[發明專利]鉆探壓力脈沖信號仿真器

在審

• 申請號: 201410552774.5
• 申請日: 2014-10-19
• 公開（公告）號: CN105511338A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 廖蓉
• 申請（專利權）人: 廖蓉
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電子電路領域，具體地，涉及一種鉆探壓力脈沖信號仿真器。

背景技術

隨著科學技術的發展，石油鉆探行業也越來越多地利用高科技來開發各種高難度油氣層，以便盡可能地提高產量。無線隨鉆就是一種用于石油鉆井的高科技測量儀器。它的基本工作原理是：井下測量儀器模塊對井底鉆井參數（井斜、方位、溫度、壓力、電阻率等）進行測量采集，然后依據某種編碼規則（如曼徹斯特編碼），將這些數據進行編碼處理，變成一個脈沖序列，該編碼序列驅動井下脈沖發生器，使電子脈沖序列轉換成泥漿壓力脈沖序列，泥漿壓力脈沖傳輸到井口后，由地面信號處理設備采集，經過一系列復雜的數字濾波后，用數字信號處理的方法對脈沖序列進行譯碼，就得到了實時的井下參數。

在無線隨鉆系統的研制過程中，地面信號處理設備的研制是很重要的一個部分，關系到信號能否有效的譯碼，其中涉及到數模轉換，濾波，譯碼等一系列的技術問題，為了解決這些問題，在研制過程中，需要使用很多方法來考察驗證硬件線路，以及軟件算法的有效性、可靠性和速度等。

發明內容

為提供一種鉆探信號軟硬件仿真驗證裝置，本發明公開了一種鉆探壓力脈沖信號仿真器。

本發明所述鉆探壓力脈沖信號仿真器，包括單片機，與單片機連接的RS232接口、晶振和電源，所述單片機還與數模轉換器數據連接，所述數模轉換器的輸出端通過電壓跟隨器連接壓流轉換電路，還包括與數模轉換器連接的基準電壓源。

優選的，還包括與單片機連接的保護電路，所述保護電流包括過流檢測電路和過壓檢測電路。

具體的，所述單片機為Atmega128。

具體的，所述數模轉換器為MAX541。

具體的，所述基準電壓源為LM4040。

具體的，所述壓流轉換電路為XTR115。

本發明所述鉆探壓力脈沖信號仿真器，結構簡單，使用方便，通過串口可以改變所仿真的信號的所有特性，該仿真器稍加改進即可仿真不同種類編碼的泥漿壓力脈沖信號。不僅可以用在開發過程中，也可以用在檢修過程中。

附圖說明

圖1是本發明一種具體實施方式示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

本發明所述鉆探壓力脈沖信號仿真器，包括單片機，與單片機連接的RS232接口、晶振和電源，所述單片機還與數模轉換器數據連接，所述數模轉換器的輸出端通過電壓跟隨器連接壓流轉換電路，還包括與數模轉換器連接的基準電壓源。

系統主要包括單片機、數模轉換電路、電壓跟隨電路、壓流變換電路、串行接口電路、電源及晶振電路、精密電壓參考源七個部分。由系統結構圖可以看出系統的工作原理：單片機將經過編碼的泥漿壓力脈沖數據通過SPI總線送給數模轉換器，數模轉換器將壓力脈沖信號數字量轉換成壓力脈沖模擬量（電壓信號），該模擬信號經過電壓跟隨電路后，到達壓流變換電路，模擬電壓信號經過壓流變換電路變換為標準工業傳感器的4-20毫安電流環輸出。

仿真器工作時，需要設置各種工作參數，通過RS232串行接口與計算機通訊來完成參數的設置（如：仿真器模擬的壓力量程，噪聲參數設置，信號參數設置，標準脈沖設置）

為了能夠比較精確地模擬壓力脈沖信號的波形和該波形上面迭加的各種噪聲，單片機應具有速度快，程序容量大，接口方便等，為此我們選用了AVRATmega128單片機。ATmega128單片機是ATMEL公司推出的基于AVRRISC結構的高檔FLASH型單片機，具有高達1MIPS/MHZ的數據吞吐率，運行速度比普通的CISC單片機高10倍，Atmega128片內集成的眾多系統級功能單元為控制系統的開發提供了很大便利。設計過程中，盡量通過軟件編程簡化硬件電路，有效縮短了開發周期。

在系統中，Atmega128要模擬各種幾十HZ的噪聲信號，要求Atmega128高速運行，因此單片機用14.7456MHZ的晶振。內部的EEPROM用于保存各種設置參數。外部接口用到了SPI和USART1，單片機經過計算模擬產生的壓力脈沖數據經過SPI總線送到DAC中，單片機的SPI工作在主模式。單片機的USART1的波特率為9600，8位元數據位，1位停止位，無校驗。USART1的串口信號經MAX232轉換RS232電平，直接和計算機通訊，完成仿真器工作參數的設置。