地震專用光纜檢測(cè)儀

于圣慧 劉 存 聶木杰 黃啟元

(1.長江大學(xué) 湖北 荊州 434023；2.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司 河北 涿州 072751)

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·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

地震專用光纜檢測(cè)儀

于圣慧1、2劉 存2聶木杰2黃啟元2

(1.長江大學(xué) 湖北 荊州 434023；2.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司 河北 涿州 072751)

文章針對(duì)428XL、SCORPION地震勘探儀器光纜使用頻率高、應(yīng)用范圍擴(kuò)展迅速、故障率逐年提高、故障檢測(cè)困難的問題，從硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，參數(shù)設(shè)置等方面探尋新的檢測(cè)技術(shù)和方法。

428XL；SCORPION；光纜；硬件；軟件

0 引 言

428XL、SCORPION地震勘探儀器是當(dāng)前最主要的地震數(shù)據(jù)采集設(shè)備，隨著地震儀器網(wǎng)絡(luò)化和超大采集能力的發(fā)展，光纜已經(jīng)取代銅纜交叉?zhèn)鬏斁€，向地震儀器標(biāo)準(zhǔn)配備傳輸線過渡。

地震勘探儀器使用的光纜與通訊等行業(yè)使用的光纜不同，地震儀器的光纜傳輸線是在普通光纜的基礎(chǔ)上，附加了專用的接口單元。地震專用光纜由光電轉(zhuǎn)換電路、光纖和電光轉(zhuǎn)換電路組成。目前，故障光纜的檢測(cè)只能依賴儀器廠家的測(cè)試設(shè)備與方法，對(duì)完整的光纜進(jìn)行測(cè)試，不能單獨(dú)對(duì)光纜的各個(gè)組成部分進(jìn)行測(cè)試，給光纜的檢測(cè)與維修帶來很大的困難。

1 地震專用光纜檢測(cè)儀硬件

428XL光纜單纖雙向傳輸，數(shù)據(jù)和時(shí)鐘使用同一根光纖實(shí)現(xiàn)，時(shí)鐘在鎖相環(huán)電路解調(diào)產(chǎn)生，采用標(biāo)準(zhǔn)的100 Mbps。SCORPION 系統(tǒng)光纜是單模四纖單向傳輸，數(shù)據(jù)通道和時(shí)鐘通道完全分開， 速率傳輸8 Mbps ，兩種光纜均使用網(wǎng)絡(luò)傳輸。

硬件設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮適合SCORPTION和428XL光纜數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌诩皽y(cè)試光電接口，通過以太網(wǎng)，用來測(cè)試光纜數(shù)據(jù)傳輸性能。因此設(shè)計(jì)包括配套SCORPI0N光纜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理板、配套428XL系統(tǒng)光纜接口板、電源電路、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通訊接口等。

光纜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理板中信號(hào)處理單元中，核心器件是Am79C874，該器件兼容媒體獨(dú)立接口(MII)與以太網(wǎng)媒體訪問控制器(MAC)，可以可靠地接收和傳送數(shù)據(jù)超過130 m，具有CMOS的雙重效益低功耗，消耗僅為0.3 W。電路中設(shè)計(jì)48 V直流電壓應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)換器電路，9 V直流電壓轉(zhuǎn)換模塊應(yīng)用于路由器電路，5 V直流電壓轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用于電壓表電路。

整個(gè)設(shè)計(jì)中通過專用多路網(wǎng)絡(luò)連接器通訊接口與PC機(jī)相連，建立測(cè)試平臺(tái)與測(cè)試軟件的通訊連接，設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 地震光纜檢測(cè)儀軟件

2.1 軟件設(shè)計(jì)

軟件總體結(jié)構(gòu)主要包括軟件安裝、測(cè)試主窗口、SCORPION光纜測(cè)試窗口、428XL 測(cè)試窗口四個(gè)主要功能模塊，如圖2所示。

圖1 硬件設(shè)計(jì)框圖

圖2 軟件設(shè)計(jì)框圖

2.2 軟件安裝

地震光纜測(cè)試軟件1.0軟件安裝程序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的Windows安裝程序。雙擊FIBER TEST V1.0安裝文件即可啟動(dòng)安裝程序，主窗口用于顯示程序的歡迎界面和版權(quán)信息，如圖3所示。安裝補(bǔ)丁程序后，軟件版本號(hào)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。

圖3 軟件安裝窗口

3 地震光纜檢測(cè)儀參數(shù)

