鉆探壓力脈沖信號仿真器的制造方法
【專利說明】鉆探壓力脈沖信號仿真器
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及電子電路領(lǐng)域，具體地，涉及一種鉆探壓力脈沖信號仿真器。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，石油鉆探行業(yè)也越來越多地利用高科技來開發(fā)各種高難度油氣層，以便盡可能地提高產(chǎn)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(shù)(井斜、方位、溫度、壓力、電阻率等)進(jìn)行測量采集，然后依據(jù)某種編碼規(guī)則(如曼徹斯特編碼)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，變成一個脈沖序列，該編碼序列驅(qū)動井下脈沖發(fā)生器，使電子脈沖序列轉(zhuǎn)換成泥漿壓力脈沖序列，泥漿壓力脈沖傳輸?shù)骄诤?，由地面信號處理設(shè)備采集，經(jīng)過一系列復(fù)雜的數(shù)字濾波后，用數(shù)字信號處理的方法對脈沖序列進(jìn)行譯碼，就得到了實時的井下參數(shù)。
[0004]在無線隨鉆系統(tǒng)的研制過程中，地面信號處理設(shè)備的研制是很重要的一個部分，關(guān)系到信號能否有效的譯碼，其中涉及到數(shù)模轉(zhuǎn)換，濾波，譯碼等一系列的技術(shù)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(fā)明內(nèi)容】

[0005]為提供一種鉆探信號軟硬件仿真驗證裝置，本發(fā)明公開了一種鉆探壓力脈沖信號仿真器。
[0006]本發(fā)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(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端通過電壓跟隨器連接壓流轉(zhuǎn)換電路，還包括與數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接的基準(zhǔn)電壓源。
[0007]優(yōu)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。
[0008]具體的，所述單片機為Atmegal28。
[0009]具體的，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為MAX541。
[0010]具體的，所述基準(zhǔn)電壓源為LM4040。
[0011]具體的，所述壓流轉(zhuǎn)換電路為XTRl 15。
[0012]本發(fā)明所述鉆探壓力脈沖信號仿真器，結(jié)構(gòu)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(jìn)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(fā)過程中，也可以用在檢修過程中。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種【具體實施方式】示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0015]本發(fā)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(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端通過電壓跟隨器連接壓流轉(zhuǎn)換電路，還包括與數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接的基準(zhǔn)電壓源。
[0016]系統(tǒng)主要包括單片機、數(shù)模轉(zhuǎn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以看出系統(tǒng)的工作原理:單片機將經(jīng)過編碼的泥漿壓力脈沖數(shù)據(jù)通過SPI總線送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將壓力脈沖信號數(shù)字量轉(zhuǎn)換成壓力脈沖模擬量(電壓信號)，該模擬信號經(jīng)過電壓跟隨電路后，到達(dá)壓流變換電路，模擬電壓信號經(jīng)過壓流變換電路變換為標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)傳感器的4-20毫安電流環(huán)輸出。
[0017]仿真器工作時，需要設(shè)置各種工作參數(shù)，通過RS232串行接口與計算機通訊來完成參數(shù)的設(shè)置(如:仿真器模擬的壓力量程，噪聲參數(shù)設(shè)置，信號參數(shù)設(shè)置，標(biāo)準(zhǔn)脈沖設(shè)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(yīng)具有速度快，程序容量大，接口方便等，為此我們選用了 AVR ATmegal28單片機。ATmegal28單片機是ATMEL公司推出的基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的高檔FLASH型單片機，具有高達(dá)1MIPS/MHZ的數(shù)據(jù)吞吐率，運行速度比普通的CISC單片機高10倍，Atmegal28片內(nèi)集成的眾多系統(tǒng)級功能單元為控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了很大便利。設(shè)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(fā)周期。
