專利名稱：基于ADuC845的石油錄井二氧化碳檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及二氧化碳檢測，具體是指基于ADUC845的石油錄井二氧化碳檢測儀。
背景技術(shù)：
在石油勘探過程中，二氧化碳檢測是一項(xiàng)重要的錄井工作，為后續(xù)的地質(zhì)解釋評價(jià)提供參考依據(jù)。從鉆井液脫出的氣體包括多種烴類氣體、氫氣、二氧化碳等，要檢測從鉆井液脫出的氣體包括多種烴類氣體、氫氣、二氧化碳，一般采用熱導(dǎo)法檢測二氧化碳，這種方法的缺點(diǎn)是易受其他氣體的干擾。隨著工藝的發(fā)展，紅外發(fā)光源和紅外傳感器變得更加 小巧，紅外光譜吸收法逐漸取代了熱導(dǎo)法。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確穩(wěn)定的檢測，除了采用性能優(yōu)良的紅外發(fā)光源和紅外傳感器外，信號(hào)采集處理部分也至關(guān)重要。其中，穩(wěn)定可靠的ADC采集和高效的數(shù)據(jù)處理是二氧化碳檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵。紅外光譜吸收法原理紅外光譜吸收法是利用被測氣體對紅外光的特征吸收來實(shí)現(xiàn)氣體成分的濃度分析。當(dāng)對應(yīng)某一氣體具有特征吸收的光波通過這一被測氣體時(shí)，其強(qiáng)度將明顯減弱，強(qiáng)度衰減程度與該氣體濃度有關(guān)。根據(jù)對出射光強(qiáng)的測試，可確定被測氣體的濃度，對確定波長的紅外光波的吸收，其強(qiáng)度和被測氣體濃度間的關(guān)系遵守比爾定律。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供整體性能穩(wěn)定，檢測數(shù)據(jù)可靠，生產(chǎn)成本低，基于ADuC845的石油錄井二氧化碳檢測儀。本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)方案如下基于ADUC845的石油錄井二氧化碳檢測儀，主要由二氧化碳檢測箱、以及與二氧化碳檢測箱連接的信息處理電路構(gòu)成。所述二氧化碳檢測箱內(nèi)部設(shè)置有LED燈和紅外傳感器，所述LED燈和紅外傳感器對稱設(shè)置在二氧化碳檢測箱的兩側(cè)壁，所述二氧化碳檢測箱還設(shè)置有靠近紅外傳感器方向的濾光片，所述濾光片設(shè)置在LED燈和紅外傳感器之間；所述紅外傳感器和LED燈均與信息處理電路連接。所述二氧化碳檢測箱還開有二氧化碳進(jìn)口和二氧化碳出口，且所述二氧化碳進(jìn)口靠近LED燈方向設(shè)置，二氧化碳出口靠近濾光片方向設(shè)置。所述LED燈為紅外發(fā)光管。所述信息處理電路包括ADUC845芯片構(gòu)成的主控電路、以及與主控電路連接的LED燈驅(qū)動(dòng)電路和紅外傳感器信號(hào)處理電路，所述LED燈驅(qū)動(dòng)電路與LED燈連接，紅外傳感器信號(hào)處理電路與紅外傳感器連接。紅外光譜吸收法原理紅外光譜吸收法是利用被測氣體對紅外光的特征吸收來實(shí)現(xiàn)氣體成分的濃度分析。當(dāng)對應(yīng)某一氣體具有特征吸收的光波通過這一被測氣體時(shí)，其強(qiáng)度將明顯減弱，強(qiáng)度衰減程度與該氣體濃度有關(guān)。根據(jù)對出射光強(qiáng)的測試，可確定被測氣體的濃度，對確定波長的紅外光波的吸收，其強(qiáng)度和被測氣體濃度間的關(guān)系遵守比爾定律。[0011]基本數(shù)學(xué)模型大部分有機(jī)和無機(jī)多原子分子氣體在紅外區(qū)有特征吸收波長。當(dāng)紅外光通過時(shí)，這些氣體分子對特定波長的透過光強(qiáng)可由朗伯一比爾定律表示I=Io*e-kl ；而吸收光強(qiáng)i可表不為i=Io-I=Io (I- e kl)；式中1ο為入射光強(qiáng)；1為透過光強(qiáng)；1為氣體介質(zhì)厚度，P為氣體濃度，k為吸收系數(shù)。