一种用于海洋物探拖缆的物探仪器控制设备技术领域
本发明涉及一种用于海洋物探拖缆的物探仪器控制设备，属于海洋地球物理勘探
技术领域。
背景技术
根据作业需求，海洋物探电缆设备的长度一般可达到6到12公里的量级。一般，海
洋物探电缆设备由多根电缆单元通过数字包串接而成。数字包中有专用的电源系统，从而
实现整条拖缆的正常供电。
作业的时候，由于拖缆长度所限，海洋物探电缆设备必须要经船上电源设备提供
高压电源，从而实现长距离供电能力。为保证水下系统正常、安全地供电，船载系统必须要
有一套供电监测装置。当出现供电异常的时候，需要及时切断电源以达到保护水下电路的
目的。
现有的电源监测的软件比较方式如图1所示，它是将数据监测部分的数据转发给
软件，由软件完成对数据的处理，实现对电源的监测控制。
这种方案应用在海洋物探拖缆设备中存在较大不足。首先上述方案在进行电源监
测过程中需要一个确定的阈值。而海洋物探拖缆设备的供电方式比较特殊，它采用逐级上
电的方式，前一级设备供电完成并且没有错误，才进行下一级设备供电。在这个过程中，电
源状态会随着设备的增加而改变，因此用来进行比较的阈值就不再是一个固定值，对于上
述电源监测方案都需要不停的重新设定新的比较阈值。
因此，本发明提出一种可以自动判断电源比较阈值、自动判断海洋物探拖缆设备
上电状态，并能实现高实时性硬件监测的物探仪器控制设备。以此来实现对海洋物探拖缆
设备的电源进行高交互性、安全、高效、便捷。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有软件化电源监测需要手动设置比较阈值的问
题，提供一种用于海洋物探拖缆的物探仪器控制设备，通过高压电源自身的监测电路进行
电源数据采集，根据当前数字包数量自主设置比较阈值，紧密结合海洋物探拖缆设备的特
点，使海海洋物探拖缆设备的电源监测做高交互性、安全、高效、便捷。
本发明的技术解决方案是：一种用于海洋物探拖缆的物探仪器控制设备，其特征
在于：将物探仪器控制设备使用串行总线与海洋物探拖缆设备连接，物探仪器控制设备通
过人机接口模块接收海洋物探拖缆设备的工作信息；物探仪器控制设备开始正常进行海洋
物探拖缆设备电源监测；在监测过程中，物探仪器控制设备根据海洋物探拖缆设备的工作
信息，自主的设定监测使用的阈值，然后向高压电源设备发送命令，读取数据进行比较，比
较结果传给高压电源设备，高压电源设备响应后作出相关处理，再将相关处理结果返回给
物探仪器控制设备，直至上电初态结束。使海洋物探拖缆设备的电源监测做到高交互性、安
全、高效、便捷。
所述物探仪器控制设备的实现过程为：根据预设流程进行电源监测，预设流程是
先进行电源电压检测，下发打开第一级数字包(海洋物探拖缆设备信号采集单元)电源命令
至高压电源设备，根据高压电源设备的测量电压值的返回，在物探仪器控制设备中进行对
比，出现异常会通知高压电源设备切断电源，并再通过通知物探仪器控制设备，等待故障排
查和清除；测量电压值如果正常，会进入电流检测，下发相关命令至高压电源设备，等待高
压电源设备的测量电流值的返回，在物探仪器控制设备中进行对比，出现异常将通知高压
电源设备切断电源，并再返回物探仪器控制设备，等待故障排查和清除；测量电流值如果正
常，则完成了一次完整的电源监测流程，下发打开下一级数值包命令，转回电压检测，等待
下次电源监测流程的到来。完成一次完整电源监测流程代表完成一级数字包上电及电源监
测。当所有数字包完成上电后，海洋物探拖缆设备进入上电稳态，之前的时刻称为上电初
态。
所述软件比较模块包括第一通信模块、比较模块、协议模块、命令模块、人机接口
模块；
人机接口模块，接收到来自键盘输入的开始工作指令后，直接转发给命令模块；
命令模块，根据人机接口模块的工作指令生成上电命令；根据比较模块的比较结
