一種井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其包括泥漿壓力傳感器、無線高速采集裝置和監(jiān)控中心；所述無線高速采集裝置通過數(shù)據(jù)電纜與所述泥漿壓力傳感器相連接，其中，所述無線高速采集裝置包括壓力脈沖采集電路、無線射頻電路以及大容量鋰電池組，所述壓力脈沖采集電路包括濾波器、高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)主控電路、電源管理電路以及天線。本實(shí)用新型通過采用井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，能夠有效解決井上現(xiàn)場泥漿壓力脈沖信號(hào)的高速采集與遠(yuǎn)程傳輸，以便操作人員對(duì)井下工具的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
【專利說明】一種井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種采集系統(tǒng)，特別地涉及一種井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]石油鉆井領(lǐng)域中的智能鉆井工具(包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具和垂直鉆井工具)在井下工作時(shí)需要與地面實(shí)時(shí)地進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，其中，數(shù)據(jù)的上傳和下傳是通過專用的通信協(xié)議進(jìn)而調(diào)整鉆井管道中的泥漿壓力的脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)的。一方面，井下鉆井工具通過改變泥漿壓力脈沖頻率不間斷的向地面?zhèn)鬏斁鹿ぞ吒鞣N狀態(tài)參數(shù)；另一方面，地面通過改變泥漿壓力脈沖頻率對(duì)井下工具進(jìn)行指令的下傳。
[0003]但是，從井下幾千米的井深向地面?zhèn)魉偷哪酀{壓力脈沖信號(hào)往往很微弱并且容易受到很多諧波干擾，此外，針對(duì)地面的接收設(shè)備，也需要具備高分辨率、高性能濾波、抗干擾的泥漿壓力脈沖采集能力，并且采集到的數(shù)據(jù)需要高速率、高可靠、無丟包的從井上現(xiàn)場向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心傳送，再經(jīng)過解碼和數(shù)據(jù)處理后由操作人員實(shí)施監(jiān)控。這些都是目前泥漿壓力采集技術(shù)上的難點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其包括泥漿壓力傳感器、無線高速采集裝置和監(jiān)控中心；所述無線高速采集裝置通過數(shù)據(jù)電纜與所述泥漿壓力傳感器相連接，其中，所述無線高速采集裝置包括壓力脈沖采集電路、第一無線射頻電路以及大容量鋰電池組，所述監(jiān)控中心包括第二無線射頻電路和計(jì)算機(jī)，所述壓力脈沖采集電路包括濾波器、高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)主控電路、電源管理電路以及天線，所述無線射頻電路包括第二數(shù)字處理單元和射頻收發(fā)器。
[0005]優(yōu)選的是，所述濾波器采用運(yùn)算放大器配合阻容元件的截止頻率為30HZ的二階低通濾波器，所述濾波器配置地用以濾除脈沖信號(hào)的低頻雜波和干擾并將濾波后的信號(hào)傳輸給所述高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
[0006]優(yōu)選的是，所述高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用ADS1216高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換微處理器作為核心單元，配置地用于對(duì)0.5-4.5V壓力脈沖的電壓信號(hào)進(jìn)行22位精確數(shù)字量化，從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換后通過SPI總線進(jìn)入所述單片機(jī)主控電路。
[0007]優(yōu)選的是，所述單片機(jī)主控電路包括第一數(shù)字處理單元，其中，所述第一數(shù)字處理單元采用PIC18F2585微處理器，配置地用于對(duì)泥漿壓力脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件算法濾波，進(jìn)一步去除干擾。
[0008]優(yōu)選的是，第一數(shù)字處理單元通過9600波特率的TTL串行數(shù)據(jù)總線與無線射頻電路進(jìn)行雙向通信，一方面將泥漿壓力信號(hào)和其他狀態(tài)信號(hào)通過無線射頻電路發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，另一方面通過無線射頻電路接收監(jiān)控中心發(fā)來的指令，調(diào)度其他處理器和模塊進(jìn)入休眠或工作模式。
