無線井深傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種無線井深傳感器，包括增量編碼器、升壓芯片、微處理器、絕對值編碼器和無線模塊，所述增量編碼器與微處理器連接用于向微處理器輸入脈沖信號，升壓芯片輸入端與電源連接，輸出端與微處理器連接，微處理器通過開關(guān)與絕對值編碼器連接，輸入電壓經(jīng)升壓芯片升壓后通過微處理器和開關(guān)對絕對值編碼器供電，無線模塊與微處理器連接用于發(fā)送絕對值編碼器采集的信號。本實(shí)用新型在采樣精度不變的情況下，信號傳輸采用無線方式，同時降低傳感器、采集電路功耗，提高電池使用壽命。
【專利說明】
無線井深傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及石油鉆井參數(shù)監(jiān)測儀表系統(tǒng)設(shè)計與制造領(lǐng)域，尤其涉及石油鉆井儀表無線通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種無線井深傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在石油鉆井行業(yè)應(yīng)用有線傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每次布線耗時耗力，且不易搬迀，并大大減緩了井場儀表安裝的進(jìn)度，浪費(fèi)了成本，且不符合新型化井場建設(shè)要求。現(xiàn)有的井深傳感器，采用相對值編碼器技術(shù)，井場掉電時，傳感器必須重新置零后，才能正常工作。井深數(shù)據(jù)是鉆井工程的一個重要參數(shù)，如何采用無線傳感器方式，精準(zhǔn)呈現(xiàn)井深參數(shù)數(shù)據(jù)一直是個難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種無線井深傳感器。本實(shí)用新型在采樣精度不變的情況下，信號傳輸采用無線方式，同時降低傳感器、采集電路功耗，提尚電池使用壽命。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種無線井深傳感器，其特征在于:包括增量編碼器、升壓芯片、微處理器、絕對值編碼器和無線模塊，所述增量編碼器與微處理器連接用于向微處理器輸入脈沖信號，升壓芯片輸入端與電源連接，輸出端與微處理器連接，微處理器通過開關(guān)與絕對值編碼器連接，輸入電壓經(jīng)升壓芯片升壓后通過微處理器和開關(guān)對絕對值編碼器供電，無線模塊與微處理器連接用于發(fā)送絕對值編碼器采集的信號。
[0006]所述絕對值編碼器的機(jī)械軸不轉(zhuǎn)動時，微處理器通過開關(guān)控制關(guān)斷絕對值編碼器電源，增量編碼器輸出二路脈沖信號作為微處理器喚醒絕對值編碼器的觸發(fā)信號。
[0007]所述增量型編碼器電源電壓為DC2.5?3.6V，增量型編碼器設(shè)置為一直處于通電的工作狀態(tài)。
[0008]所述升壓芯片為DC-DC升壓芯片，微處理器通過NPN開關(guān)三極管與絕對值編碼器連接，DC-DC升壓芯片將DC3V電源電壓升壓為DC5V，并通過微處理器和NPN開關(guān)三極管對編碼器進(jìn)行供電控制。
[0009]所述傳感器還包括顯示器，顯示器通過電子開關(guān)與微處理器連接，微處理器通過電子開關(guān)控制顯示器的開關(guān)。
[0010]所述升壓芯片為HT7333，微處理器為德州儀器的MSP430低功耗處理器，無線模塊選用 UTC-240B。
[0011 ]采用本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012]1、本實(shí)用新型利用無線通信技術(shù)特點(diǎn)和工作機(jī)制，采用無線傳輸方式，減少現(xiàn)場布線困難，材料浪費(fèi)等問題。
[0013]2、本實(shí)用新型采用絕對值輸出和相對AB兩路脈沖輸出，可實(shí)現(xiàn)相對脈沖信號喚醒絕對值的節(jié)電工作模式，大大降低了功耗。
[0014]3、本實(shí)用新型相對脈沖輸出僅需30uA以內(nèi)功耗，特別應(yīng)用于多回轉(zhuǎn)電動裝置的檢查。
[0015]綜上，本實(shí)用新型使用低功耗絕對編碼器準(zhǔn)確測量井深參數(shù)，采用無線傳輸方式，減少現(xiàn)場布線，不受井場掉電影響。設(shè)計低功耗信號處理電路板，在功能不變的條件下，延長電池壽命。采用高效節(jié)能電池，能實(shí)現(xiàn)持續(xù)工作三個月以上，有助于無線鉆井儀表在現(xiàn)場的推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]一種無線井深傳感器，包括增量編碼器、升壓芯片、微處理器、絕對值編碼器和無線模塊，所述增量編碼器與微處理器連接用于向微處理器輸入脈沖信號，升壓芯片輸入端與電源連接，輸出端與微處理器連接，微處理器通過開關(guān)與絕對值編碼器連接，輸入電壓經(jīng)升壓芯片升壓后通過微處理器和開關(guān)對絕對值編碼器供電，無線模塊與微處理器連接用于發(fā)送絕對值編碼器采集的信號。
