CN103195409A - 用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统，包括模拟信号采集模块、RC滤波器、多路选择器、AD转换模块、DSP主控模块和上位机；DSP主控模块接收上位机的指令，向多路选择器传送选通控制指令；向AD转换模块传送模数转换指令；接收AD转换模块传送的数字信号，对该数字信号进行处理，将处理结果反馈给上位机；采用RC滤波器对模拟信号采集模块输出的各路检测信号中的高频噪声信号进行预处理，采用多路选择器控制每次采样的预处理检测信号通道，采用高精度AD转换模块将各路模拟信号转化为数字信号，完成小体积高精度高速共11路模拟电压信号采样，其采样精度高于0.3mv。
Description
技术领域
本发明涉及陀螺测斜仪技术领域，具体涉及一种用于陀螺测斜仪的多通道高精度采集控制系统。
背景技术
陀螺测斜仪采用了先进的小体积的挠性速率陀螺仪和挠性石英加速度计构成捷联式数学平台，在不需要地面参照物的情况下，实现了自动测量,可测油井井斜角、方位角、工具面角、温度等参数，与目前常用的磁通门测斜仪相比，有很大的改进：不受磁性影响、测量精度更高、测速更快、外径更小、自我故障诊断等。在有磁性干扰环境下的套管井，配合生产井其他测井方法，指示测量仪器的方位，确定诸如磨损、水泥胶结等情况的方位。在各向异性地层中进行射孔作业时，采用陀螺仪定向，避免了盲目射孔，增加射孔出油效率，提高了经济效益。
现有的测井陀螺测斜仪采集控制电路都采用多个多路AD采集芯片，无法进行工作模式的切换，电路板体积大，成本高，效率低，耗时长，采样精度低，通常都高于3mv，最终达不到系统的要求。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统，其实现了小体积采样，成本低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统，包括模拟信号采集模块、RC滤波器、多路选择器、AD转换模块、DSP主控模块和上位机。
模拟信号采集模块用于与陀螺测斜仪的各路检测信号输出端连接，分别采集陀螺测斜仪输出的各路检测信号，并分别将所述各路检测信号传送至RC滤波器。
RC滤波器用于对各路检测信号进行低通滤波预处理，并将预处理检测信号传送给多路选择器。
多路选择器用于接收DSP主控模块的选通控制指令，根据该选通控制指令对预处理检测信号进行选通，再将选通信号传送给AD转换模块。
AD转换模块接收DSP主控模块的模数转换控制指令，将选通信号转化为数字信号，并将该数字信号发送给DSP主控模块。
DSP主控模块接收上位机的指令，向多路选择器传送选通控制指令；向AD转换模块传送模数转换指令；接收AD转换模块传送的数字信号，对该数字信号进行处理，将处理结果反馈给上位机。
进一步，所述DSP主控模块具有模式切换控制接口，该模式切换控制接口用于连接陀螺仪的点测/连测控制端，向陀螺测斜仪传送点测/连测模式切换信号。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用RC滤波器对模拟信号采集模块输出的各路检测信号中的高频噪声信号进行预处理，采用多路选择器控制每次采样的预处理检测信号通道，采用高精度AD转换模块将各路模拟信号转化为数字信号，完成小体积高精度高速共11路模拟电压信号采样，其采样精度高于0.3mv。
2、本发明采用16多路选择器，减少了AD芯片数量，其成本得到了降低。
3、本发明还包括模式切换控制接口，用于与陀螺测斜仪的点测/连测控制端连接，向陀螺测斜仪传送来自DSP主控模块的点测/连测模式切换信号，控制陀螺测斜仪的工作模式切换，可以使得陀螺测斜连测模式下最大可测角速率达到60°/s。
附图说明
图1为本发明原理方框图；
图2为本发明信号采样流程图；
图3为工作模式切换流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
参见图1：用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统包括模拟信号采集模块、RC滤波器、多路选择器、AD转换模块、DSP主控模块和上位机。模拟信号采集模块用于与陀螺测斜仪的各路检测信号输出端连接，分别采集陀螺测斜仪输出的各路检测信号，并分别将所述各路检测信号传送至RC滤波器。RC滤波器采用RC低通滤波器，用于对各路检测信号进行低通滤波预处理，并将预处理检测信号传送给多路选择器。RC低通滤波器只允许低频信号通过，并对各路检测信号中的高频噪声信号进行衰减。多路选择器采用16路多路选择器，用于接收DSP主控模块的选通控制指令，根据该选通控制指令对预处理检测信号进行选通，再将选通信号传送给AD转换模块。AD转换模块接收DSP主控模块的模数控制指令，将选通信号转化为数字信号，并将该数字信号传送给DSP主控模块。DSP主控模块接受上位机的指令；向多路选择器传送选通控制指令；向AD转换模块传送模数转换控制指令；接收AD转换模块传送的数字信号，对该数字信号进行处理和解算，解算陀螺仪位置姿态包括井斜角、方位角等，将解算结果发送到上位机。在DSP主控模块上具有模式切换控制接口，该模式切换控制接口即DSP主控模块的GPIO口，其用于与陀螺测斜仪的点测/连测控制端连接，向陀螺测斜仪传送来自DSP主控模块的点测/连测模式切换信号，控制陀螺测斜仪点测工作模式和连测工作模式的切换。