[0009]優(yōu)選的是，所述第二數(shù)據(jù)處理單元以PIC18F4680微處理器為核心，對(duì)壓力脈沖的TTL串行數(shù)據(jù)根據(jù)專用通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)打包并以200字節(jié)/0.5秒的高速率發(fā)送給射頻收發(fā)器以用于無線發(fā)送。
[0010]優(yōu)選的是，所述射頻收發(fā)器采用CCllOl射頻收發(fā)器作為核心處理器，傳輸功率等級(jí)達(dá)到+1dBm,最大功率只有10mW，且空中速率達(dá)到15KBPS，最大傳輸距離達(dá)到500米，用于滿足脈沖信號(hào)的高速率射頻傳輸需求。
[0011]優(yōu)選的是，所述大容量鋰電池組配置地能夠輸出5V直流電，直流電經(jīng)電源管理電路穩(wěn)壓為3.3V,最終為系統(tǒng)的各芯片供電。
[0012]優(yōu)選的是，所述泥漿壓力傳感器安裝在井上現(xiàn)場的泥漿管道上。
[0013]優(yōu)選的是，所述泥漿壓力傳感器對(duì)泥漿管道中的泥漿壓力進(jìn)行測量并根據(jù)泥漿壓力的實(shí)時(shí)變化輸出相應(yīng)的數(shù)字脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)在0.5 — 4.5V范圍內(nèi)。
[0014]本實(shí)用新型通過采用井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，能夠有效解決井上現(xiàn)場泥漿壓力脈沖信號(hào)的高速采集與遠(yuǎn)程傳輸，以便操作人員對(duì)井下工具的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型涉及的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)的系統(tǒng)連接圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型涉及的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)中壓力脈沖采集電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型涉及的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)中無線射頻電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中，1-泥漿壓力傳感器、2-無線高速采集裝置、3-監(jiān)控中心、4-壓力脈沖采集電路、5-第一無線射頻電路、6-大容量可充電式鋰電池組、7-濾波器、8-高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、9-單片機(jī)主控電路、10-電源管理電路、11-第一數(shù)字處理單元、12-第二數(shù)據(jù)處理單元、13-433M射頻收發(fā)器、14-第二無線射頻電路、15-計(jì)算機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為了更好地說明本實(shí)用新型的意圖，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容做進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1所示，圖1示出了一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例提供了一種井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其包括泥漿壓力傳感器1、無線高速采集裝置2和監(jiān)控中心3，其中，泥漿壓力傳感器I安裝在井上現(xiàn)場的泥漿管道上并且具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、防射頻/電磁干擾以及高測量精度的特點(diǎn)，所述泥漿壓力傳感器I對(duì)泥漿管道中的泥漿壓力進(jìn)行測量并根據(jù)泥漿壓力的實(shí)時(shí)變化輸出相應(yīng)的數(shù)字脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)優(yōu)選在0.5—4.5V范圍內(nèi)；無線高速采集裝置2通過數(shù)據(jù)電纜與泥漿壓力傳感器I相連接，其包括壓力脈沖采集電路4、第一無線射頻電路5以及大容量鋰電池組6 ;監(jiān)控中心3包括第二無線射頻電路14和計(jì)算機(jī)15，第一無線射頻電路5和第二無線射頻電路14均配備有天線，其中，壓力脈沖采集電路4、無線射頻電路5的結(jié)構(gòu)參見圖2和圖3。
[0021]考慮到井上現(xiàn)場的環(huán)境條件，無線高速采集裝置2需要具備在無電源的境況下長時(shí)間工作和防沖擊防水的功能，一方面采用防爆金屬外殼，內(nèi)部電路灌封的方式保證了系統(tǒng)的耐沖擊性能；另一方面，由大容量可充電式鋰電池組6對(duì)內(nèi)部電路供電，內(nèi)部電路采用了高度集成化，低功耗的設(shè)計(jì)方案，硬件與軟件上對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)分時(shí)段的區(qū)分為休眠與正常狀態(tài)，使得系統(tǒng)充電一次可正常工作100個(gè)小時(shí)。
