本發(fā)明涉及了一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)，屬于海洋地震勘探設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

海洋地震勘探拖纜是海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)的重要組成部分之一，拖纜主要用于采集與傳輸?shù)卣鹂碧阶鳂I(yè)中的地震波信號，拖纜的長度是影響海底地層勘探深度的關(guān)鍵因素，拖纜的供電方式為高壓直流供電，由于高壓電源線上的線損和節(jié)點(diǎn)的功耗限制，隨著拖纜長度的增加，節(jié)點(diǎn)電壓在電源線上依次降低，后級節(jié)點(diǎn)會因為供電電壓不足導(dǎo)致電子學(xué)設(shè)備無法正常工作。目前國內(nèi)外的主流海洋拖纜，都因為供電問題，限制了拖纜的長度，因此也影響了勘探深度。因此，海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)的有效供電是亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)，以解決海洋地震勘探拖纜的遠(yuǎn)距離有效供電問題，為拖纜中的各個節(jié)點(diǎn)的正常工作提供穩(wěn)定的直流電。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)，包括：高壓直流電源、拖纜電源線、升壓裝置和數(shù)字包；

高壓直流電源，位于船上采集儀器室內(nèi)，為水下拖纜提供高壓直流電；

拖纜電源線，將高壓直流電輸送到各節(jié)點(diǎn)；

升壓裝置，位于水下拖纜中的某些節(jié)點(diǎn)位置，將這些節(jié)點(diǎn)位置的電壓升到設(shè)定的值，保證系統(tǒng)中每一級節(jié)點(diǎn)的數(shù)字包能夠正常工作；

數(shù)字包，各節(jié)點(diǎn)的主要組成部分，負(fù)責(zé)采集與傳輸?shù)卣鹂碧阶鳂I(yè)中的人工激發(fā)地震產(chǎn)生的水聲信號，數(shù)字包中使用高壓轉(zhuǎn)低壓的dc-dc模塊獲取5vdc，供數(shù)字包中的采集與傳輸電路正常工作。

所述升壓裝置包括高頻變壓器、功率開關(guān)管、pwm控制端、輸出濾波電路；

功率開關(guān)管在導(dǎo)通的狀態(tài)下，高頻變壓器將儲存能量，負(fù)載電流由輸出濾波電路中的濾波電容提供，功率開關(guān)管斷開時，高頻變壓器將儲存的能量傳遞到負(fù)載和輸出濾波電容，以補(bǔ)充電容單獨(dú)提供負(fù)載電流時消耗的能量；

當(dāng)外部輸入電壓變化或者負(fù)載變化時，如果占空比d為固定的值，d＝功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間/功率開關(guān)管的工作周期，則輸出電壓會隨著輸入電壓幅值的增大而升高，或負(fù)載的減輕而升高，通過輸出電壓反饋到pwm控制端來自動調(diào)節(jié)占空比，保持輸出電壓在外界的各種干擾條件下處于穩(wěn)定的值。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)以往的海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)受限于電源線上的線損和節(jié)點(diǎn)的功耗，在纜長增加的條件下，節(jié)點(diǎn)的供電電壓會低于數(shù)字包中的dc-dc模塊輸入電壓下限值，結(jié)果使得海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)無法正常工作；不同于以前的水下拖纜供電模式，本發(fā)明在海洋地震勘探拖纜的某幾個節(jié)點(diǎn)處中加入升壓裝置，升壓裝置的作用是使得節(jié)點(diǎn)處的低電壓上升到一個設(shè)定的值，保證拖纜上最后一級節(jié)點(diǎn)的供電電壓在數(shù)字包上dc-dc模塊的正常工作區(qū)間范圍內(nèi)。采用升壓裝置，可以降低線損，從而降低海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)的總功耗。

(2)目前國內(nèi)外海洋地震勘探儀器使用的拖纜供電模式是將船上的高壓直流電源直接接入拖纜。但是由于線損等原因使得拖纜尾部節(jié)點(diǎn)得不到有效供電，限制了海洋地震拖纜的工作長度，進(jìn)而限制了海洋地震勘探設(shè)備對海底地層勘探的深度。本發(fā)明提供了一種具有直流電壓升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)長拖纜的有效供電。本發(fā)明市場潛力大，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)等效模型示意圖；

圖2是本發(fā)明一種具有升壓裝置的海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓與節(jié)點(diǎn)的關(guān)系示意圖；

圖4是升壓裝置內(nèi)部原理示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明包括高壓直流電源1、拖纜電源線2、升壓裝置3和數(shù)字包4。

高壓直流電源1通過拖纜電源線2為各級數(shù)字包4提供電能，升壓裝置3處于系統(tǒng)的某幾個節(jié)點(diǎn)位置，用于將節(jié)點(diǎn)處的輸入電壓提高到設(shè)定的值后輸出，供后級數(shù)字包工作。

高壓直流電源，位于船上采集儀器室內(nèi)，為水下拖纜提供高壓直流電；

拖纜電源線，將高壓直流電輸送到各節(jié)點(diǎn)；

升壓裝置，位于水下拖纜中的某些節(jié)點(diǎn)位置，將這些節(jié)點(diǎn)位置的電壓升到設(shè)定的值，保證系統(tǒng)中每一級節(jié)點(diǎn)的數(shù)字包能夠正常工作；

數(shù)字包，各節(jié)點(diǎn)的主要組成部分，負(fù)責(zé)采集與傳輸?shù)卣鹂碧阶鳂I(yè)中的人工激發(fā)地震產(chǎn)生的水聲信號，數(shù)字包中使用高壓轉(zhuǎn)低壓的dc-dc模塊獲取5vdc，供數(shù)字包中的采集與傳輸電路正常工作。