[0019]本實(shí)施例中，所述絕對值編碼器的機(jī)械軸不轉(zhuǎn)動時，微處理器通過開關(guān)控制關(guān)斷絕對值編碼器電源，增量編碼器輸出二路脈沖信號作為微處理器喚醒絕對值編碼器的觸發(fā)信號。
[0020]本實(shí)施例中，所述增量型編碼器電源電壓為DC2.5?3.6V，增量型編碼器設(shè)置為一直處于通電的工作狀態(tài)。
[0021]本實(shí)施例中，所述升壓芯片為DC-DC升壓芯片，微處理器通過NPN開關(guān)三極管與絕對值編碼器連接，DC-DC升壓芯片將DC3V電源電壓升壓為DC5V，并通過微處理器和NPN開關(guān)三極管對編碼器進(jìn)行供電控制。
[0022]本實(shí)施例中，所述傳感器還包括顯示器，顯示器通過電子開關(guān)與微處理器連接，微處理器通過電子開關(guān)控制顯示器的開關(guān)。
[0023]本實(shí)施例中，所述升壓芯片為HT7333，微處理器為德州儀器的MSP430低功耗處理器，無線模塊選用UTC-240B。
[0024]實(shí)施例2
[0025]作為本實(shí)用新型的傳感器，本實(shí)用新型采用絕對值和脈沖兩種方式相結(jié)合。絕對值時分辨率為256，電氣轉(zhuǎn)角360°，輸出串行SSI信號，最大轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)/分，供電為5V±10%、正常14mA、節(jié)電模式30uA?ImA;脈沖方式，分辨率為6P/R，電氣轉(zhuǎn)角位360°，輸出信號為方波，最大轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分，供電為2.5V~3.6V、30uA以內(nèi)。使用溫度均在一40?+85°C。
[0026]實(shí)施例3
[0027]作為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，本實(shí)用機(jī)械參數(shù)為軸承:2組密封滾珠軸承，啟動力矩<3Ncm，軸容許載荷為:徑向20N，軸向20N，殼體為鋁合金材質(zhì)，陽極化處理。保護(hù)等級為殼體IP65，轉(zhuǎn)軸IP55。
[0028]實(shí)施例4
[0029]作為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方式，采用超低功耗增量型編碼器電源電壓為DC2.5?3.6V、耗電30uA以內(nèi)，因?yàn)閮H耗電幾十個微安電流，所以可以始終處于通電的工作狀態(tài)，在編碼器機(jī)械軸不轉(zhuǎn)動時二次儀表的微處理器可將絕對值編碼器設(shè)置為掉電模式(節(jié)電模式)，并將該AB輸出脈沖作為喚醒絕對值編碼器的觸發(fā)信號。
[0030]實(shí)施例5
[0031]作為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方式，本實(shí)用新型傳感器絕對值編碼器電源電壓為DC5V，可采用DC-DC升壓芯片將DC3V電源電壓變?yōu)镈C5V，并通過微處理器和NPN開關(guān)三極管對編碼器實(shí)行供電控制，以便實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)電目的。有如下幾種情況分別處理:
[0032]當(dāng)絕對值編碼器機(jī)械軸不轉(zhuǎn)動時，微處理器可關(guān)斷絕對值編碼器電源，這時的電流為0，由AB輸出脈沖作為微處理器喚醒絕對值編碼器的觸發(fā)信號，絕對值編碼器從關(guān)斷電源到重新啟動需要最大時間1.9mS，正常工作電流誒14mA。
[0033]在機(jī)械軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動狀態(tài)下，在滿足每轉(zhuǎn)采樣5個數(shù)據(jù)以上的條件下，可采用斷電循環(huán)工作模式，即:接通時間Ton按1.9mS+讀取數(shù)據(jù)時間(如:讀取時鐘IMHz則讀取時間為21uS)，關(guān)斷時間Toff按滿足上訴轉(zhuǎn)速和采樣數(shù)據(jù)要求的最大時間。這種節(jié)電模式的平均電流為:Ton*14mA+ (Ton+Toff)。
[0034]實(shí)施例6
[0035]作為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方式，為了可靠或快速喚醒，可將二路的AB輸出脈沖都作為喚醒觸發(fā)信號，如果絕對值編碼器機(jī)械軸在不轉(zhuǎn)動時仍有機(jī)械振動、能造成誤喚醒時，可以根據(jù)AB信號的相互關(guān)系，排除振動帶來的誤喚醒。