[0018]在系統(tǒng)中，Atmegal28要模擬各種幾十HZ的噪聲信號,要求Atmegal28高速運行，因此單片機用14.7456MHZ的晶振。內(nèi)部的EEPROM用于保存各種設(shè)置參數(shù)。外部接口用到了 SPI和USARTl，單片機經(jīng)過計算模擬產(chǎn)生的壓力脈沖數(shù)據(jù)經(jīng)過SPI總線送到DAC中，單片機的SPI工作在主模式。單片機的USARTl的波特率為9600，8位元數(shù)據(jù)位，I位停止位，無校驗。USARTl的串口信號經(jīng)MAX232轉(zhuǎn)換RS232電平，直接和計算機通訊，完成仿真器工作參數(shù)的設(shè)置。
[0019]數(shù)模轉(zhuǎn)換器將單片機計算模擬產(chǎn)生的壓力脈沖數(shù)據(jù)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓量輸出，為了能夠得到準(zhǔn)確的精細(xì)的模擬壓力波形信號，選用了 16bit的數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX541。MAX541是16位串行輸入、電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器，+5V單電源供電。MAX541的飄移誤差很低，輸出范圍為OV至VREF，采用SPI串行通信協(xié)議。MAX541昀高可以獲得500X10 3采樣點/秒的通過率，能夠滿足系統(tǒng)的要求。
[0020]為使MAX541獲得高分辨率和高精度，使用LM4040_2.5提供高精度的+2.5V低阻抗基準(zhǔn)電壓源。為了消除高頻和低頻干擾，在REF引腳與模擬地之間接入退耦電容。由于AX541的數(shù)字輸入DIN與TTL/CM0S邏輯電平兼容，因此，可以與ATmegal28的SPI接口直接連接。在MAX541的輸出端接入電壓跟隨型運算放大器MAX495，起到緩沖、隔離、提高帶載能力。
[0021]為了模擬工業(yè)現(xiàn)場使用的壓力傳感器信號，經(jīng)過DAC變換得到的0-2.5V的模擬電壓信號要變換為4-20mA的電流信號，S卩0-2.5V對應(yīng)變換到4_20mA，這部分選用了XTR115JTR115其特點是能完成電壓/電流轉(zhuǎn)換，適配各種傳感器構(gòu)成測試系統(tǒng)、工業(yè)程控系統(tǒng)等。
[0022]為了增加系統(tǒng)的可靠性設(shè)計了保護電路。保護電路兼有反向電壓保護與正向過壓保護兩種功能。
[0023]在實際的鉆井現(xiàn)場，無線隨鉆的地面信號處理設(shè)備接受的壓力信號是由多種信號迭加混合而成，其中有經(jīng)過編碼的壓力脈沖信號，這是我們需要的有用信號，也有各種其它的噪聲，為了模擬不同的信號和噪聲，仿真器的軟件中分別設(shè)計了(I)編碼脈沖信號合成與輸出計算模塊、(2)泥漿泵噪聲合成與輸出計算模塊、(3)泥漿馬達(dá)噪聲合成與輸出計算模塊、(4)隨機噪聲合成與輸出計算模塊。使用總信號合成模塊計算合成昀后的輸出信號，輸出信號=編碼脈沖信號+泥漿泵噪聲+泥漿馬達(dá)噪聲+隨機噪聲。
[0024]系統(tǒng)上電復(fù)位后，先進(jìn)行初始化，讀取工作參數(shù)，然后調(diào)用各個模塊分別計算各個信號，昀后調(diào)用總信號合成計算模塊得到昀后的輸出信號序列，此信號序列通過SPI接口連續(xù)輸出信號。。
[0025]如上所述，可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。
【主權(quán)項】
1.鉆探壓力脈沖信號仿真器，其特征在于，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(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端通過電壓跟隨器連接壓流轉(zhuǎn)換電路，還包括與數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接的基準(zhǔn)電壓源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆探壓力脈沖信號仿真器，其特征在于，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。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆探壓力脈沖信號仿真器，其特征在于，所述單片機為Atmegal28。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆探壓力脈沖信號仿真器，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為MAX541。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆探壓力脈沖信號仿真器，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓源為LM4040。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆探壓力脈沖信號仿真器，其特征在于，所述壓流轉(zhuǎn)換電路為 XTR115。
【專利摘要】本發(fā)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(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端通過電壓跟隨器連接壓流轉(zhuǎn)換電路，還包括與數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接的基準(zhǔn)電壓源。本發(fā)明所述鉆探壓力脈沖信號仿真器，結(jié)構(gòu)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(jìn)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(fā)過程中，也可以用在檢修過程中。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN105511338
【申請?zhí)枴緾N201410552774
【發(fā)明人】廖蓉
【申請人】廖蓉
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2014年10月19日