一種利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路，包括三個加速度傳感器信號調(diào)理單元、多通道電子開關(guān)、信號放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，每個加速度傳感器信號調(diào)理單元的輸入端與各自相應的加速度傳感器的輸出端連接，其輸出端與多通道電子開關(guān)一一對應相接，所述加速度傳感器主要測量井下測斜儀的工具面參數(shù)，所述多通道電子開關(guān)、信號放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片依次連接。本發(fā)明可改變?nèi)哽`敏度的加速度傳感器輸出負載阻抗，使它們在測量動態(tài)加速度時測量信號無失真，保證了測量精度，也提高了測斜儀的抗震性能。
【專利說明】一種利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及石油隨鉆測井系統(tǒng)中井下測斜儀的傳感器【技術(shù)領域】，尤其是指一種利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路。

【背景技術(shù)】
[0002]業(yè)內(nèi)習知，在石油隨鉆測井系統(tǒng)中使用測斜儀傳感器技術(shù)測量儀器在井下定位是十分必要的，定位參數(shù)主要有井斜、方位和工具面。傳感器的測量精度直接影響測斜儀的定向參數(shù)性能，現(xiàn)場作業(yè)時，井下強烈震動環(huán)境嚴重影響傳感器測量精度，要準確地測量定向參數(shù)，關(guān)鍵措施之一是提高傳感器的抗震性能及輸出測量信號的處理電路，現(xiàn)提出改變加速度傳感器負載阻抗的方案實現(xiàn)信號無失真處理，進而提高了測斜儀的抗震性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點，提供一種利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路，能夠根據(jù)井下震動環(huán)境的變化改變負載阻抗，利用負載阻抗特性提高井下測斜儀的抗震性能。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路，它包括有三個加速度傳感器信號調(diào)理單元、多通道電子開關(guān)、信號放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，每個加速度傳感器信號調(diào)理單元的輸入端與各自相應的加速度傳感器的輸出端連接，其輸出端與多通道電子開關(guān)對應相接，所述加速度傳感器主要測量井下測斜儀的工具面參數(shù)，所述多通道電子開關(guān)、信號放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片依次連接；其中，每個加速度傳感器信號調(diào)理單元均包括有旁路電容、限流電阻以及用于將加速度傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的采樣電阻，所述旁路電容和采樣電阻相互并聯(lián)，其一端接地，且并聯(lián)后串聯(lián)有限流電阻，所述旁路電容和限流電阻構(gòu)成了加速度傳感器的負載，形成有負載阻抗，且呈現(xiàn)的負載阻抗能夠隨加速度傳感器加測量信號的變化而變化。
[0005]所述旁路電容和采樣電阻之間串聯(lián)有電感，所述旁路電容、電感和限流電阻構(gòu)成加速度傳感器的負載，能夠改變加速度傳感器的負載阻抗，其阻抗公式如下:
[0006]Z,.^ JwC1 +—~^7-1=l,2,3

R + JwLi
[0007]式中，j為虛數(shù)；w為角速度,是信號頻率f的2 倍Ki為旁路電容值，R為限流電值，Li為電感值。
[0008]它還包括有三個磁信號調(diào)理單元，每個磁信號調(diào)理單元的輸入端與各自相應的磁場強度傳感器的輸出端連接，其輸出端與多通道電子開關(guān)對應相接，所述磁場強度傳感器主要測量井下測斜儀的方位參數(shù)。
[0009]所述多通道電子開關(guān)在任意時刻僅選通輸出其中的一路。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0011]1、可改變?nèi)哽`敏度的加速度傳感器輸出負載阻抗，使它們在測量動態(tài)加速度時測量信號無失真，保證了測量精度，也提高了測斜儀的抗震性能；
[0012]2、可以對加速度傳感器輸出信號進行低通濾波和去噪聲處理,改善信號質(zhì)量；
[0013]3、本電路特別適用于井下復雜環(huán)境下測量儀器的井斜、方位、工具面等參數(shù)，可在高溫125°C環(huán)境下穩(wěn)定工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明電路的原理圖。
[0015]圖2為加速度傳感器Gl結(jié)合去掉電感LI的加速度傳感器信號調(diào)理單元的示意圖。
[0016]圖3為加速度傳感器Gl的工作信號不意圖。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0018]如圖1所示，本實施例所述的利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路，包括:
[0019]三個加速度傳感器信號調(diào)理單元，利用負載阻抗隨震動頻率變化實現(xiàn)三個加速度傳感器Gl、G2、G3在強震環(huán)境下保證了測量精度，提高井下測斜儀的抗震性能；
[0020]三個磁信號調(diào)理單元MC1、MC2、MC3，用于確保三個磁場強度傳感器M1、M2、M3的測量精度；
[0021]多通道電子開關(guān)U1，輸入六通道傳感器信號，任意時刻僅選通輸出其中的一路；
[0022]信號放大器U2，對選通后的信號進行放大處理；
[0023]模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片U3，將放大后的傳感器模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0024]其中，所述三個加速度傳感器信號調(diào)理單元的輸入端分別與三個加速度傳感器G1、G2、G3的輸出端一一對應相接，其輸出端則與多通道電子開關(guān)Ul —一對應相接，所述三個加速度傳感器Gl、G2、G3主要測量井下測斜儀的工具面參數(shù)；所述三個磁信號調(diào)理單元MC1、MC2、MC3的輸入端分別與三個磁場強度傳感器M1、M2、M3的輸出端一一對應相接，其輸出端則與多通道電子開關(guān)Ul —一對應相接，所述三個磁場強度傳感器M1、M2、M3主要測量井下測斜儀的方位參數(shù)；所述多通道電子開關(guān)U1、信號放大器U2、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片U3依次連接。
[0025]在本實施例中，每個加速度傳感器信號調(diào)理單元均包括有旁路電容、限流電阻、電感以及用于將加速度傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的采樣電阻，如圖1所示，Cl?3是旁路電容，LI?3是電感，Rl?3是采樣電阻，其中，在每個加速度傳感器信號調(diào)理單元中，所述旁路電容和采樣電阻相互并聯(lián)，且其一端接地，并聯(lián)后串聯(lián)有限流電阻，所述電感串聯(lián)在旁路電容和采樣電阻之間；所述旁路電容、電感和限流電阻構(gòu)成了加速度傳感器的負載，震動環(huán)境的變化引起加速度傳感器測量信號的變化，為加速度傳感器設計的負載呈現(xiàn)的阻抗不是固定值，該值隨加速度傳感器測量信號的變化而變化，抑制了因強烈震動引起加速度傳感器輸出信號的失真，在震動強度變化劇烈的工況下，亦能保證加速度傳感器的測量精度，進而提高了測斜儀的抗震性能，其阻抗公式如下:
[0026]Z,.= jwC: + n \ r i=12 3

