專利名稱：一種用于煤礦井下隨鉆測量的低功耗探管的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于煤礦井下隨鉆測量的低功耗探管。
背景技術：
如


圖1所示，目前探管常規(guī)的電氣設計大致由加速度傳感器101、磁傳感器102、溫 度傳感器103、信號解調和放大電路104、AD芯片105、CPU106、電源電路107、通訊電路108 組成，其中加速度傳感器101或采用石英撓性加速度傳感器，或采用磁懸浮加速度傳感器， 這兩種傳感器不但本身功耗比較大(石英撓性加速度傳感器功耗大約在0. 2W，磁懸浮加速 度傳感器功耗大約在0. 1W)，并且傳感器本身需要雙路電源供電，而探管的供電是由電池單 路供電的，因此需要單獨設計單路電源轉換成雙路電源的電路，不但額外增加了電源功耗， 同時也增加了電路的復雜性和不可靠性。同時，探管與地面設備的連接只有一根單芯電纜， 因此通常設計為單向傳輸，由于探管無法判定地面設備是否需要接收信息，因此只能不間 斷地向地面設備發(fā)送數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)發(fā)送前需要對所有傳感器的信號進行采集，因此在數(shù)據(jù) 發(fā)送狀態(tài)時，所有電路都處于電源打開狀態(tài)，導致探管一直處于大功耗工作狀態(tài)，而電池的 容量有一定的限制，因此工作時間較短。
發(fā)明內容本實用新型的目的是探管的低功耗設計，根據(jù)探管工作時間=電池容量/探管平 均功耗的公式，能夠在電池容量不變的情況下降低探管的平均功耗，延長探管的工作時間。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術方案一種應用于煤礦井下隨鉆測量的低功耗探管，該低功耗探管主要由基于集成微機 電系統(tǒng)的加速度傳感器、磁傳感器、溫度傳感器、信號解調和放大電路、AD芯片、CPU、CPU的 電源芯片、傳感器部分電源芯片、通訊線路組成；所述傳感器部分電源芯片帶有電源控制 腳，用來給傳感器部分線路供電，電源控制腳由CPU控制，CPU根據(jù)工作狀態(tài)控制傳感器部 分電源芯片的打開和關閉。更進一步，所述加速度傳感器選用低功耗的加速度傳感器。本實用新型的優(yōu)點是1、選用基于iMEMS (集成微機電系統(tǒng))的加速度傳感器，他與傳統(tǒng)探管采用的石英 撓性加速度傳感器或磁懸浮加速度傳感器相比，本身只需要單路電源供電，而后兩種電源 必須需要雙路電源供電，同時基于iMEMS(集成微機電系統(tǒng))的加速度傳感器在5V供電的 條件下工作電流只有不到1mA，而石英撓性加速度傳感器在士 IOV供電的條件下工作電流 至少要10mA，磁懸浮加速度傳感器士6V供電的條件下工作電流至少要8mA。2、探管中的CPU能夠自動判定當前的工作狀態(tài)(在煤礦井下實際應用過程中，在 鉆進過程中不需要探管工作，只在停止鉆進中需要探管工作，而在鉆進過程中由于泵沖和 鉆具的影響，探管本身處于振動狀態(tài)，而在停止鉆進時探管處于靜止狀態(tài)，本實用新型能夠 通過加速度傳感器檢測出振動大小確定探管是處于鉆進狀態(tài)還是處于停止鉆進狀態(tài))，當處于鉆進狀態(tài)時關閉傳感器部分電源，當處于停止鉆進狀態(tài)時打開傳感器部分電源。按目 前煤礦井下實際的鉆進情況，鉆進與停止鉆進時間的比例大約為20 1，由于關閉傳感器 部分電源后探管的功耗很小(可忽略)，因此相當于將探管的平均功耗降低了 20倍，在同等 電池容量的條件下，可延長探管工作時間20倍以上。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的說明。
圖1為煤礦井下隨鉆測量探管常規(guī)設計電氣總圖。圖2為煤礦井下隨鉆測量探管低功耗設計電氣總圖。
具體實施方式
如圖2所示，低功耗探管主要由基于iMEMS(集成微機電系統(tǒng))的加速度傳感器 201、磁傳感器202、溫度傳感器203、信號解調和放大電路204、AD芯片205、CPU206、CPU的 電源芯片207、傳感器部分電源芯片208、通訊線路209組成。首先如圖2所示，選擇基于iMEMS(集成微機電系統(tǒng))的加速度傳感器201，目前市 場上有大量可供選擇的器件，我們通過性價比可以選擇modell221，他在3V供電的條件下 只有0. 35mA的工作電流。其次，我們選擇帶電源控制腳的穩(wěn)壓電源芯片208來給傳感器部分線路進行供 電，例如TPS76系列穩(wěn)壓電源芯片，其控制腳由CPU控制，當CPU輸出高電平時打開電源， 輸出低電平時關閉電源。最后，我們對探管的軟件流程進行修改，當CPU檢測到的振動值小于額定值，則打 開傳感器部分電源208，然后采集傳感器輸出信號并發(fā)送，發(fā)送完成后繼續(xù)檢測振動值，若 小于額定值則繼續(xù)發(fā)送，若大于額定值則進行待機狀態(tài)并關閉傳感器部分電源208。綜上所述，本實用新型能夠大幅度降低探管的平均功耗，延長探管在井下的工作 時間，減少了煤礦井下鉆井工人頻繁更換電池的次數(shù)，節(jié)省了能源，提高了工作效率。
權利要求一種應用于煤礦井下隨鉆測量的低功耗探管，其特征在于，該低功耗探管主要由基于集成微機電系統(tǒng)的加速度傳感器(201)、磁傳感器(202)、溫度傳感器(203)、信號解調和放大電路(204)、AD芯片(205)、CPU(206)、CPU的電源芯片(207)、傳感器部分電源芯片(208)、通訊線路(209)組成；所述傳感器部分電源芯片(208)帶有電源控制腳，用來給傳感器部分線路供電，電源控制腳由CPU(206)控制，CPU(206)根據(jù)工作狀態(tài)控制傳感器部分電源芯片(208)的打開和關閉。
2.如權利要求1所述的低功耗探管，其特征在于所述加速度傳感器(201)選用低功 耗的加速度傳感器。
專利摘要本實用新型公開了一種用于煤礦井下隨鉆測量的低功耗探管，根據(jù)探管工作時間＝電池容量/探管平均功耗，在電池容量一定的條件下，通過降低探管平均功耗，可以延長探管工作時間。本實用新型通過選用低功耗加速度傳感器以及CPU根據(jù)工作狀態(tài)控制傳感器部分電源的打開和關閉等方法，降低了探管平均功耗，延長了探管在煤礦井下的工作時間，減少了煤礦井下鉆井工人更換電池的次數(shù)，節(jié)省了能源，提高了工作效率。
文檔編號E21B47/12GK201620885SQ20092027954
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權日2009年11月6日
發(fā)明者嚴霞鋒, 曹曉霞, 溫榕, 鄭志能 申請人:北京合康科技發(fā)展有限責任公司