FDU2S采集站维修技术探讨

陈治庆，陈华青，赵 忠

(中石化地球物理公司胜利分公司仪器管理中心 山东 东营 257100)

0 引 言

随着滩海勘探市场的发展，FDU2S采集站使用频率越来越高，损坏量也在逐年增加，由于Sercel公司在滩海采集设备的维修技术领域一直未开放，国内也没有维修点外修，导致胜利分公司滩海采集设备数量逐年减少。

由于400系列陆用采集站从2008年就开展检修工作，积累了丰富的检修经验，在FDU2S维修时，胜利分公司借鉴了地面采集站的成功维修经验，对FDU2S采集站电路板进行研究，形成一套综合性的维修技术，实现FDU2S采集站的自主检修，为胜利分公司滩海勘探保驾护航。

1 采集站工作原理及测试原理分析

1.1 采集站工作原理

FDU2S采集站内只有一块电路板[1]，采用单站双道设计，火花隙组件位于插头内，保护站体免受雷击，采集站是无取向的，即它的测线连接器可随意用作低端或高端端口，在两个LAU之间布设最多30个，测线数传率为8 Mbit/s。

1.2 电路板的主要构成

根据采集站实现的功能，可将电路板可分为5大功能模块：电源电路、接口电路(FDU INT)、数据通讯电路(FDU COM)、模数转化电路(SIG DEL)、EEPROM。如图1所示。

图1 采集站工作原理框图

结合采集站的工作原理，归纳出各模块的主要功能：

电源电路：生成6.3 V电压给模拟电路，2.7 V电压给数字电路。

接口电路(FDU INT)：用于整形信号，并包含两个锁相环用于同步信号。

数据通讯电路(FDU COM)：负责建立与LAUL的通信[2]，完成第一级滤波。

模数转换电路(SIG DEL)：将检波器拾取的模拟信号转化成数字比特流[3]。

EEPROM：是由数据通讯电路控制的，内部包含采集站的ID和检验参数。

1.3 采集站测试原理

TMS428测试系统[4]是目前400系列采集设备室内检修的测试设备，通过测试项目的选取和具体参数的设置( 例如：频率、增益、滤波器等)，可对采集站进行野外测试、仪器测试、校正等。利用TMS428可以实现以下几种功能：

1)根据测试需要可以任意创建测试方案，既可以是系统推荐的测试方案，也可用与待测设备相关的模板来创建一份新的测试方案；

2)对于待测采集设备，通过测试连线的选择，可以模拟野外生产中数据的采集及传输；

3)运行所需要的测试方案；

4)可根据不同的需求，生成多种格式的测试报告。

测试系统可以根据测试所需选择测试项目并设置每项测试的具体参数，每个采集站中的测试电路主要由一个电流生成器(数模转换器)和一个测试网络[5]构成，如图2所示：

1)噪声测试选取来自检波器的信号；

2)倾斜测试选取来自检波器和 DAC 的信号；

3)增益测试选取来自 DAC 和测试网络的信号。

图2 采集站测试原理图

测试时，通过测试项目的选取和具体参数的设置，可对采集站的双道依次进行加电、自测、野外测试、仪器测试等[6]，根据测试结果可以排查故障站，并对故障站给予相应的措施。

2 FDU2S采集站检修技术研究

要想对采集站进行精细化维修，准确找到故障点，就必须要有电路图作为理论依据，由于厂家未提供电路图纸，加上电路板内部采用多层布线的设计，仅通过表面元器件的测量，不能精确地绘制还原出各部分的电路图，只能根据得到的电路原理及信号分析，追踪信号走向，确定关键元器件型号，才能绘制还原电路图，最终解决故障，实现FDU2S采集站的自主检修。

2.1 绘制电路图

2.1.1 读板

利用稳压电源，通过任一四芯插座给采集站供电，提供+/-24 V的启动电压，根据电压的输入和输出端，在电路板上划分出电源电路的大体位置，因为采集站电子元器件采用双面焊接方式，所以电源电路位于电路板的正、反两面，电源连线都采用内部走线方式，细如发丝。

2.1.2 临摹电路图

根据电路板上电源电路的大体位置，首先在纸上记录好所有元器件的位置图，其中电阻、电容器件都是毫米甚至是微米级的，所以需要借助高倍显微镜，逐一标注清位置，防止遗漏，对于体积较大的贴面二极管则要记清极性，防止反接，集成模块则要准确记录位置信息，然后追踪每个模块的管脚信号，找到与之相连的电阻及电容，画出电路图的雏形。

2.1.3 确定核心集成模块型号

根据临摹的电路图，可以分析出电源电路由极性保护电路、开关电路、稳压保护电路和整流滤波电路构成，其中开关电路和稳压电路中均包含一个集成模块，参照各管脚的输入、输出信号和模块实现的功能，查阅大量文献资料后，先选定了5种型号的集成模块，后通过设计电路图，模拟实现电路功能等方法，最终确定了稳压器LT1316[7](IC6)、转换器LTC1871(IC5)。其中，LT1316的作用有两个，一是采集站加电后，LT1316会为转换器LTC1871提供一个5 V的启动电压，二是当采集站接受命令开始工作时，LT1316用来提高电源的效率，LTC1871是一个高效率的DC-DC转换器生成2.7 V和6.3 V电压。

