 ms的外部GO信號。查詢428XL安裝手冊,儀器對TB觸發(fā)信號要求最小脈沖持續(xù)時間為20 μs,對FO點火信號的脈沖寬度要求為200 ms,但對外部GO信號的脈沖寬度沒有具體說明。是否對外部GO信號也有最小脈寬要求,必須通過實驗解決。

使用一個9 V電池,正負極接觸428XL Blaster口的H、J腳,發(fā)現(xiàn)如果較長時間接觸該引腳,428XL儀器會啟動;如果僅僅輕輕瞬時接觸這兩個腳,則常常不能啟動儀器。由此說明觸發(fā)428XL儀器的外部GO信號,是一個電平觸發(fā)信號,有一定的脈沖寬度要求。咨詢廠家的技術(shù)支持人員得知,為了能穩(wěn)定可靠地觸發(fā)428XL儀器,免于因外界電子噪聲造成428XL儀器誤觸發(fā),儀器需要至少200 ms的脈寬信號才能使其動作。這個設(shè)計不同于僅需20 μs的CTB信號,CTB信號是上升沿觸發(fā)模式,這種設(shè)計保證了系統(tǒng)之間可以精確同步。但是最小200 ms的外部GO脈寬設(shè)計要求導(dǎo)致了目前不能啟動428XL儀器的困境。

4 解決方案

針對GCSLink同步器產(chǎn)生的外部GO信號不能直接觸發(fā)428XL儀器的問題,我們與GCSLink同步器廠家聯(lián)系,要求升級同步器軟件或硬件,使之合乎聯(lián)機匹配要求。但為了不耽誤生產(chǎn),有3種方案可以應(yīng)對。

4.1 使用脈沖疊加方式生產(chǎn)

在process type setup界面中選stack impulsive方式, stack 疊加次數(shù)選1,VP之間采用連續(xù)continue方式。TB windows選理論最大值。具體參數(shù)設(shè)置如圖5所示。這種方式只有第一炮需要操作員按下內(nèi)部GO按鈕,其它的都在等待GCSLink發(fā)過來的 TB信號啟動采集。這種解決方法也是目前其它水上隊伍使用的主要作業(yè)方式。

圖5 參數(shù)設(shè)置

缺點:由于TB window參數(shù)設(shè)置了最大等待值,在放炮等待TB過程中,儀器操作界面處于鎖死狀態(tài),操作員不能根據(jù)氣槍船實際位置快速選擇要激發(fā)的炮點,可能造成激發(fā)炮點與采集所用理論炮點不一致,增大后續(xù)室內(nèi)處理工作量。另外在野外排列不穩(wěn)定時,這種方式會導(dǎo)致儀器反應(yīng)卡頓,容易造成死機。

4.2 使用內(nèi)部GO信號取代外部GO信號

斷開接口電纜中儀器的點火信號H、J腳,將TB Windows設(shè)成20 s以上。每次放炮結(jié)束后,儀器操作員根據(jù)氣槍船發(fā)來的提示預(yù)先選中下一炮腳本,并提前點擊內(nèi)部操作界面GO按鈕,激活排列,等待氣槍船發(fā)來的TB信號觸發(fā)儀器采集。

缺點:此種方式嚴重依賴電臺通訊,每炮都需要操作員與氣槍上的人員高度配合。使用手動方式激發(fā),不能做到采集生產(chǎn)的自動化。

4.3 采用脈沖展寬裝置

制作脈沖展寬設(shè)備,把GCSLink發(fā)來的外部GO信號由100 ms調(diào)整到脈寬200 ms以上,達到能夠自動觸發(fā)428XL儀器的標準,實現(xiàn)外部GO信號啟動儀器。

5 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的制作及原理

制作單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一個拓寬脈沖的有效方法,其本質(zhì)就是使用NE555時基芯片來搭建脈沖調(diào)整電路。我們制作的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路如圖6所示。

圖6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路

把該脈沖調(diào)整電路串接到GCSLink與LCI-428的接口電纜上,它的輸入端信號取自GCSLink2000的NAV/recorder接口端N、P腳,輸出端連接428XL儀器LCI Blaster口的H、J針腳。一般情況下當氣槍船在測線上正常行進時,N、P保持斷開,觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài),此時H、J無信號輸出。當氣槍船距靶點適當位置時,主同步器發(fā)出master closure out信號,N、P端繼電器閉合,觸發(fā)器2腳接地處于低電位狀態(tài),則觸發(fā)器3腳輸出Vcc高電位,觸發(fā)器處于暫穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。由于電容C上電壓直接加到NE555時基電路的置О端(第6腳),當C上的充電電壓達到三分之二Vcc時(置О端閾值),電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn),3腳給LCI-428的H腳輸出低電位,觸發(fā)器回到穩(wěn)態(tài)。形成一次脈沖整形過程。根據(jù)RC值的大小可以調(diào)節(jié)輸出脈沖時寬。其脈沖寬度可以根據(jù)式(1)計算:

T=1.1RC

(1)

式中:T為輸出的脈沖寬度﹔R為電阻值;C為電容值。這里Vcc電源采用9V電源,電容C取值10 μF,電阻R取值為20 kΩ時,脈沖調(diào)整后的輸出脈沖寬度為220 ms。完全能夠滿足428XL儀器外部GO觸發(fā)標準,可以穩(wěn)定可靠地啟動428XL儀器。該電路的脈沖時序如圖7所示。

圖7 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器脈沖時序圖

該方法簡單可靠、容易制作,只需按照圖示把幾個器件組裝在一起,無需調(diào)試,電路即可穩(wěn)定工作。

6 結(jié)束語

在氣槍震源勘探中,通過研究GCSLink同步控制器與428XL地震儀器聯(lián)機時外部GO信號不能啟動428XL的問題,我們發(fā)現(xiàn)信號不兼容是根本原因。傳統(tǒng)的解決方案生產(chǎn)效率低下、容易出錯。為解決這一問題,本文提出了通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器展寬外部GO脈沖波形的新聯(lián)機方案,有效地解決了外部GO信號不能啟動428XL儀器的問題,使得氣槍船可以在導(dǎo)航模式下連續(xù)放炮,428XL儀器自動接收,實現(xiàn)采集生產(chǎn)的自動化。此項技術(shù)的使用,提高了東方公司在東非水上作業(yè)的生產(chǎn)效率,實現(xiàn)了東非地區(qū)水上作業(yè)單臺氣槍船平均日效達到635炮的記錄,比預(yù)計提前10個工作日完成了本工區(qū)26 000炮的任務(wù)。本技術(shù)成果不但為氣槍震源勘探的技術(shù)創(chuàng)新提供了新思路,也為其它項目同類型設(shè)備水域勘探提供了可以借鑒的經(jīng)驗。