CN110793712A - 一种由壬式压力传感器高频采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于油、气井压裂施工数据实时监控技术领域，具体提供了由壬式压力传感器高频采样装置，包括由壬式压力传感器、电阻、选择器、增益放大器、滤波电路、模数转换器、处理器、以太网接口、POE交换机和上位机电脑，由壬式压力传感器、电阻、多路选择器、增益放大器、滤波电路、模数转换器、处理器、以太网接口、POE交换机和上位机电脑依次电连接，POE交换机分别电连接多路选择器、增益放大器、滤波电路、模数转换器和处理器，解决了现有数据采集系统对于施工过程中重要压力变化点很难在曲线上直接读取出，对压裂施工后的效果评价造成较大影响问题；本发明可对重要压力变化点实施精确记录，提高压后效果评价的准确性以及提升压力施工精细化水平。

Description

一种由壬式压力传感器高频采样装置

技术领域

本发明属于油、气井压裂施工数据实时监控技术领域，具体涉及一种由壬式压力传感器高频采样装置。

背景技术

近年来，压裂施工已经成为油、气井增产的主要手段，而仪器仪表作为压裂施工的眼睛，是压裂施工数据监控的基础。施工压力是压裂施工过程中的重要技术指标，直接影响到压裂施工的成败及压后的效果评价，目前，主要采用防爆由壬式压力传感器对施工压力进行采集，数据采集系统对施工压力的采集速率为1点/s，基本满足施工要求，但对于施工过程中重要压力变化点如破裂压力、停泵压力、地层闭合压力等则很难在曲线上直接读取出，对压裂施工后的效果评价造成了较大的影响

为了解决上述问题，我们设计开发了一套针对由壬式压力传感器的高频采样装置系统，将压力传感器的信号通过高灵敏度电阻后，进行信号放大、滤波、模数转换后输出至高速ARM处理器，采用专用的上位机采集软件实现压力传感器信号的高速采集，实现900点/s的压力采用速率，有助于对重要压力变化点的精确记录，提高压后效果评价的准确性，提升压力施工精细化水平。

发明内容

本发明提供的由壬式压力传感器高频采样装置目的一是克服现有技术中数据采集系统对施工压力1点/s的采集速率虽然基本满足施工要求，但对于施工过程中重要压力变化点如破裂压力、停泵压力、地层闭合压力等则很难在曲线上直接读取出，对压裂施工后的效果评价造成了较大的影响问题；目的二是克服现有技术中无法对重要压力变化点实施精确记录，无法提高压后效果评价的准确性以及无法提升压力施工精细化水平的问题。

为此，本发明提供了一种由壬式压力传感器高频采样装置，包括由壬式压力传感器、电阻、选择器、增益放大器、滤波电路、模数转换器、处理器、以太网接口、POE交换机和上位机电脑，由壬式压力传感器的输出端依次电连接电阻和选择器的输入端、选择器的输出端电连接增益放大器的输入端，增益放大器的输出端电连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端依次电连接模数转换器和处理器的输入端、处理器的输出端依次电连接以太网接口和POE交换机的输入端，POE交换机的输出端电连接上位机电脑，POE交换机的电源端分别电连接由壬式压力传感器的电源端、选择器的电源端、增益放大器的电源端、滤波电路的电源端和处理器的电源端。

还包括看门狗和闪存，看门狗和闪存均连接处理器。

所述电阻为高灵敏度电阻，电阻的灵敏度为1/20000以下。

所述由壬式压力传感器、电阻、多路选择器、增益放大器、滤波电路、模数转换器、处理器均采用防爆设计。

所述电阻、多路选择器、增益放大器、滤波电路、模数转换器、处理器、以太网接口、POE交换机、看门狗和闪存均采用连接盒进行封装。

所述选择器为多路选择器。

所述滤波电路为抗混叠滤波电路。

所述以太网接口为RJ-45以太网接口。

所述增益放大器为可编程增益放大器。

本发明的有益效果：

本发明提供的这种由壬式压力传感器高频采样装置，包括由壬式压力传感器、电阻、选择器、增益放大器、滤波电路、模数转换器、处理器、以太网接口、POE交换机和上位机电脑，由壬式压力传感器的输出端依次电连接电阻和选择器的输入端、选择器的输出端电连接增益放大器的输入端，增益放大器的输出端电连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端依次电连接模数转换器和处理器的输入端、处理器的输出端依次电连接以太网接口和POE交换机的输入端，POE交换机的输出端电连接上位机电脑，POE交换机的电源端分别电连接由壬式压力传感器的电源端、选择器的电源端、增益放大器的电源端、滤波电路的电源端和处理器的电源端；将由壬式压力传感器的输出数据通过高灵敏度的电阻将由壬式压力传感器的输入信号转换成电压信号，同时提高数据信号的精度，而后该信号通过多路选择器、可编程增益放大器、抗混叠滤波器对信号进行放大、滤波处理，随后将处理后的数据信号经模数转换器进行模数转换，由高速处理器对数据进行处理并通过RJ-45以太网接口传输至上位机电脑实现高频采样后数据的显示和储存；