2.1.4 绘制出电路图

集成模块确定后，重新检查临摹的电路图，补充各个核心模块的外围电路元件，绘制出准确电路图，如图3所示。

图3 采集站电源电路图

2.1.5 验证

画出电路图后，再根据所画的电路图与印制电路板的实际情况进行反向检查修正，直至绘制出精确的FDU2S电路图，如图3所示。

2.2 电源电路的工作原理

采集站加电后，输入电压±24 V经过一个二极管桥D2，D2的功能是保证电压极性正确及对采集站进行保护，通过调制和振荡电路将直流变成高频交流提供给IC6，IC6为IC5提供一个启动电压，通过震荡控制开关管把直流变成交流，输入到变压器T7，变压器T7输出的交流电压经半波整流、滤波电路，得到6.3 V直流电压供给采集站的模拟电路，6.3 V直流电压再经过低静态电流高效降压转换器T2变换成2.7 V的直流电压，供给采集站数字电路使用。检修时，根据绘制的电源电路图，结合与标准采集站元器件不同指标的对比，用数字表分别测试关键器件在加电或不加电情况下的标准数值，找出故障点。

2.3 单道/双道红站

采集站接入TMS428加电运行后，采集站首先自动完成自检，即初始化，大致可分为四个阶段：

1)时钟同步：位于FDU-INT内的锁相环与8.192 MHz的数据时钟同步；

2)对齐：FDU-COM 检测到数据流[8]的开始指令，采集站做好解释命令的准备；

3)定向阶段：作为采集站可以连接的另一种方式，在这个阶段做一个自动的内部方向的选择，选择有源或是无源对；

4)初始化测试：将对采集站内的EEPROM、参考电压、电阻、畸变状态等进行测试。

其中前三项程序的运行无法直观看到，第四项才是具体的参数比对、测试，测试结果在TMS上会以直观的测试窗口显示出来，因为FDU2S采集站采用单站双道的设计，在窗口会有两道的显示，如果一道中的某项指标出现问题，会在道状态栏处提示红色，当两道都有问题时，两道的状态指示都是红色。

结合之前同类型采集站的检修经验，绘制出FDU2S采集站的自检测试原理框图，如图4所示。

通过原理框图可以看出，采集站自检主要由模数转换电路[9]和电阻网络完成的，其中的模数转换电路是以SIG—DEL模块为核心，若干电容、电阻、三极管构成的。

图4 采集站自检测试原理框图

SIG—DEL是一个80脚的集成模块[10]，功能是完成模数转换和指标测试，在之前的408UL、428XL采集站维修中发现，它是很稳定的器件，因它引起的故障几乎没有，因此，只要准确地绘制出周边元器件的连接，就能精确地维修此类故障。

根据测试记录统计有近90%以上的红站是进水站，电路板连线及元器件均有不同程度的腐蚀，但是滩海电路板采用10层布线设计，电路连线非常细，最小的仅有0.2 mm，真正的细如发丝，电阻、电容元器件也十分微小，多数器件在1 mm左右。在绘制电路图时要把SIG—DEL模块每条引脚连接的元器件进行编号，电阻的阻值可以在电路板上直接量取，电容的容值测量要将器件从电路板上取下单独测量标定。如图5所示。

图5 采集站自检测试电路图

在单道/双道红站的检修过程中，总结出几点不同于其他类型故障的检修流程：

1)清洁。FDU2S采集站进水现象比较普遍，但是考虑到电路板元器件微小、连线细、器件引脚多等特点，处理腐蚀电路板时，放弃传统的酒精清洁，改用超声波清洗机进行清洁除污，处理过的电路板及时用吹风机进行处理。

2)查找。由于此电路中包括二十多个尺寸为1 mm的电容和电阻，它们的焊点只有0.2 mm左右，因此在使用中任何的撞击或过电压都会造成元器件的脱落，由于它们体积小，在电路板上不易察觉，在维修之前需要借助高倍显微镜，以绘制的电路图为参考逐一检查元器件的完整性。

3)测量。在电路板的维修中，测量主要包括两方面，一是对元器件的测量，电容、电阻因进水、氧化、老化等原因均会造成不同程度的损坏，表现为阻值的变化，但是此类元器件单从外观无法判断，要经过加电测试才能判断好坏；二是连线通断的测量，自检电路位于电路板的正、反两面，多数连线采用内部走线设计，通过测试孔将线路引到相对的一面，测试孔因设计的特殊性，当电路板进水时，最先腐蚀的就是测试孔，因为它与电路板内部直接连通，所以腐蚀程度很难估计，给检修带来了很大的困难，维修时，测量到此种断线时，通过外部跨接线的方法解决。

3 结束语

通过对FDU2S采集站检测技术的研究，总结了目前采集站主要故障的检测与维修方法，特别是测试原理框图的绘制、电路图的绘制、检修流程的编写，为实现FDU2S采集站的自主维修提供技术支持。