一种海底电磁采集站低功耗同步检测电路

1.本实用新型属于海底可控源电磁探测领域，尤其涉及一种海底电磁采集站低功耗同步检测电路。


背景技术：

2.随着全球经济的飞速发展，陆地油气资源逐渐减少，资源需求量增加。海洋中油气资源丰富，因此近年来国家加大对海洋资源开发的投入，海洋勘探技术越来越受到重视。海洋可控源电磁方法(mcsem)作为海洋电磁法的一个分支，具有浅部分辨率髙、高阻异常识别能力强等优势，尤其适合深水海底水合物及油气等高阻异常体的调查。目前海洋电磁数据采集使用的海底电磁接收机是勘探方法中的关键组成部分。接收机根据目标工区预设的点位被依次投放至海底后，拖曳发射机按照设计的路线及频率进行大功率电流激发，多台接收机同时采集mcsem信号。
3.海底可控源电磁探测方法对多台仪器之间采集时间的一致性有非常高的要求。由于各台仪器搭载在同一条船上，该船沿预定的测线航行。每到达一个测量点往海下投放一台仪器，每两个测量点之间的距离在五公里以上。可见各个接收机投放时刻不同，下沉到海底的时间也不同，为了使多台仪器同步采集，目前现有的海底电磁采集系统都是将给每台仪器设好采集时间表，该表存放在仪器内部的驱动程序中。在海下等待阶段，程序运行在定时循环状态。当采集时间到，每台仪器在同一个时间起点按同一节拍采集数据。这种方式不仅要依赖于高精度的时钟同步电路，而且缺乏时间上的灵活性。若在测试过程中，因天气等原因引起恶劣海况，导致测量船航行困难较大，无法正常测控，而一旦投放到海底的接收机采集时间到，接收系统自动开始采集，这样就会使接收机造成数据冗余，浪费存储空间的情况。另外，海底可控源电磁探测要求海底电磁采集系统对海底电磁信号进行长期同步采集，工作时间达数周以上，要求系统功耗低，但目前接收机普遍存在未采集数据时，接收系统仍处于工作状态，从而浪费大量功耗的问题，不利于接收系统的海底长周期采集的需求。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中的相关问题，本实用新型提供一种海底电磁采集站低功耗同步检测电路。
5.本实用新型是这样实现的，一种海底电磁采集站低功耗同步检测电路，包括输入级比较电路、组合逻辑电路以及异步序列检测器，其中输入级比较电路连接外部的磁场和电场传感器，对输入信号的电压进行区分；组合逻辑电路连接输入级比较电路，对比较器输出的信号进行选择编码；异步序列检测器的输入端连接组合逻辑电路，异步序列检测器的输入端的输出端连接对采集站的控制芯片，并输出序列至采集站的控制芯片。
6.进一步地，所述输入级比较电路包括三个并列的不同阈值的第一电压比较器、第二电压比较器以及第三电压比较器，每个电压比较器设定一个δv的迟滞窗口。
7.进一步地，所述组合逻辑电路包括三个非门和两个与门，三个非门分别连接在三
个电压比较器的输出端，其中第一电压比较器的输出端还直接连接至异步序列检测器；第二电压比较器的输出端还与电压比较器的连接的非门的输出端一起连接第一与门，所述第一与门的输出端连接至异步序列检测器；第二电压比较器的输出端连接非门后输出至第二与门，第二与门的另一输入端直接连接在第三电压比较器的一输出端；第二与门连接至异步序列检测器；第三电压比较器连接非门后，通过非门的输出端连接至异步序列检测器。
8.进一步地，所述异步序列检测器包括6个d触发器和6个逻辑门，所述6个d触发器包括依次通过q端与d端连接的第一d触发器、第二d触发器、第三d触发器、第四d触发器以及第五d触发器，第一d触发器和第二d触发器的重启端连接在一起，第三d触发器、第四d触发器以及第五d触发器的重启端连接在一起；
9.6个逻辑门包括第一与门、第二与门、第一或门、第二或门、第一非门以及第二非门，其中，第二d触发器的q端连接在第一与门的输出端，第三d触发器的q端通过第一非门连接至第一与门的另一输出端，第一与门的输出端连接至第一或门的输入端；第二非门的输入端为out端，输出端连接至第二与门的一输入端，第二与门的另一输入端连接至第四d触发器的q端，第二与门的输出端连接第二非门的输入端，第二非门的另一个输入端与第五d触发器的q端一起连接至第六d触发器的时钟输入端，第六d触发器的q端输出信号至采集站的控制芯片。