[0022]圖2示出了所述無線高速采集裝置2中壓力脈沖采集電路4的結(jié)構(gòu)圖，所述壓力脈沖采集電路4包括濾波器7、高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路8、單片機(jī)主控電路9、電源管理電路10以及天線，其中，濾波器7為低通濾波器，優(yōu)選采用TI公司0PA2333運(yùn)算放大器配合阻容元件的截止頻率為30HZ的二階低通濾波器，用以濾除脈沖信號(hào)的低頻雜波和干擾并將濾波后的信號(hào)傳輸給高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路；高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路8采用TI公司ADS1216高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換微處理器作為核心單元，對(duì)0.5-4.5V壓力脈沖的電壓信號(hào)進(jìn)行22位精確數(shù)字量化，從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換后通過SPI總線進(jìn)入單片機(jī)主控電路；單片機(jī)主控電路9包括第一數(shù)字處理單元11，其中，第一數(shù)字處理單元11采用Microchip公司的PIC18F2585微處理器，對(duì)泥漿壓力脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件算法濾波，進(jìn)一步去除干擾，此夕卜，第一數(shù)字處理單元11通過9600波特率的TTL串行數(shù)據(jù)總線與無線射頻電路5進(jìn)行雙向通信，一方面將泥漿壓力信號(hào)和其他狀態(tài)信號(hào)通過無線射頻電路5發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心3，另一方面無線射頻電路5接收監(jiān)控中心3發(fā)來的指令，調(diào)度其他處理器和模塊進(jìn)入休眠或工作模式。
[0023]圖3示出了所述無線高速采集裝置2中無線射頻電路5的結(jié)構(gòu)圖，所述無線射頻電路5包括第二數(shù)字處理單元12和433M射頻收發(fā)器13，其中，第二數(shù)據(jù)處理單元12以Microchip公司的PIC18F4680微處理器為核心，對(duì)壓力脈沖的TTL串行數(shù)據(jù)根據(jù)專用通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)打包并以200字節(jié)/0.5秒的高速率發(fā)送給433M射頻收發(fā)器13進(jìn)行無線發(fā)送，軟件中加入重發(fā)和效驗(yàn)機(jī)制確保了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的完整性和可靠性；433M射頻收發(fā)器13采用TI公司的433MHz中頻超低功耗的無線方案并配備有天線，其采用CCllOl射頻收發(fā)器作為核心處理器，傳輸功率等級(jí)達(dá)到+1dBm,最大功率只有10mW，且空中速率達(dá)到15KBPS，最大傳輸距離達(dá)到500米，滿足脈沖信號(hào)的高速率射頻傳輸需求，除了數(shù)據(jù)發(fā)送其他時(shí)間均為休眠狀態(tài)，進(jìn)一步降低了功耗，使得全系統(tǒng)待機(jī)時(shí)間大大縮短。
[0024]此外，大容量鋰電池組6可輸出5V直流電，直流電經(jīng)電源管理電路穩(wěn)壓為3.3V，最終為系統(tǒng)的各芯片供電。
[0025]通過采用上述實(shí)施例中的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，可對(duì)井上現(xiàn)場泥漿壓力脈沖信號(hào)進(jìn)行高速采集和遠(yuǎn)程傳輸，以便操作人員對(duì)井下工具的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。具體地，安裝在井上現(xiàn)場的泥漿管道上的壓力傳感器對(duì)泥漿管道中的泥漿壓力的實(shí)時(shí)變化進(jìn)行探測并向無線高速采集裝置中壓力脈沖采集電路輸出相應(yīng)的數(shù)字脈沖信號(hào)，該數(shù)字脈沖信號(hào)經(jīng)過壓力脈沖采集電路的濾波、采集和放大后輸出給無線射頻電路，并在被調(diào)制成高頻無線電信號(hào)后由天線進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，最終由監(jiān)控中心接收到無線信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，從而使操作人員掌握泥漿壓力的實(shí)時(shí)變化。
[0026]本實(shí)用新型所述的實(shí)施例僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
【權(quán)利要求】