如圖2所示，本發(fā)明包括高壓直流電源1、數(shù)字包中dc-dc轉(zhuǎn)換模塊2、拖纜電源線3、數(shù)字包采集與傳輸電路4以及升壓裝置5。

高壓直流電源1通過拖纜電源線3為拖纜的各個節(jié)點(diǎn)提供電能。高壓直流電源1的輸出電壓在360v～400v之間。

海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)中的數(shù)字包由dc-dc轉(zhuǎn)換模塊2和采集傳輸電路4組成，數(shù)字包中的dc-dc轉(zhuǎn)換模塊2將拖纜電源線3上的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，dc-dc轉(zhuǎn)換模塊2的輸入電壓區(qū)間為200v～400v，輸出電壓為5vdc，為數(shù)字包中的采集與傳輸電路提供工作電壓。升壓裝置5本質(zhì)上是低壓直流電到高壓直流電的轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換模塊的標(biāo)稱輸入值為120v～370v,輸出380v。升壓裝置5位于節(jié)點(diǎn)的某些位置，用于將節(jié)點(diǎn)處的電壓值升到380v。

在海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)中，高壓直流電源1通過拖纜電源線為系統(tǒng)供電，由于海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)中拖纜電源線3的線損和數(shù)字包的功率損耗，節(jié)點(diǎn)電壓逐級下降，在拖纜長度較短的情況下，最后一級節(jié)點(diǎn)的高壓值仍然在數(shù)字包中的dc-dc轉(zhuǎn)換模塊2的正常工作輸入電壓范圍內(nèi)，整個海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)能正常工作。隨著拖纜長度增加，也即拖纜電源線3長度增加，數(shù)字包的個數(shù)增加的條件下，拖纜電源線3中的電流會增加，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電壓下降的更加劇烈，如圖3所示，曲線s1是不加升壓裝置時節(jié)點(diǎn)電壓隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的變化關(guān)系，曲線s0上的點(diǎn)的電壓值為200v,曲線s2是加入兩個升壓模塊后的節(jié)點(diǎn)電壓隨節(jié)點(diǎn)的變化關(guān)系，p是升壓裝置加入的位置。在不加升壓裝置的條件下，節(jié)點(diǎn)電壓隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)急劇下降，曲線上s1節(jié)點(diǎn)電壓低于s0的節(jié)點(diǎn)將無法正常工作。當(dāng)加入兩個升壓裝置后，s2上所有節(jié)點(diǎn)電壓均在200v-380v之間，在數(shù)字包中dc-dc轉(zhuǎn)換模塊正常工作電壓范圍內(nèi)，數(shù)字包可以正常工作。

如圖3所示，在拖纜長度增加，節(jié)點(diǎn)數(shù)增多的情況下，可在拖纜電源線3的某幾個節(jié)點(diǎn)處加入升壓裝置5，海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)加入升壓裝置5后，節(jié)點(diǎn)處的電壓將升到380v,可使得海洋地震勘探拖纜水下供電系統(tǒng)中每一級節(jié)點(diǎn)的供電電壓在數(shù)字包dc-dc轉(zhuǎn)換模塊的輸入范圍內(nèi)，保證了數(shù)字包中的電子學(xué)設(shè)備的正常工作。

如圖4所示，升壓裝置5由電壓輸入端51、電感l(wèi)52、電容c53、功率開關(guān)管vt57、高頻變壓器56、二極管d511、電容c510、電感l(wèi)58、負(fù)載59組成。

電感l(wèi)52和電容c53組成輸入濾波電路，電容c510和電感l(wèi)58組成輸出濾波電路。二極管d511的作用是輸出整流。

功率開關(guān)管vt57在導(dǎo)通的狀態(tài)下，高頻變壓器56將儲存能量，負(fù)載電流由輸出濾波電路中的濾波電容c510提供，功率開關(guān)管vt57斷開時，高頻變壓器56將儲存的能量傳遞到負(fù)載和輸出濾波電容c510，以補(bǔ)充電容單獨(dú)提供負(fù)載電流時消耗的能量；

如圖4所示，升壓裝置的工作原理為低壓直流電通過拖纜電源線輸入到電壓輸入端51，當(dāng)功率開關(guān)管vt57導(dǎo)通時，直流電通過高頻變壓器56的初級線阻，變壓器的np55端相當(dāng)于一個純電感，流過np55的電流線性上升，能量將被儲存在電感中，由于初級np55和次級ns54的極性相反，實(shí)現(xiàn)輸出整流作用的二極管d511截止，由輸出電容c510對外進(jìn)行供電。

當(dāng)功率開關(guān)管vt57截止時，電感上的電流不能突變，高頻變壓器的初級線阻兩端電壓極性反向，使得二極管d511正向?qū)?，初級存儲的能量將傳遞到次級。當(dāng)外部輸入電壓變化或者負(fù)載變化時，如果占空比d為固定的值，d＝功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間/功率開關(guān)管的工作周期，則輸出電壓會隨著輸入電壓幅值的增大而升高，或負(fù)載的減輕而升高，通過輸出電壓反饋到pwm控制端來自動調(diào)節(jié)占空比，保持輸出電壓在外界的各種干擾條件下處于穩(wěn)定的值。當(dāng)輸入電壓或者負(fù)載變化時，輸出電壓將通過輸出電壓反饋到pwm控制端，pwm控制端通過調(diào)整驅(qū)動方波的占空比來實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)壓。

綜上所述，雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明，因此凡本發(fā)明的精神和原則之類所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。