無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及油鉆井平臺錄井設備檢測裝置【技術領域】，是一種無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，包括脈沖測頻模塊、微處理模塊、通信模塊和供電模塊，脈沖測頻模塊包括信號隔離單元和脈沖測頻計數(shù)單元，微處理模塊包括微控制單元，通信模塊包括無線信號收發(fā)單元；微控制單元分別與脈沖測頻計數(shù)單元和無線信號收發(fā)單元電連接在一起。本實用新型結構合理而緊湊，其可接收脈沖傳感器測量得出的脈沖數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進行分析，然后將處理得到的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、信號頻率等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成無線信號發(fā)送給給監(jiān)控中心，以此實現(xiàn)對石油鉆井工程的錄井目的，對鉆井平臺的監(jiān)測和維護起到重要作用，具有電路簡潔、集成度高、檢測精度高、穩(wěn)定性強和易布設易拆裝等特點。
【專利說明】 無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及油鉆井平臺錄井設備檢測裝置【技術領域】，是一種無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊。

【背景技術】
[0002]石油鉆井是石油氣資源開采中的重要一步，其投入費用占石油勘探開發(fā)總投入的50%以上。隨著國際油氣需求的持續(xù)增加以及經(jīng)濟全球化加速，世界新石油格局正在逐步形成，石油行業(yè)的市場競爭也日益激烈。為滿足內(nèi)需及在競爭中取得勝利，鉆井技術需向“更深、更經(jīng)濟、更清潔、更安全和更聰明”的趨勢發(fā)展，一種有效的解決方法便是加速高技術含量的鉆井設備和監(jiān)測設備的研制。
[0003]隨著綜合錄井技術的不斷發(fā)展和成熟，集成了傳感器技術、應用電子技術、氣液相色譜分析、計算機數(shù)據(jù)處理及地質(zhì)和評測技術為一體的綜合錄井儀可以有效監(jiān)控鉆井液信息，并利用各項儀器技術進行設備工作信息、石油地質(zhì)等信息的采集、分析和處理，可以尋找并評價石油氣資源、實時跟蹤建井過程、監(jiān)測預報井下故障等它對世界各國的石油氣勘探開發(fā)事業(yè)帶來的影響也不斷深入。然而，石油鉆井現(xiàn)場大多地理位置偏遠、塘區(qū)分散、交通閉塞、現(xiàn)場人員較少，目前通過線纜傳送數(shù)據(jù)的監(jiān)測設備傳感器布設不便、安裝位置欠佳、環(huán)境干擾以及人員溝通不足等因素使信息采集和管理決策受到限制，設備本身也易受井場搬遷及拆卸安裝工作的影響而損壞，有線通信錄井設備檢測裝置的不足日益顯現(xiàn)。另一方面，近年來飛速發(fā)展的無線傳感器及其網(wǎng)絡技術在軍事測控、環(huán)境科學、經(jīng)貿(mào)商業(yè)等領域廣泛應用，被評為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的10大技術之一。因此，為了克服現(xiàn)有的傳統(tǒng)型有線錄井儀弊端，對于穩(wěn)定性更高、信息采集更準確、信號傳輸更迅速、中心處理更可靠的石油錄井設備的無線化系統(tǒng)研發(fā)具有重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型提供了一種無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，克服了上述現(xiàn)有技術之不足，其能有效解決現(xiàn)有有線錄井儀存在的監(jiān)測設備傳感器布設不便、安裝位置欠佳、環(huán)境干擾以及人員溝通不足等因素使信息采集和管理決策受到限制，設備本身也易受井場搬遷及拆卸安裝工作的影響而損壞的問題。
[0005]本實用新型的技術方案是通過以下措施來實現(xiàn)的:一種無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，包括脈沖測頻模塊、微處理模塊、通信模塊和供電模塊，脈沖測頻模塊包括信號隔離單元和脈沖測頻計數(shù)單元，微處理模塊包括微控制單元，通信模塊包括無線信號收發(fā)單元；微控制單元分別與脈沖測頻計數(shù)單元和無線信號收發(fā)單元電連接在一起，脈沖測頻計數(shù)單元和信號隔離單元電連接在一起，供電模塊分別與信號隔離單元、脈沖測頻計數(shù)單元、微控制單元和無線信號收發(fā)單元電連接在一起并為其供電；信號隔離單元上有能與無線脈沖傳感器的信號輸出端電連接的脈沖信號輸入接口和能為無線脈沖傳感器供電的供電輸出端。
[0006]下面是對上述實用新型技術方案的進一步優(yōu)化或/和改進:
[0007]上述信號隔離單元可為光電耦合器，脈沖測頻計數(shù)單元為CPLD芯片。