果生成正常或异常命令；然后将上述命令传给协议模块；
协议模块，对命令模块传来的命令进行协议封装，将封装好的命令送给第一通信
模块；同时对第一通信模块上传来的封装后的测量电压值和测量电流值进行解析，得到解
析后的测量电压值和测量电流值送给比较模块；
比较模块，对协议模块传来封装后的上电命令中的数字包进行实时计算，计算出
电流阈值和电压阈值，并将协议模块上传的测量电压值和电流值与所述电流阈值和电压阈
值进行比较，将比较结果传给命令模块；
第一通信模块，将协议模块传来的封装好的命令转换成RS232信号输出；同时对上
传的RS232信号解析出封装后测量电压值和测量电流值，并将封装后的测量电压值、测量电
流值送至协议模块中。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、自主设置比较阈值：
现有软件化电源监测方案中往往需要一个明确的比较阈值。但在海洋物探拖缆设
备上电初态过程中，因为逐级上电机制的存在，这个比较阈值时随数字包数量而改变的。本
发明的物探监测控制设备，可以通过数字包总数以及完成上电的数字数量自主的计算出当
前电源监测需要的比较阈值。
2、自主判断海洋物探拖缆设备上电状态：
海洋物探拖缆设备上电过程存在上电初态、上电稳态两个过程。这两个过程中，海
洋物探拖缆设备对电源监测的要求不同。本发明的物探监测控制设备能根据当前上电数字
包数量自主的判断出海洋物探拖缆设备目前处在的上电状态。
附图说明
图1为现有技术中的软件比较图；
图2为海洋物探拖缆设备示意图；
图3为本发明物探仪器控制设备实现流程图；
图4为本发明用于海洋物探拖缆的物探仪器控制设备组成框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述：
如图2所示，海洋物探设备主要由物探船上的仪器设备(图上未标出)和水下拖缆
组成。水下拖缆在正常作业过程中采用物探船上380V高压电源供电，在这个过程中为了保
证仪器设备的安全，需要对供电过程进行实时监控，这也是本发明的背景和应用领域。
一、海洋物探电缆设备上电过程
如图2所示，海洋物探电缆由多级数字包组成，从安全角度考虑物探船上的高压电
源在给水下海洋物探电缆设备供电时，并不是采用直接给所有数字包(数字包为海洋物探
电缆设备采集和传输单元)同时供电，而是采用在前一个数字包供电完成且正常的情况下
再对下一个数字包进行供电的逐级上电方式。
在逐级上电过程中，因为用电的海洋物探电缆设备(数字包)的增加，海洋物探电
缆设备的电源状态也是随之改变，电源监测的阈值也随之改变。上电完成后，海洋物探电缆
设备就进入相对比较稳定的状态，电源供电也比较稳定。为了方便下面描述，将水下设备逐
级上电的过程称为上电初态，将逐级上电完成后的稳定状态称为上电稳态。
二、高压电源设备
高压电源设备就是安装在物探船上为水下物探拖缆设备即被监测设备进行高压
供电的设备。此外，高压电源设备带有电压、电流检测功能，本发明中涉及的实时工作电压、
电流检测是通过高压电源设备实现的，即本发明实时电源数据是由高压电源设备提供的。
三、物探仪器控制设备
物探仪器控制设备它主要负责控制整个物探拖缆设备的工作状态：如物探拖缆设
备什么时候开始工作、传输数据、结束工作等。此外物探仪器控制设备的部分也参与本发明
提及的电源实时监测部分。
四、本发明实施例
如图3所示，在物探仪器控制设备中软件比较模块进行软件比较过程为：根据预设
流程进行电源监测，预设流程是先进行电源电压检测，下发相关命令给高压电源设备，根据
高压电源设备的测量电压值的返回，在物探仪器控制设备中进行对比，出现异常会通过通
知高压电源设备切断电源，并再通知物探仪器控制设备，等待故障排查和清除；测量电压值
