一種利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路，包括三個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元、多通道電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，每個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元的輸入端與各自相應(yīng)的加速度傳感器的輸出端連接，其輸出端與多通道電子開(kāi)關(guān)一一對(duì)應(yīng)相接，所述加速度傳感器主要測(cè)量井下測(cè)斜儀的工具面參數(shù)，所述多通道電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片依次連接。本發(fā)明可改變?nèi)哽`敏度的加速度傳感器輸出負(fù)載阻抗，使它們?cè)跍y(cè)量動(dòng)態(tài)加速度時(shí)測(cè)量信號(hào)無(wú)失真，保證了測(cè)量精度，也提高了測(cè)斜儀的抗震性能。
【專利說(shuō)明】一種利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油隨鉆測(cè)井系統(tǒng)中井下測(cè)斜儀的傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路。

【背景技術(shù)】
[0002]業(yè)內(nèi)習(xí)知，在石油隨鉆測(cè)井系統(tǒng)中使用測(cè)斜儀傳感器技術(shù)測(cè)量?jī)x器在井下定位是十分必要的，定位參數(shù)主要有井斜、方位和工具面。傳感器的測(cè)量精度直接影響測(cè)斜儀的定向參數(shù)性能，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，井下強(qiáng)烈震動(dòng)環(huán)境嚴(yán)重影響傳感器測(cè)量精度，要準(zhǔn)確地測(cè)量定向參數(shù)，關(guān)鍵措施之一是提高傳感器的抗震性能及輸出測(cè)量信號(hào)的處理電路，現(xiàn)提出改變加速度傳感器負(fù)載阻抗的方案實(shí)現(xiàn)信號(hào)無(wú)失真處理，進(jìn)而提高了測(cè)斜儀的抗震性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提供一種利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路，能夠根據(jù)井下震動(dòng)環(huán)境的變化改變負(fù)載阻抗，利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀的抗震性能。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路，它包括有三個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元、多通道電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，每個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元的輸入端與各自相應(yīng)的加速度傳感器的輸出端連接，其輸出端與多通道電子開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)相接，所述加速度傳感器主要測(cè)量井下測(cè)斜儀的工具面參數(shù)，所述多通道電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片依次連接；其中，每個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元均包括有旁路電容、限流電阻以及用于將加速度傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的采樣電阻，所述旁路電容和采樣電阻相互并聯(lián)，其一端接地，且并聯(lián)后串聯(lián)有限流電阻，所述旁路電容和限流電阻構(gòu)成了加速度傳感器的負(fù)載，形成有負(fù)載阻抗，且呈現(xiàn)的負(fù)載阻抗能夠隨加速度傳感器加測(cè)量信號(hào)的變化而變化。
[0005]所述旁路電容和采樣電阻之間串聯(lián)有電感，所述旁路電容、電感和限流電阻構(gòu)成加速度傳感器的負(fù)載，能夠改變加速度傳感器的負(fù)載阻抗，其阻抗公式如下:
[0006]Z,.^ JwC1 +—~^7-1=l,2,3

