專(zhuān)利名稱(chēng)：微弱信號(hào)檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油井參數(shù)測(cè)量?jī)x器，尤其涉及一種過(guò)套管電阻率測(cè)井的微弱信號(hào)檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
隨著油田的開(kāi)發(fā)逐漸進(jìn)入到中后期，剩余油監(jiān)測(cè)是各油田進(jìn)行高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要手段，能夠透過(guò)鋼質(zhì)套管去測(cè)量油井周?chē)貙与娮杪实倪^(guò)套管電阻率測(cè)井儀是進(jìn)行剩余油監(jiān)測(cè)的主要儀器，過(guò)套管電阻率測(cè)井儀的主要測(cè)量原理是向套管和地層注入大電流，由于鋼套管的電阻率相對(duì)于地層來(lái)說(shuō)是很小的，大部分電流沿著套管流動(dòng)，只有極少部分泄露到地層中，需要測(cè)量的信號(hào)是泄露電流在測(cè)量電極引起的電位差以及二次電位差。微弱信號(hào)測(cè)量一直是過(guò)套管電阻率測(cè)井儀的關(guān)鍵技術(shù)之一，其測(cè)量的精度以及準(zhǔn)確度是影響測(cè)量結(jié)果的重要因素。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種在油井環(huán)境中測(cè)量極微弱信號(hào)的測(cè)量誤差小、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的微弱信號(hào)檢測(cè)儀。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種微弱信號(hào)檢測(cè)儀，其特殊之處在于 所述微弱信號(hào)檢測(cè)儀包括測(cè)量電極部分、模擬開(kāi)關(guān)、信號(hào)放大器、電壓跟隨器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、濾波器、微控單元以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；所述模擬開(kāi)關(guān)、信號(hào)放大器、電壓跟隨器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、濾波器、微控單元以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器依次電性連接；所述測(cè)量電極接入模擬開(kāi)關(guān)；所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器接入模擬開(kāi)關(guān)。上述測(cè)量電極包括第一電極以及第二電極，所述第一電極和第二電極并聯(lián)接入模擬開(kāi)關(guān)。上述微弱信號(hào)檢測(cè)儀還包括程控增益放大器，所述信號(hào)放大器通過(guò)程控增益放大器接入電壓跟隨器。上述信號(hào)放大器是儀表放大器或差分放大器。上述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換位數(shù)不低于16位。上述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器是能夠轉(zhuǎn)換負(fù)電壓的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。上述濾波器是低通的數(shù)字濾波器。上述微控單元是單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、測(cè)量誤差小。本發(fā)明所提供的微弱信號(hào)檢測(cè)儀能夠測(cè)量浮動(dòng)范圍較寬的極微弱
信號(hào)，測(cè)量誤差小。2、測(cè)量精度高。本發(fā)明在整個(gè)電路中沒(méi)有模擬的濾波設(shè)備，減少信號(hào)畸變的可能以及出錯(cuò)的幾率，測(cè)量精度高。3、可消除溫度增加對(duì)儀器零點(diǎn)的影響。本發(fā)明針對(duì)油井高溫的使用環(huán)境，可以每過(guò)一段時(shí)間就進(jìn)行一次測(cè)零操作，消除溫度增加對(duì)儀器零點(diǎn)的影響。4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，很適合于油井環(huán)境中使用。


圖1是本發(fā)明所提供的微弱信號(hào)檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供了一種微弱信號(hào)檢測(cè)儀，該檢測(cè)儀包括測(cè)量電極、模擬開(kāi)關(guān)3、信號(hào)放大器4、程控增益放大器5、電壓跟隨器6、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器7、濾波器8、微控單元9以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器10 ；模擬開(kāi)關(guān)3、信號(hào)放大器4、程控增益放大器5、電壓跟隨器6、 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器7、濾波器8、微控單元9以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器10依次電性連接；測(cè)量電極接入模擬開(kāi)關(guān)3 ；數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器10接入模擬開(kāi)關(guān)3。