R + JWLj
[0027]式中，j為虛數(shù)；w為角速度,是信號頻率f的2 倍Ki為旁路電容值，R為限流電值，Li為電感值。
[0028]負載阻抗構(gòu)成的變化情況如下表I所示。
[0029]表1-負載阻抗變化表
[0030]

加速度值G (t) j負載阻抗Z
G(t) = Gr Z = Z0直流常量

0<G(t) <Gth Z = Zi交流變量
G(t)>GTHZ = Zi信號失真
[0031]當然，去掉圖1中的電感LI?3后的加速度傳感器信號調(diào)理單元，同樣也可以起到改善抗震性能的目的，如圖2所示。無論是否去掉電感LI?3，本電路的適應范圍包括所有利用阻抗特性改善測斜儀抗震性能的情況。
[0032]下面我們以加速度傳感器Gl為例對本電路的原理進行詳細說明，其具體情況如下:
[0033]當加速度傳感器Gl靜止測量時，Gl測量輸出電流為一恒定值，旁路電容Cl相當于開路，電感LI相當于短路，此時Gl的負載阻抗為Z1 = 1/R，電流經(jīng)采樣電阻Rl轉(zhuǎn)換為恒定電壓，輸出信號表現(xiàn)為直流常量值；當加速度傳感器Gl經(jīng)受劇烈震動時，Gl的負載阻抗
Gl測量輸出變化的電流經(jīng)采樣電阻Rl轉(zhuǎn)換為變化的電壓信號，由于旁路電容Cl和電感LI的作用，Gl的負載阻抗中含變量W，故能夠改善輸出的測量信號質(zhì)量。
[0034]如圖3所示，本圖給出了上述案例的加速度傳感器Gl信號變化，其中，加速度傳感器Gl輸出電流信號為i，流過旁路電容Cl的電流為I1，流過電感LI的電流為i2，流過采樣電阻Rl的電流為i3 ;當靜止測量時，I1 = O, i2 = i3 ;當震動條件下測量時，i = ii+i2，
ii^ O, i2 = i3。
[0035]以上所述之實施例子只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路，其特征在于:它包括有三個加速度傳感器信號調(diào)理單元、多通道電子開關(guān)(Ul)、信號放大器(U2)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片(U3)，每個加速度傳感器信號調(diào)理單元的輸入端與各自相應的加速度傳感器的輸出端連接，其輸出端與多通道電子開關(guān)(Ul) —一對應相接，所述加速度傳感器主要測量井下測斜儀的工具面參數(shù)，所述多通道電子開關(guān)(Ul)、信號放大器(U2)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片(U3)依次連接；其中，每個加速度傳感器信號調(diào)理單元均包括有旁路電容、限流電阻以及用于將加速度傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的采樣電阻，所述旁路電容和采樣電阻相互并聯(lián)，其一端接地，且并聯(lián)后串聯(lián)有限流電阻，所述旁路電容和限流電阻構(gòu)成了加速度傳感器的負載，形成有負載阻抗，且呈現(xiàn)的負載阻抗能夠隨加速度傳感器加測量信號的變化而變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路，其特征在于:所述旁路電容和采樣電阻之間串聯(lián)有電感，所述旁路電容、電感和限流電阻構(gòu)成加速度傳感器的負載，能夠改變加速度傳感器的負載阻抗，其阻抗公式如下: Z = JwCi H----1=l ,2,3 ! ' R + JwLi 式中，j為虛數(shù)為角速度，是信號頻率f的2 π倍A為旁路電容值，R為限流電值，Li為電感值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路，其特征在于:它還包括有三個磁信號調(diào)理單元，每個磁信號調(diào)理單元的輸入端與各自相應的磁場強度傳感器的輸出端連接，其輸出端與多通道電子開關(guān)(Ul) 對應相接，所述磁場強度傳感器主要測量井下測斜儀的方位參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種利用負載阻抗特性提高井下測斜儀抗震性能的電路，其特征在于:所述多通道電子開關(guān)(Ul)在任意時刻僅選通輸出其中的一路。
【文檔編號】E21B47/024GK104141487SQ201410367764
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】朱曉嶺, 王肄輝, 王小虎, 劉海, 熊陵 申請人:中天啟明石油技術(shù)有限公司