CN104880959A - 随钻测量传感器模拟装置 - Google Patents

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魏春明
李志广
韩晓文
金平
张猛
张鑫
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Abstract

本发明公开了一种随钻测量传感器模拟装置，其包括MCU、电源转换接口电路模块、译码显示电路模块、波特率控制电路模块、串口转换电路模块、传感器状态指示保持或者改变控制电路模块；定向探管连接随钻模拟测试装置进行电路功能测试时，能够真实的模拟传感器的8种工作姿态、电阻率伽玛工具的传输数据以及功率特征。有效避免了定向探管连接真实传感器和电阻率伽玛工具进行测试可能损坏传感器或者电阻率伽玛工具，造成巨大经济损失的风险，而且测试的连接方法简单方便。

Description

随钻测量传感器模拟装置
技术领域
本发明涉及定向钻井领域，尤其是一种随钻测量传感器模拟装置。
背景技术
随钻测量仪器包括定向探管、随钻测量传感器，可以测量井斜角、磁方位角、工具面角等参数。电阻率伽玛工具可以测量电阻率、伽玛等参数。根据需要，随钻测量仪器可以连接电阻率伽玛工具在随钻过程中，测量井斜角、磁方位角、工具面角等参数实现对井眼轨迹的控制,同时测量电阻率和伽玛参数对地层信息进行分析。
在随钻测量仪器的研发过程中，定向探管是必不可少的关键部件，对其进行电路功能测试时，需要连接随钻测量传感器和电阻率伽玛工具，不但连接起来费时费力，而且这些设备价格高，维修周期长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种随钻测量传感器模拟装置，其能够简单模拟随钻测量传感器和电阻率伽玛工具的功能。
为了解决上述技术问题，本发明包括
MCU，其为AT89C4051单片机；
电源转换接口电路模块，其由DC-DC芯片及其外围电路、模拟电阻率伽玛工具负载电路组成；DC-DC芯片的输入为36V,输出5V给MCU、译码显示电路模块、波特率控制电路模块、串口转换电路模块、传感器状态指示保持或者改变控制电路模块提供电源；模拟电阻率伽玛工具负载电路包括大功率电阻以及发光二极管；
译码显示电路模块，其由发光二极管配合SN54HC138及其外围电路来实现；
波特率控制电路模块，其由波段开关、电阻和单片机的I/O口组成的采样电路实现；
串口转换电路模块，其由MAX232及其外围电路组成，实现MCU与上级定向探管电路之间的通讯；
以及传感器状态指示保持或者改变控制电路模块，其由单片机外部中断口和电阻以及复位开关组成；通过控制MCU的外部中断来对传感器的多种状态进行选择。
本发明的有益效果是：定向探管连接随钻模拟测试装置进行电路功能测试时，能够真实的模拟传感器的8种工作姿态、电阻率伽玛工具的传输数据以及功率特征。有效避免了定向探管连接真实传感器和电阻率伽玛工具进行测试可能损坏传感器或者电阻率伽玛工具，造成巨大经济损失的风险，而且测试的连接方法简单方便。
附图说明
图1为本发明随钻测量传感器模拟装置的电路原理框图；
图2为本发明随钻测量传感器模拟装置的系统控制流程图。
具体实施方式
根据无磁校验标定实验室校验随钻测量仪器时的需要设计了8种常用的随钻测量传感器工作姿态，并根据电阻率伽玛工具的负载电流和数据格式设计了模拟电阻率伽玛工具的功能。本发明通过硬件电路和MCU软件的配合来实现上述功能。8种工作姿态如下表所示：
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
参见图1和图2，本发明的随钻测量传感器模拟装置包括
MCU1，其选择为AT89C4051单片机，其管脚少，接口电路简单，完全能满足此电路的设计需要；
电源转换接口电路模块2，其由DC-DC芯片及其外围电路、模拟电阻率伽玛工具负载电路组成；DC-DC芯片的输入为36V,输出5V给MCU1、译码显示电路模块3、波特率控制电路模块4、串口转换电路模块5、传感器状态指示保持或者改变控制电路模块6提供电源；模拟电阻率伽玛工具负载电路包括大功率电阻以及发光二极管；