1.一種井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其包括泥漿壓力傳感器(I)、無線高速采集裝置(2)和監(jiān)控中心(3);所述無線高速采集裝置(2)通過數(shù)據(jù)電纜與所述泥漿壓力傳感器(I)相連接，其中，所述無線高速采集裝置(2)包括壓力脈沖采集電路(4)、第一無線射頻電路(5)以及大容量鋰電池組￠)，所述監(jiān)控中心(3)包括第二無線射頻電路(14)和計(jì)算機(jī)(15)，其特征在于:所述壓力脈沖采集電路(4)包括濾波器(7)、高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)、單片機(jī)主控電路(9)、電源管理電路(10)以及天線，所述無線射頻電路(5)包括第二數(shù)字處理單元(12)和射頻收發(fā)器(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其特征在于:所述濾波器(7)采用運(yùn)算放大器配合阻容元件的截止頻率為30HZ的二階低通濾波器，所述濾波器(7)配置地用以濾除脈沖信號(hào)的低頻雜波和干擾并將濾波后的信號(hào)傳輸給所述高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路⑶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其特征在于:所述高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)采用ADS1216高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換微處理器作為核心單元，配置地用于對(duì)0.5-4.5V壓力脈沖的電壓信號(hào)進(jìn)行22位精確數(shù)字量化，從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換后通過SPI總線進(jìn)入所述單片機(jī)主控電路(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)主控電路(9)包括第一數(shù)字處理單元(11)，其中，所述第一數(shù)字處理單元(11)采用PIC18F2585微處理器，配置地用于對(duì)泥漿壓力脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件算法濾波，進(jìn)一步去除干擾。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其特征在于:第一數(shù)字處理單元(11)通過9600波特率的TTL串行數(shù)據(jù)總線與無線射頻電路(5)進(jìn)行雙向通信，一方面將泥漿壓力信號(hào)和其他狀態(tài)信號(hào)通過無線射頻電路(5)發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心(3)，另一方面通過無線射頻電路(5)接收監(jiān)控中心(3)發(fā)來的指令，調(diào)度其他處理器和模塊進(jìn)入休眠或工作模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其特征在于:所述第二數(shù)據(jù)處理單元(12)以PIC18F4680微處理器為核心，對(duì)壓力脈沖的TTL串行數(shù)據(jù)根據(jù)專用通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)打包并以200字節(jié)/0.5秒的高速率發(fā)送給射頻收發(fā)器(13)以用于無線發(fā)送。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其特征在于:所述射頻收發(fā)器(13)采用CCllOl射頻收發(fā)器作為核心處理器，傳輸功率等級(jí)達(dá)到+1dBm,最大功率只有10mW，且空中速率達(dá)到15KBPS，最大傳輸距離達(dá)到500米，用于滿足脈沖信號(hào)的高速率射頻傳輸需求。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其特征在于:所述大容量鋰電池組(6)配置地能夠輸出5V直流電，直流電經(jīng)電源管理電路穩(wěn)壓為3.3V，最終為系統(tǒng)的各芯片供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其特征在于:所述泥漿壓力傳感器(I)安裝在井上現(xiàn)場的泥漿管道上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的井上泥漿壓力脈沖采集系統(tǒng)，其特征在于:所述泥漿壓力傳感器(I)對(duì)泥漿管道中的泥漿壓力進(jìn)行測量并根據(jù)泥漿壓力的實(shí)時(shí)變化輸出相應(yīng)的數(shù)字脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)在0.5一4.5V范圍內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK204045004SQ201420529721
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】解慶, 白玉新, 吳文晉, 王恒, 羅翔 申請(qǐng)人:北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所