10.本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本新型通过纯电子元件实现，达到避免数据冗余、降低系统功耗、增加系统采集周期、提高海底电磁数据采集站灵活性和容错性的目的。
附图说明
11.图1是本实用新型实施例提供的电路的电路模块框图；
12.图2是本实用新型实施例提供的电路的输入级比较电路、组合逻辑电路的原理图；
13.图3是本实用新型实施例提供的电路的dcba序列的信号图；
14.图4是本实用新型实施例提供的电路的异步序列检测器的原理图。
具体实施方式
15.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
16.参见图1所示，检测电路共分为三个部分：包括输入级比较电路、组合逻辑电路以及异步序列检测器，其中输入级比较电路连接外部的磁场和电场传感器，对输入信号的电压进行区分；组合逻辑电路连接输入级比较电路，对比较器输出的信号进行选择编码；异步序列检测器的输入端连接组合逻辑电路，异步序列检测器的输入端的输出端连接对采集站的控制芯片，并输出序列至采集站的控制芯片。三个并列的不同阈值的第一电压比较器、第二电压比较器以及第三电压比较器的阈值电压分别为v1、v2、v3。每个比较器设定一个δv的迟滞窗口，防止噪声引起的错误检测。以第一个为例，当输入电压等级大于v3+δv/2时，电压比较器输出为1，若小于则输出为0。
17.参见图2所示，所述组合逻辑电路包括三个非门和两个与门，三个非门分别连接在
三个电压比较器的输出端，其中第一电压比较器的输出端还直接连接至异步序列检测器；第二电压比较器的输出端还与电压比较器的连接的非门的输出端一起连接第一与门，所述第一与门的输出端连接至异步序列检测器；第二电压比较器的输出端连接非门后输出至第二与门，第二与门的另一输入端直接连接在第三电压比较器的一输出端；第二与门连接至异步序列检测器；第三电压比较器连接非门后，通过非门的输出端连接至异步序列检测器。
18.经过逻辑运算输出信号a，b，c，d，并对相应电压等级进行编码，输入电压等级与输出及编码对应关系如表1所示。
19.表1
20.电压等级电路输出编码0～v1-δv/2d00v1-δv/2～v1+δv/2xx无效区域v1+δv/2～v2-δv/2c01v2-δv/2～v2+δv/2xx无效区域v2+δv/2～v3-δv/2b10v3-δv/2～v3+δv/2xx无效区域》v3+δv/2a11
21.参见图4所示，异步序列检测器，所述异步序列检测器包括6个d触发器和6个逻辑门，所述6个d触发器包括依次通过q端与d端连接的第一d触发器、第二d触发器、第三d触发器、第四d触发器以及第五d触发器，第一d触发器和第二d触发器的重启端连接在一起，第三d触发器、第四d触发器以及第五d触发器的重启端连接在一起；
22.6个逻辑门包括第一与门、第二与门、第一或门、第二或门、第一非门以及第二非门，其中，第二d触发器的q端连接在第一与门的输出端，第三d触发器的q端通过第一非门连接至第一与门的另一输出端，第一与门的输出端连接至第一或门的输入端；第二非门的输入端为out端，输出端连接至第二与门的一输入端，第二与门的另一输入端连接至第四d触发器的q端，第二与门的输出端连接第二非门的输入端，第二非门的另一个输入端与第五d触发器的q端一起连接至第六d触发器的时钟输入端，第六d触发器的q端输出信号至采集站的控制芯片。第一d触发器、第二d触发器、第三d触发器、第四d触发器以及第五d触发器的时钟输入端连接的是四个组合逻辑电路的输出。
23.参见图4，以及图3，以dcba序列检测为例说明
24.工作原理(以dcba序列作为唤醒信号检测为例)：d信号为第一d触发器输入，c信号为时钟信号，当第一d触发器的时钟信号c上升沿到来时，输出为1，做为第二d触发器的输入；第二d触发器的时钟信号c的下降沿到来时，输出为1，作为第三d触发器的输入；第三d触发器的时钟信号b信号的上升沿到来时，输出为1，做为第四d触发器的输入；第四d触发器的时钟信号b的下降沿到来时，输出为1，作为第五d触发器的输入；第五d触发器的时钟信号a信号的上升沿到来时，输出为1，做为第六d触发器的时钟信号；第六d触发器的时钟信号上升沿到来时，输出1，触发对应的中断。