R + JwLi
[0007]式中，j為虛數(shù)；w為角速度,是信號(hào)頻率f的2 倍Ki為旁路電容值，R為限流電值，Li為電感值。
[0008]它還包括有三個(gè)磁信號(hào)調(diào)理單元，每個(gè)磁信號(hào)調(diào)理單元的輸入端與各自相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器的輸出端連接，其輸出端與多通道電子開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)相接，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器主要測(cè)量井下測(cè)斜儀的方位參數(shù)。
[0009]所述多通道電子開(kāi)關(guān)在任意時(shí)刻僅選通輸出其中的一路。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0011]1、可改變?nèi)哽`敏度的加速度傳感器輸出負(fù)載阻抗，使它們?cè)跍y(cè)量動(dòng)態(tài)加速度時(shí)測(cè)量信號(hào)無(wú)失真，保證了測(cè)量精度，也提高了測(cè)斜儀的抗震性能；
[0012]2、可以對(duì)加速度傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波和去噪聲處理,改善信號(hào)質(zhì)量；
[0013]3、本電路特別適用于井下復(fù)雜環(huán)境下測(cè)量?jī)x器的井斜、方位、工具面等參數(shù)，可在高溫125°C環(huán)境下穩(wěn)定工作。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明電路的原理圖。
[0015]圖2為加速度傳感器Gl結(jié)合去掉電感LI的加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元的示意圖。
[0016]圖3為加速度傳感器Gl的工作信號(hào)不意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]如圖1所示，本實(shí)施例所述的利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路，包括:
[0019]三個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元，利用負(fù)載阻抗隨震動(dòng)頻率變化實(shí)現(xiàn)三個(gè)加速度傳感器Gl、G2、G3在強(qiáng)震環(huán)境下保證了測(cè)量精度，提高井下測(cè)斜儀的抗震性能；
[0020]三個(gè)磁信號(hào)調(diào)理單元MC1、MC2、MC3，用于確保三個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器M1、M2、M3的測(cè)量精度；
[0021]多通道電子開(kāi)關(guān)U1，輸入六通道傳感器信號(hào)，任意時(shí)刻僅選通輸出其中的一路；
[0022]信號(hào)放大器U2，對(duì)選通后的信號(hào)進(jìn)行放大處理；
[0023]模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片U3，將放大后的傳感器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0024]其中，所述三個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元的輸入端分別與三個(gè)加速度傳感器G1、G2、G3的輸出端一一對(duì)應(yīng)相接，其輸出端則與多通道電子開(kāi)關(guān)Ul —一對(duì)應(yīng)相接，所述三個(gè)加速度傳感器Gl、G2、G3主要測(cè)量井下測(cè)斜儀的工具面參數(shù)；所述三個(gè)磁信號(hào)調(diào)理單元MC1、MC2、MC3的輸入端分別與三個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器M1、M2、M3的輸出端一一對(duì)應(yīng)相接，其輸出端則與多通道電子開(kāi)關(guān)Ul —一對(duì)應(yīng)相接，所述三個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器M1、M2、M3主要測(cè)量井下測(cè)斜儀的方位參數(shù)；所述多通道電子開(kāi)關(guān)U1、信號(hào)放大器U2、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片U3依次連接。
[0025]在本實(shí)施例中，每個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元均包括有旁路電容、限流電阻、電感以及用于將加速度傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的采樣電阻，如圖1所示，Cl?3是旁路電容，LI?3是電感，Rl?3是采樣電阻，其中，在每個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元中，所述旁路電容和采樣電阻相互并聯(lián)，且其一端接地，并聯(lián)后串聯(lián)有限流電阻，所述電感串聯(lián)在旁路電容和采樣電阻之間；所述旁路電容、電感和限流電阻構(gòu)成了加速度傳感器的負(fù)載，震動(dòng)環(huán)境的變化引起加速度傳感器測(cè)量信號(hào)的變化，為加速度傳感器設(shè)計(jì)的負(fù)載呈現(xiàn)的阻抗不是固定值，該值隨加速度傳感器測(cè)量信號(hào)的變化而變化，抑制了因強(qiáng)烈震動(dòng)引起加速度傳感器輸出信號(hào)的失真，在震動(dòng)強(qiáng)度變化劇烈的工況下，亦能保證加速度傳感器的測(cè)量精度，進(jìn)而提高了測(cè)斜儀的抗震性能，其阻抗公式如下:
[0026]Z,.= jwC: + n \ r i=12 3

R + JWLj
[0027]式中，j為虛數(shù)；w為角速度,是信號(hào)頻率f的2 倍Ki為旁路電容值，R為限流電值，Li為電感值。
[0028]負(fù)載阻抗構(gòu)成的變化情況如下表I所示。
[0029]表1-負(fù)載阻抗變化表
[0030]