3.1 SCORPION測(cè)試窗口

1)SCORPION窗口組成

SCORPION儀器光纜測(cè)試窗口內(nèi)包括參數(shù)設(shè)置欄、結(jié)果顯示欄、功能按鈕和詳細(xì)測(cè)試報(bào)告4大部分，如圖4所示，其中詳細(xì)測(cè)試報(bào)告為彈出式窗口。

圖4 SCORPION測(cè)試窗口

2)參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置欄包括“通道選擇”、“光纜端口選擇/設(shè)置”和“電纜端口選擇/設(shè)置”三項(xiàng)。

(1)通道選擇。由于SCORPION 光纜需要進(jìn)行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的檢測(cè)，因此“通道選擇”中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通道和時(shí)鐘通道的測(cè)試?！巴ǖ肋x擇”設(shè)置采用復(fù)選框的形式，允許同時(shí)選擇2個(gè)通道進(jìn)行測(cè)試，在對(duì)應(yīng)的通道選項(xiàng)框前單擊鼠標(biāo)，激活該通道。完成通道選擇后，設(shè)置該通道測(cè)試涉及的測(cè)試端口的參數(shù)。SCORPION儀器光纜測(cè)試一般情況下選擇數(shù)據(jù)通道。

(2)數(shù)據(jù)通道參數(shù)設(shè)置。數(shù)據(jù)通道下的“光纖端口1”在對(duì)應(yīng)的通道選擇項(xiàng)被選中的情況下才能被激活并進(jìn)行設(shè)置。“光纖端口1”用于設(shè)置被測(cè)光纖直接連接到測(cè)試器的端口，設(shè)置采用下拉菜單方式進(jìn)行選擇。為了便于記憶，軟件中應(yīng)選擇“mt1”作為測(cè)試端口。

數(shù)據(jù)通道下的“光纖端口2”用于設(shè)置被測(cè)光纖直接連接到測(cè)試器的端口遠(yuǎn)程地址，測(cè)試器接口單元內(nèi)置的遠(yuǎn)程地址為192.168.222.111，該選擇項(xiàng)被選中后被激活，設(shè)置采用地址填空方式進(jìn)行。

數(shù)據(jù)通道下的“電纜端口1”設(shè)置采用下拉菜單方式進(jìn)行選擇。電纜端口1用于設(shè)置被測(cè)光纜的電纜直接連接到測(cè)試器的端口，為了便于記憶，軟件中選擇“mt1”作為測(cè)試端口。

數(shù)據(jù)通道下的“電纜端口2”設(shè)置采用地址填空方式進(jìn)行設(shè)置?！半娎|端口2”用于設(shè)置被測(cè)光纜的光纖直接連接到測(cè)試器接口單元的端口的遠(yuǎn)程地址，測(cè)試器接口內(nèi)置的遠(yuǎn)程地址為192.168.222.111。

(3)時(shí)鐘通道參數(shù)設(shè)置。時(shí)鐘通道下的“光纖端口1”用于設(shè)置被測(cè)光纜的光纖直接連接到測(cè)試器端口，軟件中選擇“mt2”作為測(cè)試端口。

時(shí)鐘通道下的“光纖端口2”用于設(shè)置被測(cè)光纖直接連接到測(cè)試器端口，測(cè)試器接口內(nèi)置遠(yuǎn)程地址為192.168.111.111。

時(shí)鐘通道下的“電纜端口1用于設(shè)置被測(cè)光纜的電纜直接連接到測(cè)試器端口，軟件中選擇“mt2”作為測(cè)試端口。

時(shí)鐘通道下的“電纜端口2”設(shè)置被測(cè)光纜的光纖直接連接到測(cè)試器端口，測(cè)試器接口內(nèi)置遠(yuǎn)程地址為192.168.111.111。

3.2 428XL 測(cè)試窗口

1)428XL窗口組成

428XL儀器光纜測(cè)試窗口內(nèi)包括參數(shù)設(shè)置欄、結(jié)果顯示欄、功能按鈕和詳細(xì)測(cè)試報(bào)告4部分，如圖5所示，其中詳細(xì)測(cè)試報(bào)告為彈出式窗口。

圖5 428XL 測(cè)試窗口

2)參數(shù)設(shè)置

428XL光纜需要進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，需要對(duì)光纜端口進(jìn)行設(shè)置。

(1)端口設(shè)置。參數(shù)設(shè)置欄包括 “光纜端口選擇/設(shè)置”和“電纜端口選擇/設(shè)置”。

(2)端口選擇。 “光纖端口1”在對(duì)應(yīng)的通道選擇項(xiàng)被選中的情況下才能被激活并進(jìn)行設(shè)置，采用下拉菜單方式進(jìn)行選擇，用于設(shè)置被測(cè)光纖直接連接到測(cè)試器端口，軟件設(shè)計(jì)選擇“mt1”作為測(cè)試端口。