[0008]上述無線信號收發(fā)模塊可為中功率無線數(shù)傳模塊。
[0009]上述微處理模塊還可包括EEPROM、時鐘電路和撥碼開關，EEPROM、時鐘電路和撥碼開關分別與微控制單元電連接在一起，EEPROM、時鐘電路和撥碼開關分別與供電模塊電連接在一起。
[0010]上述通信接口單元還可包括RS485接口，RS485接口分別與微控制單元和供電模塊電連接在一起。
[0011]上述還可包括集成電路板，信號隔離單元、脈沖測頻計數(shù)單元、微控制單元、EEPROM、時鐘電路、撥碼開關、無線信號收發(fā)單元、RS485接口和供電模塊均固定安裝在集成電路板上。
[0012]上述供電模塊可包括220V交流電轉(zhuǎn)直流供電模塊或/和直流電供電模塊。
[0013]本實用新型結構合理而緊湊，其可接收脈沖傳感器測量得出的脈沖數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進行分析，然后將處理得到的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、信號頻率等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成無線信號發(fā)送給給監(jiān)控中心，以此實現(xiàn)對石油鉆井工程的錄井目的，對鉆井平臺的監(jiān)測和維護起到重要作用，其采用此無線傳輸方式無需提前鋪設線路，可規(guī)避地理環(huán)境因素限制，具有電路簡潔、集成度高、檢測精度高、穩(wěn)定性強和易布設易拆裝等特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖1為本實用新型最佳實施例的電路框圖。
[0015]附圖中的編碼分別為:I為脈沖測頻模塊，2為微處理模塊，3為通信模塊，4為供電模塊，5為信號隔離單元，6為脈沖測頻計數(shù)單元，7為微控制單元，8為無線信號收發(fā)單元，9為脈沖信號輸入接口，10為供電輸出端，11為EEPR0M，12為時鐘電路，13為撥碼開關，14為RS485接口，15為集成電路板。

【具體實施方式】
[0016]本實用新型不受下述實施例的限制，可根據(jù)本實用新型的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。
[0017]在本實用新型中，為了便于描述，各部件的相對位置關系的描述均是根據(jù)說明書附圖1的布圖方式來進行描述的，如:前、后、上、下、左、右等的位置關系是依據(jù)說明書附圖的布圖方向來確定的。
[0018]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步描述:
[0019]如附圖1所示，該無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊包括脈沖測頻模塊1、微處理模塊
2、通信模塊3和供電模塊4，脈沖測頻模塊I包括信號隔離單元5和脈沖測頻計數(shù)單元6，微處理模塊2包括微控制單元7，通信模塊3包括無線信號收發(fā)單元8 ;微控制單元7分別與脈沖測頻計數(shù)單元6和無線信號收發(fā)單元8電連接在一起，脈沖測頻計數(shù)單元6和信號隔離單元5電連接在一起，供電模塊4分別與信號隔離單元5、脈沖測頻計數(shù)單元6、微控制單元7和無線信號收發(fā)單元8電連接在一起并為其供電；信號隔離單元5上有能與無線脈沖傳感器的信號輸出端電連接的脈沖信號輸入接口 9和能為無線脈沖傳感器供電的供電輸出端10。使用時，將脈沖傳感器的信號輸出端和供電接入端分別與脈沖信號輸入接口 9和供電輸出端10電連接在一起，由此可將其采集的數(shù)據(jù)通過信號隔離單元5傳輸至脈沖測頻計數(shù)單元6進行數(shù)據(jù)處理，然后再發(fā)給微控制單元7，即可通過無線信號收發(fā)單元8將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無線信號發(fā)送出去，在監(jiān)控中心設置一個無線信號收發(fā)單元8，即可完成對該無線信號的接收，由此即可實現(xiàn)遠程監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集；當需要接收更多的脈沖傳感器采集的數(shù)據(jù)時，可連接多個本實用新型，由站點分別接收其發(fā)射出的無線信號；本實用新型可接收脈沖傳感器測量得出的脈沖數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進行分析，然后將處理得到的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、信號頻率等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成無線信號發(fā)送給給監(jiān)控中心，以此實現(xiàn)對石油鉆井工程的錄井目的，對鉆井平臺的監(jiān)測和維護起到重要作用，其采用此無線傳輸方式無需提前鋪設線路，可規(guī)避地理環(huán)境因素限制，具有電路簡潔、集成度高、檢測精度高、穩(wěn)定性強和易布設易拆裝等特點，使用方便快捷，減輕拆卸和安裝工作量，有效提高施工效率，降低設備的損壞率，節(jié)約施工成本。根據(jù)需求，微控制單元7可選用MSP430系列單片機，具體可為MSP430F5438單片機，該單片機是美國德州儀器公司推出的16位超低功耗、高性能產(chǎn)品，它具有處理能力強、運行速度快、資源豐富、開發(fā)方便等優(yōu)點。