測(cè)量電極包括第一電極1以及第二電極2，第一電極1和第二電極2并聯(lián)接入模擬開(kāi)關(guān)3。模擬開(kāi)關(guān)3選擇電極信號(hào)或者給定的校正信號(hào)兩個(gè)信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)入到后級(jí)進(jìn)行處理。測(cè)量部分主要測(cè)量的是兩個(gè)測(cè)量電極第一電極1以及第二電極2之間的差壓，并將差壓進(jìn)行放大濾波等一系列處理，然后作為過(guò)套管電阻率測(cè)井儀的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行使用。模擬開(kāi)關(guān)3，可以在外部輸入信號(hào)以及裝置給定的校正信號(hào)之間進(jìn)行切換。信號(hào)放大器4可以是儀表放大器或者差分放大器，其特點(diǎn)為能夠?qū)⑤斎氲牟罘中盘?hào)變換成單端信號(hào)并有一定的放大倍數(shù)且輸入阻抗大、輸出阻抗小，這樣才能將輸入的信號(hào)盡可能地傳輸?shù)胶蠹?jí)。能程控增益的放大器5，因?yàn)樾盘?hào)放大器4已經(jīng)將信號(hào)進(jìn)行了一級(jí)放大，但是因?yàn)闇y(cè)量信號(hào)的大小對(duì)于不同的測(cè)量層段是不同的，為了能夠得到對(duì)后級(jí)更好的采集信號(hào)，用一級(jí)可控增益放大器來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的放大。電壓跟隨器6，是為了后級(jí)的阻抗匹配而設(shè)計(jì)的。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器7，由于過(guò)套管電阻率測(cè)井儀的計(jì)算式中，所有的變量都是按照數(shù)字量進(jìn)行計(jì)算的，所以要對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，由于要求的精度較高，所以要求模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的精度至少在16位以上，并且由于輸入信號(hào)是一個(gè)低頻的雙極性信號(hào)，所以要求模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器必須能夠轉(zhuǎn)換雙極性信號(hào)并且對(duì)高頻信號(hào)具有很大的抑制作用，所以采用的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器是△ Σ結(jié)構(gòu)的具有負(fù)參考能夠轉(zhuǎn)換負(fù)電壓的一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。由于在油井下的環(huán)境是比較復(fù)雜的，各類(lèi)干擾信號(hào)都可能存在，但是由于采集信號(hào)是低頻的，而干擾信號(hào)是高頻的，可以用濾波器將高頻信號(hào)剔除。低通的數(shù)字濾波器8，將無(wú)用的高頻信號(hào)濾除，低通濾波器的截止頻率大約為10赫茲左右，這樣低的一個(gè)低通濾波器基本上就能夠?qū)⒏哳l干擾信號(hào)濾除。這種數(shù)字濾波器可以是無(wú)限沖擊響應(yīng)型或者有限沖擊響應(yīng)型的數(shù)字濾波器，也可以是二者的結(jié)合。微控單元9，可以為單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器等可編程器件，主要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行讀取以及對(duì)可編程器件進(jìn)行控制。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器10，可以將給定的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，然后經(jīng)過(guò)模擬開(kāi)關(guān)3的選擇，可以進(jìn)行整個(gè)環(huán)節(jié)的校驗(yàn)與調(diào)零，在油井高溫高壓的環(huán)境中，器件的性能可能隨著溫度的升高而變化，并且器件也可能被損壞，可以通過(guò)微控單元9來(lái)對(duì)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器10進(jìn)行操作，給出相應(yīng)的值，然后再經(jīng)過(guò)環(huán)路再采集回來(lái)，可以對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行校驗(yàn)。由于輸入信號(hào)是雙極性的，并且在后期計(jì)算電阻率的過(guò)程中需要對(duì)轉(zhuǎn)換邊沿進(jìn)行檢測(cè)，所以整個(gè)裝置中沒(méi)有出現(xiàn)模擬的濾波器，因?yàn)槟M的濾波器有可能對(duì)測(cè)量信號(hào)的波形產(chǎn)生變化以至于檢測(cè)到的邊沿變換時(shí)間不準(zhǔn)確。根據(jù)測(cè)量信號(hào)以及噪聲的特征，設(shè)計(jì)出的數(shù)字濾波器必須保證對(duì)輸入方波信號(hào)的測(cè)量值極性轉(zhuǎn)換時(shí)的測(cè)量沒(méi)有太大的影響。