吸收系數(shù)k是一個(gè)非常復(fù)雜的量，它不僅與氣體種類、入射光波長有關(guān)，而且還受環(huán)境溫度、環(huán)境大氣壓等因素的影響。因此，對于變溫、變氣壓的工作環(huán)境，k是一個(gè)變值，從而直接影響吸收光強(qiáng)I。ADuC845是高性能24位數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，它內(nèi)部集成有兩個(gè)24位分辨率的A-EADC、雙D / A轉(zhuǎn)換器、10或8通道輸入多路復(fù)用器、一個(gè)高效的8051內(nèi)核；可提供 62 KB的Flash程序存儲(chǔ)器，4 KB Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和2304字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。ADuC845具有串行下載和調(diào)度模式，可通過EA引腳提供引腳競爭模式，同時(shí)支持Quick Start開發(fā)系統(tǒng)和低成本的軟件和硬件工具。ADUC845可通過一個(gè)片內(nèi)鎖相環(huán)PLL產(chǎn)生一個(gè)12. 58 MHz的高頻時(shí)鐘，以使之運(yùn)行于32 kHz外部晶振。片內(nèi)微控制器是一個(gè)優(yōu)化的單指令周期8051閃存MCU。該MCU在保持與8051指令系統(tǒng)兼容的同時(shí)，具有12. 58 MIPS的性能。該芯片的兩個(gè)獨(dú)立的ADC(主ADC和輔助ADC)由一個(gè)輸入多路復(fù)用器、一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)可直接測量低幅度信號(hào)的可編程增益放大器PGA組成。主、輔ADC都采用高頻“斬波”技術(shù)來提供優(yōu)良的直流(DC)失調(diào)和失調(diào)漂移指標(biāo)，因而非常適合用于低溫漂且對噪聲抑制和抗電磁干擾能力要求較高的應(yīng)用場合。紅外發(fā)光管選用PerkinElmer公司的IRL715。它是一種白熾燈，采用低頻電調(diào)制，波長從可見光到5 μ m，適合CH(3 3. 5μπι)和C02(4. 15 4. 4 μ m)。有條件限制的適合C0(4. 6ym)的探測，輸出可靠穩(wěn)定，時(shí)間常數(shù)短，工作在5 V電源時(shí)，壽命可達(dá)40000h。IRL715采用了 I Hz脈沖調(diào)制，ADuC845芯片通過引腳發(fā)送脈沖信號(hào)控制紅外發(fā)光管的調(diào)制過程。本實(shí)用新型中，由信息處理電路中的主控電路控制LED燈驅(qū)動(dòng)電路，以此驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管發(fā)出指定的光，光線在二氧化碳檢測箱內(nèi)部由紅外發(fā)光管方向向著紅外傳感器傳播，光線在二氧化碳檢測箱由于受到C02氣體的影響，產(chǎn)生光照強(qiáng)度衰減，紅外傳感器接收到經(jīng)過濾光片濾光處理后的光照，并將光照信息發(fā)送到紅外傳感器信號(hào)處理電路，經(jīng)過紅外傳感器信號(hào)處理電路的放大等處理，最后將信息發(fā)送給ADuC845芯片，由ADuC845芯片進(jìn)行運(yùn)算處理。并得出結(jié)果。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于內(nèi)置24位和12位DAC的ADuC845芯片應(yīng)用于錄井二氧化碳檢測儀，外圍器件更加精簡，保證了測量的高可靠性，對錄井野外工作正常運(yùn)行和后期的準(zhǔn)確解釋評價(jià)極為重要。目前，該檢測儀已經(jīng)裝配于十多臺(tái)綜合錄井儀，投入到石油天然氣錄井工作中。實(shí)際應(yīng)用表明，二氧化碳檢測儀的整體性能穩(wěn)定，檢測數(shù)據(jù)可靠。