25.若在检测中，第二d触发器或第三dd触发器输出为0，则通过下面由非门、与门、或门组成的复位电路将第一d触发器和第二d触发器复位，重新进行检测；若在检测中，第四d触发器或第五d触发器输出为0，则通过非门、与门、或门组成的复位电路将第三d触发器、第
四d触发器和第五d触发器复位，重新进行检测；
26.概括的说就是以前一个触发器输出作为下一个触发器的时钟输入，检测到相应的上升沿或下降沿时继续对检测序列中的下一位信号进行检测，如有未检测到的信号或者序列顺序和所需序列不相同，则对触发器进行复位，重新进行检测。
27.同理，可以设置不同的序列作为关闭信号。
28.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种海底电磁采集站低功耗同步检测电路，其特征在于，包括输入级比较电路、组合逻辑电路以及异步序列检测器，其中输入级比较电路连接外部的磁场和电场传感器，对输入信号的电压进行区分；组合逻辑电路连接输入级比较电路，对比较器输出的信号进行选择编码；异步序列检测器的输入端连接组合逻辑电路，异步序列检测器的输入端的输出端连接对采集站的控制芯片，并输出序列至采集站的控制芯片。2.按照权利要求1所述的海底电磁采集站低功耗同步检测电路，其特征在于，所述输入级比较电路包括三个并列的不同阈值的第一电压比较器、第二电压比较器以及第三电压比较器，每个电压比较器设定一个δv的迟滞窗口。3.按照权利要求2所述的海底电磁采集站低功耗同步检测电路，其特征在于，所述组合逻辑电路包括三个非门和两个与门，三个非门分别连接在三个电压比较器的输出端，其中第一电压比较器的输出端还直接连接至异步序列检测器；第二电压比较器的输出端还与电压比较器的连接的非门的输出端一起连接第一与门，所述第一与门的输出端连接至异步序列检测器；第二电压比较器的输出端连接非门后输出至第二与门，第二与门的另一输入端直接连接在第三电压比较器的一输出端；第二与门连接至异步序列检测器；第三电压比较器连接非门后，通过非门的输出端连接至异步序列检测器。4.按照权利要求3所述的海底电磁采集站低功耗同步检测电路，其特征在于，所述异步序列检测器包括6个d触发器和6个逻辑门，所述6个d触发器包括依次通过q端与d端连接的第一d触发器、第二d触发器、第三d触发器、第四d触发器以及第五d触发器，第一d触发器和第二d触发器的重启端连接在一起，第三d触发器、第四d触发器以及第五d触发器的重启端连接在一起；6个逻辑门包括第一与门、第二与门、第一或门、第二或门、第一非门以及第二非门，其中，第二d触发器的q端连接在第一与门的输出端，第三d触发器的q端通过第一非门连接至第一与门的另一输出端，第一与门的输出端连接至第一或门的输入端；第二非门的输入端为out端，输出端连接至第二与门的一输入端，第二与门的另一输入端连接至第四d触发器的q端，第二与门的输出端连接第二非门的输入端，第二非门的另一个输入端与第五d触发器的q端一起连接至第六d触发器的时钟输入端，第六d触发器的q端输出信号至采集站的控制芯片。

技术总结
本实用新型涉及海底可控源电磁探测领域，尤其涉及一种海底电磁采集站低功耗同步检测电路，包括输入级比较电路、组合逻辑电路以及异步序列检测器，其中输入级比较电路连接外部的磁场和电场传感器，对输入信号的电压进行区分；组合逻辑电路连接输入级比较电路，对比较器输出的信号进行选择编码；异步序列检测器的输入端连接组合逻辑电路，异步序列检测器的输入端的输出端连接对采集站的控制芯片，并输出序列至采集站的控制芯片。本新型通过纯电子元件实现，达到避免数据冗余、降低系统功耗、增加系统采集周期、提高海底电磁数据采集站灵活性和容错性的目的。和容错性的目的。和容错性的目的。


技术研发人员：王远 孙月 高炼
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/16