“光纖端口2”用于設(shè)置被測(cè)光纖直接連接到測(cè)試器的端口，接口單元內(nèi)置遠(yuǎn)程地址為192.168.222.111。

“電纜端口1”設(shè)置被測(cè)光纜的電纜直接連接到測(cè)試器的端口，軟件設(shè)計(jì)選擇“mt1”作為測(cè)試端口。

“電纜端口2”設(shè)置被測(cè)光纜的光纖直接連接到測(cè)試器接口單元端口，接口內(nèi)置遠(yuǎn)程地址為192.168.222.111。

與SCORPION儀器光纜測(cè)試窗口一樣，428XL儀器光纜測(cè)試窗口內(nèi)包括參數(shù)設(shè)置欄、結(jié)果顯示欄、功能按鈕和詳細(xì)測(cè)試報(bào)告。

4 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

地震光纜檢測(cè)儀完全自主設(shè)計(jì)開發(fā)，該儀器具備測(cè)試428XL 和SCORPION 系統(tǒng)光纜交叉線兩大功能。

1)兼容428XL 和SCORPION 系統(tǒng)的地震光纜的測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)和測(cè)試的軟件的開發(fā)；成功制作了具有數(shù)據(jù)同步、整形技術(shù)的適合428XL 光纜光電測(cè)試接口；同步以太網(wǎng)和數(shù)字鎖相控制SCORPION地震光纜的數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)了適合SORPTION的數(shù)據(jù)傳輸和時(shí)鐘測(cè)試的光電接口，通過以太網(wǎng)、光電接口、SCORPION光纜組成了一個(gè)數(shù)據(jù)、時(shí)鐘通道的測(cè)試通路。

2)利用同步以太網(wǎng)絡(luò)等效替代實(shí)現(xiàn)地震光纜的測(cè)試；根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)和接口設(shè)計(jì)，充分考慮被測(cè)光纜的軟件接口特點(diǎn)以及測(cè)試軟件的功能定位前提下對(duì)軟件平臺(tái)進(jìn)行了研究開發(fā)，支持WINDOW操作系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

地震光纜檢測(cè)儀是軟硬件一體的光纜測(cè)試平臺(tái)，采用100 Mbps的以太網(wǎng)技術(shù)、鎖相技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步和數(shù)據(jù)整形技術(shù)，通過設(shè)計(jì)與地震儀器主機(jī)使用的相同性能的同步以太網(wǎng)及其配套控制軟件實(shí)現(xiàn)地震光纜的維修測(cè)試。在同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)428XL、SCORPION地震光纜的光電信號(hào)的綜合測(cè)試。

地震光纜專用測(cè)試系統(tǒng)以其專有獨(dú)特的設(shè)計(jì)、兼容性好、測(cè)試準(zhǔn)確、效率高等優(yōu)良的性能一經(jīng)推出就受到業(yè)界的認(rèn)可和需求。在沒有主機(jī)系統(tǒng)的情況下，地震儀器專用光纜檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)作為物探光纜的主力測(cè)試設(shè)備，完全替代了主機(jī)及其他輔助設(shè)備，解決了428XL、SCORPION地震光纜驗(yàn)收、測(cè)試、維修的瓶頸問題。

[1] SERCEL公司.408UL User’s manuals (V8.1).2007.(資料)

[2] INOVA.公司SCORPION操作手冊(cè).2010.(資料)

Development of Seismic Fiber Cable Detector

YU Shenghui1、2LIU Cun2NIE Mujie2HUANG Qiyuan2

(1.YangtzeUniversity，Jingzhou,Hubei434023,China; 2.BureauofGeophysicalProspecting，Zhuozhou,Hebei072750,China)

The 428XL & SCORPION seismic exploration instrument fiber cables are used frequently and have expanded rapidly in application, so the failure rate has increased year by year and the fault detection become more difficult. Aiming at the above problems, we developed some new testing techniques and methods by hardware designing and software programming.

428XL， SCORPION， fiber cable， hardware design， software programming

于圣慧，女，1971年生，高級(jí)工程師，1997年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院電子儀器及測(cè)量技術(shù)專業(yè)，長江大學(xué)電子與通訊工程在讀碩士研究生，現(xiàn)在東方地球物理公司裝備服務(wù)處從事地震儀器維修工作。E-mail:465520450@qq.com

P631.4

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2096-0077(2015)01-0090-03

2014-06-13 編輯：韓德林)