[0036]需要注意的是:喚醒轉(zhuǎn)速必須小于60轉(zhuǎn)/分，S卩:當(dāng)絕對值編碼器處于節(jié)電(掉電)模式狀態(tài)時，與編碼器軸相連的機(jī)械設(shè)備又開始轉(zhuǎn)動時必須緩慢到高速的過程才行，開始的I秒內(nèi)在I轉(zhuǎn)以內(nèi)即可。
[0037]實(shí)施例6
[0038]作為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方式，低功耗井深數(shù)據(jù)采集處理電路的電子元器件選型上全部選用低功耗高性能器件，升壓芯片選用HT7333，靜態(tài)功耗只有9uA，是至今為止業(yè)內(nèi)最低功耗的線性穩(wěn)壓芯片。微處理器M⑶采用德州儀器的MSP430低功耗處理器平臺，在智能儀表等低功耗應(yīng)用行業(yè)有著廣泛的贊譽(yù)。電容選用低漏電電容。無線模塊選用UTC-240B，接收數(shù)據(jù)時，電流僅僅只有5mA，功耗在業(yè)內(nèi)也是最低水平，且選用470MHz頻段，具有傳輸距離選，且干擾較小的優(yōu)點(diǎn)。
[0039]實(shí)施例7
[0040]作為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方式，本實(shí)用新型傳感器設(shè)計顯示和低功耗傳感器部分的兩個電子開關(guān)。通過該電子開關(guān)，可以減少傳感器的整體功耗。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中一是顯示并不需要實(shí)時顯示，二是為了降低功耗，傳感器也不需要實(shí)時的打開。引入了一個電子開關(guān)的裝置，可以通過MCU控制，打開和關(guān)斷相應(yīng)的電路，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。針對顯示部分，在設(shè)計中還引入了外部喚醒功能，利用強(qiáng)磁靠近傳感器，M⑶檢測干簧管閉合狀態(tài)來控制電子開關(guān)的打開。MCU也可以控制傳感器在需要數(shù)據(jù)采集的時候才打開此裝置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無線井深傳感器，其特征在于:包括增量編碼器、升壓芯片、微處理器、絕對值編碼器和無線模塊，所述增量編碼器與微處理器連接用于向微處理器輸入脈沖信號，升壓芯片輸入端與電源連接，輸出端與微處理器連接，微處理器通過開關(guān)與絕對值編碼器連接，輸入電壓經(jīng)升壓芯片升壓后通過微處理器和開關(guān)對絕對值編碼器供電，無線模塊與微處理器連接用于發(fā)送絕對值編碼器采集的信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線井深傳感器，其特征在于:所述絕對值編碼器的機(jī)械軸不轉(zhuǎn)動時，微處理器通過開關(guān)控制關(guān)斷絕對值編碼器電源，增量編碼器輸出二路脈沖信號作為微處理器喚醒絕對值編碼器的觸發(fā)信號。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線井深傳感器，其特征在于:所述增量型編碼器電源電壓為DC2.5-3.6V，增量型編碼器設(shè)置為一直處于通電的工作狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線井深傳感器，其特征在于:所述升壓芯片為DC-DC升壓芯片，微處理器通過NPN開關(guān)三極管與絕對值編碼器連接，DC-DC升壓芯片將DC3V電源電壓升壓為DC5V，并通過微處理器和NPN開關(guān)三極管對編碼器進(jìn)行供電控制。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線井深傳感器，其特征在于:所述傳感器還包括顯示器，顯示器通過電子開關(guān)與微處理器連接，微處理器通過電子開關(guān)控制顯示器的開關(guān)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線井深傳感器，其特征在于:所述升壓芯片為HT7333，微處理器為MSP430低功耗處理器，無線模塊選用UTC-240B。
【文檔編號】E21B47/04GK205605203SQ201620314399
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】陳曉東, 陳勇, 鐘禮慧
【申請人】中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司