1)本发明针对高速采样后的数据，利用数据采集软件(为现有的数据采集软件)，可连续采集8小时以上的作业数据，具备2.6*107条数据存储能力，并具有实时查看、数据回放及保存等功能；

2)本发明设计有多路选择器实现多只压力传感器的同步高频采样工作，适合于多个压力同时监测的环境，多只传感器同时监测过程中，采样频率不低于200点/s；

3)本发明采用先进的数据处理技术，实现压力传感器900点/s的稳定采样速率，实现压裂施工过程中破裂压力、停泵压力、地层闭合压力等特征压力点的准确采集，有助于对重要压力变化点的精确记录，提高压后效果评价的准确性，提升压力施工精细化水平，适用于目前各类压裂施工过程中的压力监测。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是由壬式压力传感器高频采样装置结构示意图。

附图标记说明：1、由壬式压力传感器；2、电阻；3、选择器；4、增益放大器；5、滤波电路；6、模数转换器；7、看门狗；8、处理器；9、以太网接口；10、POE交换机；11、上位机电脑；12、闪存。

具体实施方式

实施例1：

一种由壬式压力传感器高频采样装置，包括由壬式压力传感器1、电阻2、选择器3、增益放大器4、滤波电路5、模数转换器6、处理器8、以太网接口9、POE交换机10和上位机电脑11，由壬式压力传感器1的输出端依次电连接电阻2和选择器3的输入端、选择器3的输出端电连接增益放大器4的输入端，增益放大器4的输出端电连接滤波电路5的输入端，滤波电路5的输出端依次电连接模数转换器6和处理器8的输入端、处理器8的输出端依次电连接以太网接口9和POE交换机10的输入端，POE交换机10的输出端电连接上位机电脑11，POE交换机10的电源端分别电连接由壬式压力传感器1的电源端、选择器3的电源端、增益放大器4的电源端、滤波电路5的电源端和处理器8的电源端。

实施例2：

如图1所示，一种由壬式压力传感器高频采样装置，包括由壬式压力传感器1、电阻2、选择器3、增益放大器4、滤波电路5、模数转换器6、处理器8、以太网接口9、POE交换机10和上位机电脑11，由壬式压力传感器1的输出端依次电连接电阻2和选择器3的输入端、选择器3的输出端电连接增益放大器4的输入端，增益放大器4的输出端电连接滤波电路5的输入端，滤波电路5的输出端依次电连接模数转换器6和处理器8的输入端、处理器8的输出端依次电连接以太网接口9和POE交换机10的输入端，POE交换机10的输出端电连接上位机电脑11，POE交换机10的电源端分别电连接由壬式压力传感器1的电源端、选择器3的电源端、增益放大器4的电源端、滤波电路5的电源端和处理器8的电源端。。

由壬式压力传感器1的电流输出信号通过电阻2转换为电压信号，同时提高其测量精度和稳定性，电压信号通过选择器3对其通道进行选取，增益放大器4和滤波器5对信号进行放大、滤波处理，处理后的信号通过模数转换器6转化为数字信号，高速处理器8对转化后的数据进行处理和采样，处理后的数字信号通过RJ-45以太网接口9和POE交换机10至上位机电脑11进行实时显示和储存，其中POE交换机10为由壬式压力传感器1、选择器3、增益放大器4、滤波电路5、模数转换器6、处理器8和RJ-45以太网接口进行供电，保障系统正常运行，本发明采用先进的数据处理技术，实现压力传感器900点/s的稳定采样速率，实现压裂施工过程中破裂压力、停泵压力、地层闭合压力等特征压力点的准确采集，有助于对重要压力变化点的精确记录，提高压后效果评价的准确性，提升压力施工精细化水平，适用于目前各类压裂施工过程中的压力监测。

实施例3：

还包括看门狗7和闪存12，看门狗7和闪存12均连接处理器8。看门狗7和闪存12可以在出现意外时将系统重新启动，并对高频采样数据进行零时存储，使得系统更加稳定可靠。

