[發明專利]一種用于井下工程參數測量信號調理的模擬電路及方法

有效

• 申請號: 201710308223.8
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107070430B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 李紹輝;陳世春;馮強;肖松平;趙虹
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團渤海鉆探工程有限公司
• 主分類號: H03H11/32
• 分類號: H03H11/32;H03H11/02;H03F3/68;H03M1/12;E21B47/00
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

一種用于井下工程參數測量信號調理的模擬電路及方法。電路包括井下測量單元、平衡濾波單元、程控放大單元、模數轉換單元、井下控制單元和電源管理單元，其中：井下測量單元通過平衡濾波單元與程控放大單元連接，程控放大單元與模數轉換單元連接，模數轉換單元與井下控制單元連接，井下控制單元與程控放大單元連接，電源管理單元分別與井下測量單元、程控放大單元和井下控制單元連接。本發明能實現對井下測量單元輸出模擬信號量的平衡濾波、程控放大、模數轉換，濾除信號中存在的噪聲和干擾，為井下控制單元進行正確分析決策提供準確測量信息，具有重要研究價值。本發明的電路結構抗干擾性強，適用于井下復雜、惡劣工況，具有較好應用價值。

技術領域

本發明屬于石油天然氣鉆井技術領域，特別是涉及一種用于井下工程參數測量信號調理的模擬電路及方法。

背景技術

石油鉆井領域中，智能鉆井工具通過井下測量單元對井底壓力、環空壓力、鉆壓、溫度、扭矩等工程參數進行實時測量，由井下控制單元根據測量數據進行井下工況分析、智能鉆井工具故障分析，以便優化鉆具組合，指導正常鉆進。由于井下存在高溫、高壓、沖擊、振動等惡劣工作環境，井下測量單元中傳感器輸出的微小模擬信號將伴隨著大量的噪聲和干擾，因此信號處理效果的好壞會直接影響到井下控制單元的分析決策，而目前常規的信號處理方式無法滿足惡劣鉆井環境中對信號提取的要求。

發明內容

本發明旨在提出一種用于井下工程參數測量信號調理的模擬電路及方法，用于對模擬測量信號進行濾波、放大、模數轉換操作。

為了達到上述目的，本發明提供的用于井下工程參數測量信號調理的模擬電路包括：井下測量單元、平衡濾波單元、程控放大單元、模數轉換單元、井下控制單元和電源管理單元，其中：井下測量單元通過平衡濾波單元與程控放大單元連接，程控放大單元與模數轉換單元連接，模數轉換單元與井下控制單元連接，井下控制單元與程控放大單元連接，電源管理單元分別與井下測量單元、程控放大單元和井下控制單元連接。

所述平衡濾波單元包括第一運算放大器U1及其外圍電路和第二運算放大器U2及其外圍電路，所述第一運算放大器U1和所述第二運算放大器U2均選用INA128儀表放大器，兩者組成平衡濾波網絡，所述第一運算放大器U1的反相輸入引腳-IN1連接外圍電路中第一電阻R1的一端，第一電阻R1的另一端接地，所述第一運算放大器U1的同相輸入引腳+IN1與第二電阻R2的一端連接，第二電阻R2的另一端連接井下測量單元100的輸出信號V_IN，所述第一運算放大器U1的電源負引腳-VS接地，所述第一運算放大器U1的電源正引腳+VS連接直流3.3V電源VDD3.3，第一電容C1一端連接直流3.3V電源VDD3.3，另一端接地，第一電容C1用于濾除電源端噪聲；所述第一運算放大器U1的輸出引腳OUT1為平衡濾波單元200的同相輸出端，輸出信號記為V_FIR1，第三電阻R3的一端連接所述第一運算放大器U1的反相輸入引腳-IN1，另一端連接所述第一運算放大器U1的輸出引腳OUT1，所述第二運算放大器U2的反相輸入引腳-IN1連接第四電阻R4的一端，第四電阻R4的另一端連接井下測量單元100的輸出信號V_IN，所述第二運算放大器U2的同相輸入引腳+IN與第五電阻R5的一端連接，第五電阻R5的另一端接地，所述第二運算放大器U2的電源負引腳-VS接地，所述第二運算放大器U2的電源正引腳+VS連接直流3.3V電源VDD3.3，第二電容C2一端連接直流3.3V電源VDD3.3，另一端接地，第二電容C2用于濾除電源端噪聲；所述第二運算放大器U2的輸出引腳OUT1為平衡濾波單元200的反相輸出端，輸出信號記為V_FIR2，第六電阻R6的一端連接所述第二運算放大器U2的反相輸入引腳-IN1，另一端連接所述第二運算放大器U2的輸出引腳OUT1，第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6阻值相等。