如果正常，会进入电流检测，下发相关命令给高压电源设备，等待高压电源设备的测量电流
值的返回，在物探仪器控制设备中进行对比，出现异常会通过通知高压电源设备切断电源，
并再返回物探仪器控制设备，等待故障排查和清除；测量电流值如果正常，则完成了一次完
整的电源监测流程，转回电压检测，等待下次电源监测流程的到来。
如图4所示，本发明物探仪器控制设备包括第一通信模块5、比较模块4、协议模块
3、命令模块2、人机接口模块1。
1、操作人员通过键盘输入开始工作指令，输入数字包总数量，整个实时电源监供
装置就会进入工作状态。高压电源设备给海洋物探拖缆设备上电时会处在逐级上电过程，
即上电初态，此时选择进行软件比较。
2、物探仪器控制设备的人机接口模块1接收到来自键盘输入的开始工作指令后，
直接转发给命令模块2，在命令模块2中生成上电命令，此时为上电初态过程；然后输出给协
议模块3，在协议模块3中完成对上电命令的协议封装；将封装后的上电命令送给第一通信
模块5，在第一通信模块5将封装后的上电命令转换成RS232信号，并输出传递给高压电源。
3、上电命令会通过不同通道同时分发给不同模块：
高压电源设备接收电压查询命令后，立即对海洋物探拖缆设备当前输出电压值进
行测量，因为现在处在软件比较过程，高压电源设备会将当前电压值返回给第一通信模块5
接收RS232信号并解析出封装后的测量电压值，再送入协议模块3解析出测量电压值，最后
将测量电压值送给物探仪器设备中的比较模块4。
4.在比较模块4中将测量电压值与计算的阈值进行比较，如果比较结果正常，会输
出电压比较正常信号给命令模块2，在命令模块2中生成电流查询命令，然后送给协议模块3
进行协议封装，再送入第一通信模块5将封装后的电流查询命令转换成RS232信号，再通过
FPGA电路送给高压电源.
如果在比较模块4中比较的结果不正常，会输出电压异常信号给命令模块2，在命
令模块2中生成关闭电源命令，然后将关闭电源命令送给协议模块3进行协议封装，然后将
封装好的命令传送给第一通信模块5，在第一通信模块5中将封装好的命令转换成RS232信
号送给高压电源设备，高压电源设备接收关闭电源命令，后关闭电源输出。
5.接着步骤4中，如果电压监测结果正常.高压电源设备收到电流检测命令,立即
对海洋物探拖缆设备当前输出电流值进行测量，因为现在处在软件比较过程，高压电源设
备会将当前电流值返回给第一通信模块5接收RS232信号并解析出封装后的测量电流值，再
送入协议模块3解析出测量电流值，最后将测量电流值送给物探仪器设备中的比较模块4。
6.在比较模块4中将实测的当前电流值与预先设置的阈值进行比较：如果比较结
果正常，当前数字包上电正常,会输出电流比较正常信号给命令模块2，在命令模块2中生成
电流检测命令，然后送给协议模块3进行协议封装，再送入第一通信模块5将封装后的电流
正常命令转换成RS232信号送给高压电源,高压电源接收到命令后打开下一级数字包供电,
进行下一轮电源监测，直至所有逐级上电过程结束；
如果在比较模块4中比较的结果不正常，会输出电流异常信号给命令模块2，在命
令模块2中生成关闭电源命令，然后将关闭电源命令送给协议模块3进行协议封装，然后将
封装好的命令传送给第一通信模块5，在第一通信模块5中将封装好的命令转换成RS232信
号，再送给高压电源设备，高压电源设备接收关闭电源命令，后关闭电源输出。
7.接着步骤6中，在进行完最后一级上电检测后，命令模块2会产生上电完成命令，
该命令标志着电源监测由软件比较转换到硬件比较。然后将上电完成命令送给协议模块3
进行协议封装，送入第一通信模块5将封装后的电流正常命令转换成RS232信号，至此物探
仪器控制设备上电初态电源监测工作结束。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。