圖I為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一如圖I所示?；贏DUC845的石油錄井二氧化碳檢測儀，主要由二氧化碳檢測箱3、以及與二氧化碳檢測箱3連接的信息處理電路7構(gòu)成。所述二氧化碳檢測箱3內(nèi)部設(shè)置有LED燈I和紅外傳感器6，所述LED燈I和紅外傳感器6對稱設(shè)置在二氧化碳檢測箱3的兩側(cè)壁，所述二氧化碳檢測箱3還設(shè)置有靠近紅外傳感器6方向的濾光片5,所述濾光片5設(shè)置在LED燈I和紅外傳感器6之間；所述紅外傳感器6和LED燈I均與信息處理電路7連接。所述二氧化碳檢測箱3還開有二氧化碳進(jìn)口 2和二氧化碳出口 4，且所述二氧化碳進(jìn)口 2靠近LED燈I方向設(shè)置，二氧化碳出口 4靠近濾光片5方向設(shè)置。 所述LED燈I為紅外發(fā)光管。所述信息處理電路7包括ADUC845芯片構(gòu)成的主控電路、以及與主控電路連接的LED燈驅(qū)動(dòng)電路和紅外傳感器信號(hào)處理電路，所述LED燈驅(qū)動(dòng)電路與LED燈I連接，紅外傳感器信號(hào)處理電路與紅外傳感器6連接。紅外光譜吸收法原理紅外光譜吸收法是利用被測氣體對紅外光的特征吸收來實(shí)現(xiàn)氣體成分的濃度分析。當(dāng)對應(yīng)某一氣體具有特征吸收的光波通過這一被測氣體時(shí)，其強(qiáng)度將明顯減弱，強(qiáng)度衰減程度與該氣體濃度有關(guān)。根據(jù)對出射光強(qiáng)的測試，可確定被測氣體的濃度，對確定波長的紅外光波的吸收，其強(qiáng)度和被測氣體濃度間的關(guān)系遵守比爾定律?；緮?shù)學(xué)模型大部分有機(jī)和無機(jī)多原子分子氣體在紅外區(qū)有特征吸收波長。當(dāng)紅外光通過時(shí)，這些氣體分子對特定波長的透過光強(qiáng)可由朗伯一比爾定律表示I=Io*e_kl而吸收光強(qiáng)i可表示為i=Io-I=Io(l- e，；式中1ο為入射光強(qiáng)；1為透過光強(qiáng)；1為氣體介質(zhì)厚度，P為氣體濃度，k為吸收系數(shù)。吸收系數(shù)k是一個(gè)非常復(fù)雜的量，它不僅與氣體種類、入射光波長有關(guān)，而且還受環(huán)境溫度、環(huán)境大氣壓等因素的影響。因此，對于變溫、變氣壓的工作環(huán)境，k是一個(gè)變值，從而直接影響吸收光強(qiáng)I。ADuC845是高性能24位數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，它內(nèi)部集成有兩個(gè)24位分辨率的A-EADC、雙D / A轉(zhuǎn)換器、10或8通道輸入多路復(fù)用器、一個(gè)高效的8051內(nèi)核；可提供62 KB的Flash程序存儲(chǔ)器，4 KB Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和2304字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。ADuC845具有串行下載和調(diào)度模式，可通過EA引腳提供引腳競爭模式，同時(shí)支持Quick Start開發(fā)系統(tǒng)和低成本的軟件和硬件工具。ADUC845可通過一個(gè)片內(nèi)鎖相環(huán)PLL產(chǎn)生一個(gè)12. 58 MHz的高頻時(shí)鐘，以使之運(yùn)行于32 kHz外部晶振。片內(nèi)微控制器是一個(gè)優(yōu)化的單指令周期8051閃存MCU。該MCU在保持與8051指令系統(tǒng)兼容的同時(shí)，具有12. 58 MIPS的性能。該芯片的兩個(gè)獨(dú)立的ADC(主ADC和輔助ADC)由一個(gè)輸入多路復(fù)用器、一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)可直接測量低幅度信號(hào)的可編程增益放大器PGA組成。