译码显示电路模块3，其由发光二极管配合SN54HC138及其外围电路来实现；
波特率控制电路模块4，其由波段开关、电阻和单片机的I/O口组成的采样电路实现；
串口转换电路模块5，其由MAX232及其外围电路组成，实现MCU1与上级定向探管电路7之间的通讯；
以及传感器状态指示保持或者改变控制电路模块6，其由单片机外部中断口和电阻以及复位开关组成；通过控制MCU1的外部中断来对传感器的8种状态进行选择。
如图1和图2所示，当模拟随钻测量传感器时由定向探管电路7的VSENSOR供电(VSENSOR代表定向探管是对随钻测量传感器供电)，此时对应的Sensor指示灯发光，表示模拟的是随钻测量传感器。
上电后，MCU1根据波特率控制电路模块4的控制随时采样波特率的设置情况，能选择4种不同的波特率(1200，2400，4800，9600bps)，利用选择的波特率通过串口转换电路模块5实现与定向探管电路7之间的通讯。
同时MCU1根据传感器状态指示保持或者改变控制电路模块6的控制对8种传感器工作姿态进行选择，按一下按钮“Select”选择一种工作姿态；或者按保持按钮“Keep”，则保持选定的工作姿态不变，此时再按按钮“Select”，传感器的工作姿态维持原状，直到第二次按保持按钮“Keep”，解除保持状态后才能重新对传感器的工作状态进行选择。
译码显示电路模块3对实时选择的8种传感器工作姿态中的1种进行指示，由8个发光二极管的明暗对应8种工作状态的选通与否。通过传感器状态指示保持或者改变控制电路模块6的控制选择一种传感器工作姿态后，MCU1控制译码显示电路模块3输出低电平驱动相应的发光二极管亮，表示对应的工作姿态选通。
定向探管电路7通过串口转换电路模块5发送特定指令给MCU1，MCU1接收到指令后，按照选择或保持的工作状态对应的传感器数据格式向定向探管电路7传输数据。数据组中，井斜角和方位角保持不变，工具面角2分钟变化一次，由0°90°180°270°开始循环变化。
当模拟电阻率伽玛工具时，由定向探管电路7的VCPR供电(VCPR代表定向探管是对电阻率伽玛工具供电),此时对应的CPR指示灯亮，表示模拟的是电阻率伽玛工具。
上电后，MCU1根据波特率控制电路模块4的控制随时采样波特率的设置情况，能选择4种不同的波特率(1200，2400，4800，9600bps)，利用选择的波特率通过串口转换电路模块5实现与定向探管电路7之间的通讯。
当其模拟电阻率工具的负载状况时，由输入的VCPR连接大功率电阻大约能模拟700mA左右的负载电流。
定向探管电路7通过串口转换电路模块5发送特定指令给MCU1，MCU1接收到指令后，按照电阻率伽玛工具的数据格式向定向探管电路7传输数据。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (1)

1.一种随钻测量传感器模拟装置，其特征在于：包括
MCU(1)，其为AT89C4051单片机；
电源转换接口电路模块(2)，其由DC-DC芯片及其外围电路、模拟电阻率伽玛工具负载电路组成；DC-DC芯片的输入为36V,输出5V给MCU(1)、译码显示电路模块(3)、波特率控制电路模块(4)、串口转换电路模块(5)、传感器状态指示保持或者改变控制电路模块(6)提供电源；模拟电阻率伽玛工具负载电路包括大功率电阻以及发光二极管；
译码显示电路模块(3)，其由发光二极管配合SN54HC138及其外围电路来实现；
波特率控制电路模块(4)，其由波段开关、电阻和单片机的I/O口组成的采样电路实现；
串口转换电路模块(5)，其由MAX232及其外围电路组成，实现MCU(1)与上级定向探管电路(7)之间的通讯；
以及传感器状态指示保持或者改变控制电路模块(6)，其由单片机外部中断口和电阻以及复位开关组成；通过控制MCU(1)的外部中断来对传感器的多种状态进行选择。
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