加速度值G (t) j負(fù)載阻抗Z
G(t) = Gr Z = Z0直流常量

0<G(t) <Gth Z = Zi交流變量
G(t)>GTHZ = Zi信號(hào)失真
[0031]當(dāng)然，去掉圖1中的電感LI?3后的加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元，同樣也可以起到改善抗震性能的目的，如圖2所示。無(wú)論是否去掉電感LI?3，本電路的適應(yīng)范圍包括所有利用阻抗特性改善測(cè)斜儀抗震性能的情況。
[0032]下面我們以加速度傳感器Gl為例對(duì)本電路的原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其具體情況如下:
[0033]當(dāng)加速度傳感器Gl靜止測(cè)量時(shí)，Gl測(cè)量輸出電流為一恒定值，旁路電容Cl相當(dāng)于開(kāi)路，電感LI相當(dāng)于短路，此時(shí)Gl的負(fù)載阻抗為Z1 = 1/R，電流經(jīng)采樣電阻Rl轉(zhuǎn)換為恒定電壓，輸出信號(hào)表現(xiàn)為直流常量值；當(dāng)加速度傳感器Gl經(jīng)受劇烈震動(dòng)時(shí)，Gl的負(fù)載阻抗
Gl測(cè)量輸出變化的電流經(jīng)采樣電阻Rl轉(zhuǎn)換為變化的電壓信號(hào)，由于旁路電容Cl和電感LI的作用，Gl的負(fù)載阻抗中含變量W，故能夠改善輸出的測(cè)量信號(hào)質(zhì)量。
[0034]如圖3所示，本圖給出了上述案例的加速度傳感器Gl信號(hào)變化，其中，加速度傳感器Gl輸出電流信號(hào)為i，流過(guò)旁路電容Cl的電流為I1，流過(guò)電感LI的電流為i2，流過(guò)采樣電阻Rl的電流為i3 ;當(dāng)靜止測(cè)量時(shí)，I1 = O, i2 = i3 ;當(dāng)震動(dòng)條件下測(cè)量時(shí)，i = ii+i2，
ii^ O, i2 = i3。
[0035]以上所述之實(shí)施例子只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路，其特征在于:它包括有三個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元、多通道電子開(kāi)關(guān)(Ul)、信號(hào)放大器(U2)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片(U3)，每個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元的輸入端與各自相應(yīng)的加速度傳感器的輸出端連接，其輸出端與多通道電子開(kāi)關(guān)(Ul) —一對(duì)應(yīng)相接，所述加速度傳感器主要測(cè)量井下測(cè)斜儀的工具面參數(shù)，所述多通道電子開(kāi)關(guān)(Ul)、信號(hào)放大器(U2)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片(U3)依次連接；其中，每個(gè)加速度傳感器信號(hào)調(diào)理單元均包括有旁路電容、限流電阻以及用于將加速度傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的采樣電阻，所述旁路電容和采樣電阻相互并聯(lián)，其一端接地，且并聯(lián)后串聯(lián)有限流電阻，所述旁路電容和限流電阻構(gòu)成了加速度傳感器的負(fù)載，形成有負(fù)載阻抗，且呈現(xiàn)的負(fù)載阻抗能夠隨加速度傳感器加測(cè)量信號(hào)的變化而變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路，其特征在于:所述旁路電容和采樣電阻之間串聯(lián)有電感，所述旁路電容、電感和限流電阻構(gòu)成加速度傳感器的負(fù)載，能夠改變加速度傳感器的負(fù)載阻抗，其阻抗公式如下: Z = JwCi H----1=l ,2,3 ! ' R + JwLi 式中，j為虛數(shù)為角速度，是信號(hào)頻率f的2 π倍A為旁路電容值，R為限流電值，Li為電感值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路，其特征在于:它還包括有三個(gè)磁信號(hào)調(diào)理單元，每個(gè)磁信號(hào)調(diào)理單元的輸入端與各自相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器的輸出端連接，其輸出端與多通道電子開(kāi)關(guān)(Ul) 對(duì)應(yīng)相接，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器主要測(cè)量井下測(cè)斜儀的方位參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種利用負(fù)載阻抗特性提高井下測(cè)斜儀抗震性能的電路，其特征在于:所述多通道電子開(kāi)關(guān)(Ul)在任意時(shí)刻僅選通輸出其中的一路。
【文檔編號(hào)】E21B47/024GK104141487SQ201410367764
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】朱曉嶺, 王肄輝, 王小虎, 劉海, 熊陵 申請(qǐng)人:中天啟明石油技術(shù)有限公司