[0020]可根據(jù)實際需要，對上述無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊作進一步優(yōu)化或/和改進:
[0021]如附圖1所示，信號隔離單元5為光電耦合器，脈沖測頻計數(shù)單元6為CPLD芯片。根據(jù)需求，信號隔離單元5可采用東芝TLP521光電耦合器，使用砷化鎵紅外發(fā)光二極管耦合到光電三極管，其可使前端電路與負載完全隔離，減少前端電路對后端的干擾、增強安全性并簡化設計；脈沖測頻計數(shù)單元6可采用CPLD EPM240芯片，它是ALTERA公司推出的一款CPLD芯片，3.3V供電，在O度至+85度溫度下可正常工作，其性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)處理精確，數(shù)據(jù)處理結果在微控制單元7采集指令和觸發(fā)時鐘作用下將傳輸至微控制單元7。
[0022]如附圖1所示，無線信號收發(fā)單元8為中功率無線數(shù)傳模塊。根據(jù)需求，無線信號收發(fā)單元8可采用中功率無線數(shù)傳模塊RFC-1100A，工作于433MHz開放ISM頻段免許可證使用，模塊中采用TI公司的高性能CCllOl無線通信芯片，高效GKSK調(diào)制，抗干擾能力強，最大數(shù)傳速率500Kbps，接收靈敏度高達-1lOdBm,最大發(fā)射功率100mW(+20dBm)，通訊距離可達500-800m，可廣泛應用于中遠距離的無線通信、工業(yè)控制、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I域。配套采用能牢固附著在金屬物體表面的磁性吸盤，SMA接口，頻率范圍433 MHz，帶寬±3 MHz,增益3dBi，功率容量50W。
[0023]如附圖1所示，微處理模塊2還包括EEPR0M11、時鐘電路12和撥碼開關13，EEPR0M11、時鐘電路12和撥碼開關13分別與微控制單元7電連接在一起，EEPR0M11、時鐘電路12和撥碼開關13分別與供電模塊4電連接在一起。根據(jù)需求，時鐘電路12可選用PCF8563芯片，該芯片是PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級具有極低功耗的CMOS實時多功能時鐘/日歷芯片，所有的地址和數(shù)據(jù)通過一個雙向兩線I2C總線串行傳輸，芯片最大總線速度為400kbits/s ；EEPR0M11可采用的是AT24C1024，提供1048567位的串行可電擦除和可編程只讀存儲器，該設備適合用于許多工業(yè)和商業(yè)，應用必要的低功耗和低電壓的操作；撥碼開關13可用于設置無線通信選用的無線頻段以及中心站本身的板號。在使用過程中，當同時使用多個本實用新型時，可通過撥碼開關13設置不同的地址和編碼，便于接收站點的識別；還可將一些需要保密的數(shù)據(jù)包存儲在EEPR0M11內(nèi)，由此增強其使用的安全性。
[0024]如附圖1所示，通信接口單元還包括RS485接口 14，RS485接口 14分別與微控制單元7和供電模塊4電連接在一起。根據(jù)需求，RS485接口 14可選用RSM485系列隔離收發(fā)器模塊，其是集成電源隔離、電氣隔離、RS-485接口芯片，總線保護器件于一身，方便嵌入用戶設備，使產(chǎn)品具有連接RS-485網(wǎng)絡的功能；在使用過程中，RS485接口 14可作為備用接口，便于通過有線連接的方式進行信號的傳輸。
[0025]如附圖1所示，還包括集成電路板15，信號隔離單元5、脈沖測頻計數(shù)單元6、微控制單元7、EEPR0M11、時鐘電路12、撥碼開關13、無線信號收發(fā)單元8、RS485接口 14和供電模塊4均固定安裝在集成電路板15上。通過集成電路板15可將所述的部件均集成為一體并實現(xiàn)其相應的各種電連接關系，這樣可使各個部件的安裝更加方便快捷、省時高效，還使其便于攜帶和安裝。
[0026]如附圖1所示，供電模塊4包括220V交流電轉(zhuǎn)直流供電模塊或/和直流電供電模塊。在使用過程中，供電模塊4可以為220V交流電轉(zhuǎn)直流供電模塊或直流電供電模塊中的一種，也可以是兩個模塊的組合；這樣，在現(xiàn)場設有220V交流電時，即可以用220V交流電轉(zhuǎn)直流供電模塊為整個電路供電，也可以采用電池組等現(xiàn)有公知的直流電供電模塊直接連接電路板為整個電路板供電，這兩種供電方式都可以為板子供電，再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后給相應的模塊單元供電。根據(jù)需求，供電模塊4可采用金升陽模塊LB15-10B24實現(xiàn)220V生成24V，使用金升陽模塊K7803-1000 (L)實現(xiàn)24V生成3.3V，使用金升陽模塊PWF2424D-6W實現(xiàn)24V隔離24V，使傳感器可外接220V/24V供電并有充電儲備，同時可抗工頻50Hz干擾。