本实施例中，模拟信号采集模块与陀螺测斜仪的各路检测信号输出端连接，其用于分别采集陀螺测斜仪的11路原始检测信号，11路原始检测信号分别为：1）加表X轴；2）加表Y轴；3）加表Z轴；4）捷联陀螺X轴；5）捷联陀螺Y轴；6）捷联陀螺Z轴；7）寻北陀螺X轴；8）寻北陀螺Z轴；9）TZ电机堵转；10）WK大陀螺温度；11）WK1小陀螺温度。16路多路选择器采用Analog Devices公司提供的ADG506芯片。ADG506芯片是具有CC2MOS8--/16-通道的高特性模拟传输器，其具有16个模拟量输入端，四个数据选择端，一个模拟量输出端，以及其他的控制输入端。16路多路选择器可以将16路模拟信号选择其一经过由输出端进行输出，在本实施例中，16路多路选择器的选通由DSP主控模块控制，对11路预处理检测信号进行选通，每次只允许中的一路信号由输出端输出，传送给AD转换模块。
AD转换模块中的AD芯片采用CIRRUS公司的CS5101A，2通道采样、SPI接口、转换时间8us、线性误差±0.001% FS、具有上电自校正功能、低功耗320mW，16位无误码输出。AD采样模块接收DSP主控模块的模数转换控制指令，对输入的选通信号进行模数转换，转换后，通过串行通信把数字信号发送给DSP主控模块的EEEPROM存储。
DSP主控模块采用TMS320F28335型数字信号处理器芯片，其采用高性能的静态CMOS技术；高性能的32位 CPU（单精度的浮点单元，具有哈佛总线结构，支持16 
的双向介质访问层操作（MAC），能进行快速中断响应和处理以及具有统一的内存规划模型）；对ADC、McBSP、ePWM、XINTF和SARAM实行6通道DMA控制；具有12位的外部接口（此接口的地址范围超过2M
位）；芯片上内存为256K
的Flash存储器，34K
的SARAM存储器以及1K
的一次性可编程ROM；具有8K的使用软件方式（通过SCI, SPI, CAN, 12C, McBSP, XINTF和并行I/O接口 ）引导ROM；支持动态PLL比率变换的时钟和系统控制（具有片上振荡器以及看门狗定时模块）。
DSP主控模块的两路串口SCIB，SCIC分别做RS232电平变换，1路连接至遥测板作为数据上传，1路与上位机相连，用来调试和参数配置。
DSP主控模块的SPI通信接口作为扩展EEPROM，用于AD转换模块数据的读写，通过片选信号来控制选通。EEPROM容量为256Kbit，可以随时读写，掉电数据不丢失，用来存储校正参数（可存8000个32Bit浮点数）。
DSP主控模块的3个GPIO口通过缓冲送出至总线。其信号电压为3.3V，用于控制信号的发送。其中用于输出控制信号：1）DX（3.3V）：控电机转向；2）TZ（3.3V）：电机停转信号；3）ZH（3.3V）：控寻北捷联切换。
信号采样流程图参见图2：在AD初始化后，DSP主控模块控制16路多路选择器，设置当前采集通道号，每次只允许1路预处理检测信号输出，输出的预处理检测信号由AD转换模块转换为数字信号，该数字信号通过串行通信发送到DSP主控模块的EEEPROM存储，DSP主控模块对接收到的数据进行检查，判断是否完成11路预处理检测信号的转换，如果没有完成，DSP主控模块控制16路多路选择器设置当前采集的通道号，对剩余的预处理检测信号进行选通和模数转换，直至完成了11路预处理检测信号的模数转换，当DSP主控模块检查到已完成11路预处理检测信号的模数转换，则对转换的数字信号进行处理和解算，解算陀螺仪位置姿态包括井斜角、方位角等，将解算结果发送到上位机。
工作模式切换流程图参见图3：DSP主控模块获取上位机点测工作模式或连测工作模式指令，通过模式切换控制接口向陀螺仪传送模式切换控制指令。如果是点测工作模式，则将模式切换到GPIO口高电平，开始点测解算，并将解算结果发送到上位机。如果获取的是连测工作模式指令，则将模式切换到GPIO口为低电平，进行连测解算，并将解算结果发送到上位机。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统，其特征在于，包括模拟信号采集模块、RC滤波器、多路选择器、AD转换模块、DSP主控模块和上位机；
模拟信号采集模块用于与陀螺测斜仪的各路检测信号输出端连接，分别采集陀螺测斜仪输出的各路检测信号，并分别将所述各路检测信号传送至RC滤波器；
RC滤波器用于对各路检测信号进行低通滤波预处理，并将预处理检测信号传送给多路选择器；
多路选择器用于接收DSP主控模块的选通控制指令，根据该选通控制指令对预处理检测信号进行选通，再将选通信号传送给AD转换模块；
AD转换模块接收DSP主控模块的模数转换控制指令，将选通信号转化为数字信号，并将该数字信号发送给DSP主控模块；
DSP主控模块接收上位机的指令，向多路选择器传送选通控制指令；向AD转换模块传送模数转换指令；接收AD转换模块传送的数字信号，对该数字信号进行处理，将处理结果反馈给上位机。
2.根据权利要求1所述的用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统，其特征在于，所述RC滤波器为RC低通滤波器。
3.根据权利要求1所述的用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统，其特征在于，所述多路选择器为16路多路选择器。
4.根据权利要求1所述的用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统，其特征在于，所述DSP主控模块具有模式切换控制接口，该模式切换控制接口用于连接陀螺仪的点测/连测控制端，向陀螺测斜仪传送点测/连测模式切换信号。
5.根据权利要求1所述的用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统，其特征在于，所述AD转换模块中的AD芯片采用CIRRUS公司的CS5101A。
6.根据权利要求1所述的用于陀螺测斜仪的多通道采集控制系统，其特征在于，所述DSP主控模块采用TMS320F28335型数字信号处理器芯片。
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