[發(fā)明專利]一種用于氣侵檢測(cè)的超聲波接收電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710631358.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107370469B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 古軍;詹惠琴;管江濤;古天祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B47/107
• 分類號(hào): E21B47/107;H03G3/20
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于氣侵檢測(cè)的超聲波接收電路，針對(duì)氣侵信號(hào)為非平穩(wěn)的隨機(jī)信號(hào)，無(wú)論時(shí)域上還是頻域上，其統(tǒng)計(jì)分布都不固定的，會(huì)導(dǎo)致氣侵信號(hào)出現(xiàn)失真、檢測(cè)靈敏度降低以及電路頻帶受限等問(wèn)題，提出了可編程增益放大的低噪聲前置放大與后級(jí)放大，二者之間一中級(jí)放大和鎖定放大的超聲波接收電路，微控制器分別采集低噪聲前置放大與后級(jí)放大輸出信號(hào)幅度，根據(jù)信號(hào)幅值大小的評(píng)估，自動(dòng)調(diào)節(jié)兩級(jí)放大增益，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)氣侵程度的多普勒頻偏信號(hào)(氣侵信號(hào))的準(zhǔn)確提取，減小了氣侵信號(hào)的失真、檢測(cè)靈敏度降低和電路頻帶受限的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于深海石油鉆井氣侵檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種用于氣侵檢測(cè)的超聲波接收電路。

背景技術(shù)

深海石油鉆井早期的氣侵檢測(cè)是預(yù)防井噴事故的關(guān)鍵，研究氣侵檢測(cè)方法對(duì)降低事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)以及減少事故損失意義重大。傳統(tǒng)的氣侵檢測(cè)方法如泥漿增量氣侵檢測(cè)法和聲波氣侵檢測(cè)法，都存在著檢測(cè)結(jié)果粗糙、不準(zhǔn)確且反應(yīng)慢等問(wèn)題。

與傳統(tǒng)的氣侵檢測(cè)方法不同，新的氣侵檢測(cè)方法即隔水管外超聲波多普勒氣侵檢測(cè)方法在靈敏度、反應(yīng)速度、成本等方面具有自身優(yōu)勢(shì)。超聲波多普勒氣侵檢測(cè)方法包括兩方面內(nèi)容：氣侵信號(hào)的準(zhǔn)確提取和氣侵?jǐn)?shù)據(jù)分析，其中，超聲波接收電路用于氣侵信號(hào)的準(zhǔn)確提取。

氣侵信號(hào)的檢測(cè)原理是基于超聲波多普勒原理，氣侵信號(hào)的提取是使用相關(guān)檢波技術(shù)。基于超聲波多普勒氣侵檢測(cè)原理提取的氣侵信號(hào)是多普勒頻偏信號(hào)，屬于非平穩(wěn)的隨機(jī)信號(hào)，無(wú)論時(shí)域上還是頻域上，其統(tǒng)計(jì)分布都不固定，換句話說(shuō)，時(shí)域上信號(hào)幅度隨氣侵程度時(shí)大時(shí)小且隨機(jī)波動(dòng)，頻域上信號(hào)的帶寬也不斷變化，會(huì)導(dǎo)致氣侵信號(hào)出現(xiàn)失真、檢測(cè)靈敏度降低以及電路頻帶受限等問(wèn)題。

另外深海環(huán)境下氣侵檢測(cè)接收的回波信號(hào)復(fù)雜，攜帶多種信號(hào)，除了多普勒頻偏有用信號(hào)外，還攜帶其他能量可能更強(qiáng)的無(wú)用信號(hào)和噪聲，所以如何濾除其他信號(hào)并對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行放大也是超聲波接收電路電路需要考慮的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于氣侵檢測(cè)的超聲波接收電路，以適應(yīng)氣侵信號(hào)的非平穩(wěn)性，減小氣侵信號(hào)的失真、檢測(cè)靈敏度降低和電路頻帶受限問(wèn)題，同時(shí)，濾除無(wú)用信號(hào)和噪聲，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)氣侵程度的多普勒頻偏信號(hào)(氣侵信號(hào))的準(zhǔn)確地提取。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明用于氣侵檢測(cè)的超聲波接收電路，其特征在于，包括：

低噪聲前置放大器電路，由變壓器和可編程增益放大器PGA1組成，用于完成噪聲匹配和來(lái)自超聲波傳感器回波信號(hào)的初步放大，并將放大的回波信號(hào)輸出給中級(jí)放大電路；

中級(jí)放大電路，用于對(duì)初步放大的回波信號(hào)進(jìn)行再次放大，以驅(qū)動(dòng)鎖定放大電路；

鎖定放大電路，由相敏檢測(cè)器PSD和低通濾波器LPF組成，用于通過(guò)相關(guān)檢波技術(shù)把多普勒頻偏信號(hào)(氣侵信號(hào))提取出來(lái)；

后級(jí)放大電路，為可編程增益放大器PGA2，用于把多普勒頻偏信號(hào)放大到規(guī)定的范圍；

微控制器，用于對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行采集，然后對(duì)幅值大小進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估的幅值大小判斷回波信號(hào)是否失真，對(duì)低噪聲前置放大器電路中的可編程增益放大器PGA1的增益進(jìn)行控制；對(duì)多普勒頻偏信號(hào)進(jìn)行采集，然后對(duì)幅值大小進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估的幅值大小判斷多普勒頻偏信號(hào)是否失真，最后依據(jù)是否失真以及幅值大小對(duì)低噪聲前置放大器電路中的可編程增益放大器PGA1、后級(jí)放大電路即可編程增益放大器PGA2的增益進(jìn)行調(diào)整。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。