本發(fā)明在具體工作時(shí)，首先采集到的第一電極1和第二電極2之間的信號(hào)是微弱的低頻電壓信號(hào)，由于信號(hào)很微弱并且是電位差信號(hào)，所以前級(jí)采用具有一定放大倍數(shù)的儀表放大器4，將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成既有一定幅度的單端信號(hào)進(jìn)行處理，由于測(cè)量的信號(hào)具有一定的浮動(dòng)范圍，所以后即采用一個(gè)增益可調(diào)的高精度放大器，即程控增益放大器5進(jìn)行再次放大，后面再加一級(jí)電壓跟隨器6進(jìn)行阻抗的變換以適應(yīng)后級(jí)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器7。電壓跟隨器6輸出的信號(hào)進(jìn)入到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器7進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，由于信號(hào)含有較大的噪聲信號(hào)，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器7必須對(duì)高頻信號(hào)有一定的抑制作用，最后在微控單元9的控制下，按照設(shè)定的速度輸出數(shù)字化的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的處理與傳輸。
權(quán)利要求
1.一種微弱信號(hào)檢測(cè)儀，其特征在于所述微弱信號(hào)檢測(cè)儀包括測(cè)量電極、模擬開(kāi)關(guān)、 信號(hào)放大器、電壓跟隨器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、濾波器、微控單元以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；所述模擬開(kāi)關(guān)、信號(hào)放大器、電壓跟隨器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、濾波器、微控單元以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器依次電性連接；所述測(cè)量電極接入模擬開(kāi)關(guān)；所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器接入模擬開(kāi)關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弱信號(hào)檢測(cè)儀，其特征在于所述測(cè)量電極包括第一電極以及第二電極，所述第一電極和第二電極并聯(lián)接入模擬開(kāi)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微弱信號(hào)檢測(cè)儀，其特征在于所述微弱信號(hào)檢測(cè)儀還包括程控增益放大器，所述信號(hào)放大器通過(guò)程控增益放大器接入電壓跟隨器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微弱信號(hào)檢測(cè)儀，其特征在于所述信號(hào)放大器是儀表放大器或差分放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微弱信號(hào)檢測(cè)儀，其特征在于所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換位數(shù)不低于16位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微弱信號(hào)檢測(cè)儀，其特征在于所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器是能夠轉(zhuǎn)換負(fù)電壓的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微弱信號(hào)檢測(cè)儀，其特征在于所述濾波器是低通的數(shù)字濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微弱信號(hào)檢測(cè)儀，其特征在于所述微控單元是單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微弱信號(hào)檢測(cè)儀，所述微弱信號(hào)檢測(cè)儀包括測(cè)量電極、模擬開(kāi)關(guān)、信號(hào)放大器、電壓跟隨器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、濾波器、微控單元以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；其中模擬開(kāi)關(guān)、信號(hào)放大器、電壓跟隨器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、濾波器、微控單元以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器依次電性連接；本發(fā)明可在油井環(huán)境中測(cè)量極微弱信號(hào)，而且測(cè)量誤差小、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)E21B49/00GK102206996SQ20101013684
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者劉志紅, 張保興, 王宗銳, 黃向東 申請(qǐng)人:西安思坦儀器股份有限公司