[0027]以上技術特征構成了本實用新型的最佳實施例，其具有較強的適應性和最佳實施效果，可根據(jù)實際需要增減非必要的技術特征，來滿足不同情況的需求。
[0028]本實用新型最佳實施例的使用過程:將脈沖傳感器的信號輸出端和供電接入端分別與脈沖信號輸入接口 9和供電輸出端10電連接在一起；供電后，脈沖傳感器處于不斷采集信號的狀態(tài)，脈沖測頻模塊I開始接收石油鉆井現(xiàn)場發(fā)出的脈沖信號，并由脈沖測頻計數(shù)單元6完成對脈沖信號的測頻計數(shù)等信息處理和提??；由外部監(jiān)控中心發(fā)來的采集指令將被通信模塊3接收并傳送給微處理模塊2，在微處理模塊2的控制下，根據(jù)撥碼開關13設置的板號，相對延時后逐一將提取的信息經(jīng)通信模塊3向外發(fā)送給監(jiān)控中心，隨后微處理模塊2則開始等待下一次采集指令的到來。在該過程中，通信模塊3首要選取無線信號收發(fā)單元8與監(jiān)控中心進行信息交換，當現(xiàn)場環(huán)境復雜，無線通訊可能受干擾出現(xiàn)通訊異常，RS485接口 14作為應急備用接口，可與無線模塊同步工作，通過串口調(diào)試助手監(jiān)測數(shù)據(jù)。
【權利要求】
1.一種無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于包括脈沖測頻模塊、微處理模塊、通信模塊和供電模塊，脈沖測頻模塊包括信號隔離單元和脈沖測頻計數(shù)單元，微處理模塊包括微控制單元，通信模塊包括無線信號收發(fā)單元；微控制單元分別與脈沖測頻計數(shù)單元和無線信號收發(fā)單元電連接在一起，脈沖測頻計數(shù)單元和信號隔離單元電連接在一起，供電模塊分別與信號隔離單元、脈沖測頻計數(shù)單元、微控制單元和無線信號收發(fā)單元電連接在一起并為其供電；信號隔離單元上有能與無線脈沖傳感器的信號輸出端電連接的脈沖信號輸入接口和能為無線脈沖傳感器供電的供電輸出端。
2.根據(jù)權利要求1所述的無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于信號隔離單元為光電耦合器，脈沖測頻計數(shù)單元為CPLD芯片。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于無線信號收發(fā)模塊為中功率無線數(shù)傳模塊。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于微處理模塊還包括EEPROM、時鐘電路和撥碼開關，EEPROM、時鐘電路和撥碼開關分別與微控制單元電連接在一起，EEPROM、時鐘電路和撥碼開關分別與供電模塊電連接在一起。
5.根據(jù)權利要求3所述的無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于微處理模塊還包括EEPROM、時鐘電路和撥碼開關，EEPROM、時鐘電路和撥碼開關分別與微控制單元電連接在一起，EEPROM、時鐘電路和撥碼開關分別與供電模塊電連接在一起。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于通信接口單元還包括RS485接口，RS485接口分別與微控制單元和供電模塊電連接在一起。
7.根據(jù)權利要求5所述的無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于通信接口單元還包括RS485接口，RS485接口分別與微控制單元和供電模塊電連接在一起。
8.根據(jù)權利要求7所述的無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于還包括集成電路板，信號隔離單元、脈沖測頻計數(shù)單元、微控制單元、EEPROM、時鐘電路、撥碼開關、無線信號收發(fā)單元、RS485接口和供電模塊均固定安裝在集成電路板上。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于供電模塊包括220V交流電轉(zhuǎn)直流供電模塊或/和直流電供電模塊。
10.根據(jù)權利要求8所述的無線脈沖傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其特征在于供電模塊包括220V交流電轉(zhuǎn)直流供電模塊或/和直流電供電模塊。
【文檔編號】G08C17/02GK203982564SQ201420285882
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李學明, 藺學華, 牟博, 喻言, 王潔, 宋巖 申請人:克拉瑪依廣陸有限責任公司