主、輔ADC都采用高頻“斬波”技術(shù)來提供優(yōu)良的直流(DC)失調(diào)和失調(diào)漂移指標(biāo)，因而非常適合用于低溫漂且對噪聲抑制和抗電磁干擾能力要求較高的應(yīng)用場合。紅外發(fā)光管選用PerkinElmer公司的IRL715。它是一種白熾燈，采用低頻電調(diào)制，波長從可見光到5 μ m，適合CH(3 3. 5μπι)和C02(4. 15 4. 4 μ m)。有條件限制的適合C0(4. 6ym)的探測，輸出可靠穩(wěn)定，時(shí)間常數(shù)短，工作在5 V電源時(shí)，壽命可達(dá)40000h。IRL715采用了 I Hz脈沖調(diào)制，ADuC845芯片通過引腳發(fā)送脈沖信號(hào)控制紅外發(fā)光管的調(diào)制過程。本實(shí)用新型中，由信息處理電路7中的主控電路控制LED燈驅(qū)動(dòng)電路，以此驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管發(fā)出指定的光，光線在二氧化碳檢測箱3內(nèi)部由紅外發(fā)光管方向向著紅外傳感器6傳播，光線在二氧化碳檢測箱3由于受到C02氣體的影響，產(chǎn)生光照強(qiáng)度衰減，紅外傳感器6接收到經(jīng)過濾光片5濾光處理后的光照，并將光照信息發(fā)送到紅外傳感器信號(hào)處理電路，經(jīng)過紅外傳感器信號(hào)處理電路的放大等處理，最后將信息發(fā)送給ADuC845芯片，由ADuC845 芯片進(jìn)行運(yùn)算處理。并得出結(jié)果。如上所述，則能很好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.基于ADuC845的石油錄井二氧化碳檢測儀，其特征在于主要由二氧化碳檢測箱(3)、以及與二氧化碳檢測箱(3)連接的信息處理電路(7)構(gòu)成； 所述二氧化碳檢測箱(3 )內(nèi)部設(shè)置有LED燈(I)和紅外傳感器(6 )，所述LED燈(I)和紅外傳感器(6 )對稱設(shè)置在二氧化碳檢測箱(3 )的兩側(cè)壁，所述二氧化碳檢測箱(3 )還設(shè)置有靠近紅外傳感器(6 )方向的濾光片(5 )，所述濾光片(5 )設(shè)置在LED燈(I)和紅外傳感器(6 )之間；所述紅外傳感器(6 )和LED燈(I)均與信息處理電路(7 )連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于ADUC845的石油錄井二氧化碳檢測儀，其特征在于所述二氧化碳檢測箱(3 )還開有二氧化碳進(jìn)口( 2 )和二氧化碳出口( 4 )，且所述二氧化碳進(jìn)口(2)靠近LED燈(I)方向設(shè)置,二氧化碳出口(4)靠近濾光片(5)方向設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于ADUC845的石油錄井二氧化碳檢測儀，其特征在于所述LED燈(I)為紅外發(fā)光管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于ADUC845的石油錄井二氧化碳檢測儀，其特征在于所述信息處理電路(7)包括ADuC845芯片構(gòu)成的主控電路、以及與主控電路連接的LED燈驅(qū)動(dòng)電路和紅外傳感器信號(hào)處理電路，所述LED燈驅(qū)動(dòng)電路與LED燈(I)連接，紅外傳感器信號(hào)處理電路與紅外傳感器(6)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了基于ADuC845的石油錄井二氧化碳檢測儀，主要由二氧化碳檢測箱、以及與二氧化碳檢測箱連接的信息處理電路構(gòu)成。整體性能穩(wěn)定，檢測數(shù)據(jù)可靠，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)G01N21/35GK202720188SQ20122033711
公開日2013年2月6日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者賀昶明 申請人:成都科盛石油科技有限公司