所述电阻2为高灵敏度电阻，电阻2的灵敏度为1/20000以下。由壬式压力传感器1的电流输出信号通过高灵敏度电阻2转换为电压信号，同时提高其测量精度和稳定性。

所述由壬式压力传感器1、电阻2、选择器3、增益放大器4、滤波电路5、模数转换器6、处理器8均采用防爆设计。采用防爆设计，安全性能达到相关要求。

所述电阻2、选择器3、增益放大器4、滤波电路5、模数转换器6、处理器8、以太网接口9、POE交换机10、看门狗7和闪存12均采用连接盒进行封装。采用定制连接盒进行封装，满足压裂现场各类环境工况的要求。

所述选择器3为多路选择器。多路选择器实现多只压力传感器的同步高频采样工作，适合于多个压力同时监测的环境，多只传感器同时监测过程中，采样频率不低于200点/s。

所述滤波电路5为抗混叠滤波电路。抗混叠滤波电路5对信号进行滤波处理，可更好的提高信号稳定性，避免外界工况对信号的干扰。

所述以太网接口9为RJ-45以太网接口。本发明中的通信采用RJ-45通信协议，可以避免工业现场信号对微控制器通讯接口的影响，并具有ESD、过压、过流保护等功能。

所述增益放大器4为可编程增益放大器。可编程增益放大器4对输入信号进行放大处理。可编程增益放大器是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据需要用程序进行控制，采用这种放大器，可通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。

本发明的增益放大器4、滤波电路5、模数转换器6、处理器8均为现有技术，在此不做详细介绍。

实施例4：

本发明的由壬式压力传感器高频采样装置的具体应用方式为：

1)在施工作业前，打开POE交换机10的电源，为装置供电；

2)由壬式压力传感器1开始对施工压力进行监测；

3)电阻2将由壬式压力传感器1的电流信号转换为电压信号，同时提高信号的精度；

4)电压信号通过选择器3对数据通道进行自动选取和处理；

5)增益放大器4对选择器3的输出信号进行放大处理；

6)滤波电路5对增益放大器4放大后的输出信号进行滤波处理，提高信号稳定性，避免外界工况对信号的干扰；

7)模数转换器6将滤波电路5的输出模拟信号转换为数字信号；

8)处理器8对模数转换器6输出的数字信号进行高频采样并将采样后的数据零时存储在看门狗7及闪存12内；

9)以太网接口9对处理8处理后的数据进行传输；

10)传输的数据通过POE交换机10在上位机电脑11里的采集软件中显示和储存；

12)看门狗7及闪存12在出现意外时将系统重新启动，提高作业稳定性；

13)施工结束后，关闭POE交换机10，结束作业。

本发明采用先进的数据处理技术，实现压力传感器900点/s的稳定采样速率，实现压裂施工过程中破裂压力、停泵压力、地层闭合压力等特征压力点的准确采集，适用于目前各类压裂施工过程中的压力监测。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构及电路均属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (9)

1.一种由壬式压力传感器高频采样装置，其特征在于：包括由壬式压力传感器(1)、电阻(2)、选择器(3)、增益放大器(4)、滤波电路(5)、模数转换器(6)、处理器(8)、以太网接口(9)、POE交换机(10)和上位机电脑(11)，由壬式压力传感器(1)的输出端依次电连接电阻(2)和选择器(3)的输入端、选择器(3)的输出端电连接增益放大器(4)的输入端，增益放大器(4)的输出端电连接滤波电路(5)的输入端，滤波电路(5)的输出端依次电连接模数转换器(6)和处理器(8)的输入端、处理器(8)的输出端依次电连接以太网接口(9)和POE交换机(10)的输入端，POE交换机(10)的输出端电连接上位机电脑(11)，POE交换机(10)的电源端分别电连接由壬式压力传感器(1)的电源端、选择器(3)的电源端、增益放大器(4)的电源端、滤波电路(5)的电源端和处理器(8)的电源端。

2.如权利要求1所述的由壬式压力传感器高频采样装置，其特征在于：还包括看门狗(7)和闪存(12)，看门狗(7)和闪存(12)均连接处理器(8)。

3.如权利要求2所述的由壬式压力传感器高频采样装置，其特征在于：所述电阻(2)为高灵敏度电阻，电阻(2)的灵敏度为1/20000以下。

4.如权利要求3所述的由壬式压力传感器高频采样装置，其特征在于：所述由壬式压力传感器(1)、电阻(2)、选择器(3)、增益放大器(4)、滤波电路(5)、模数转换器(6)、处理器(8)均采用防爆设计。

5.如权利要求4所述的由壬式压力传感器高频采样装置，其特征在于：所述电阻(2)、选择器(3)、增益放大器(4)、滤波电路(5)、模数转换器(6)、处理器(8)、以太网接口(9)、POE交换机(10)、看门狗(7)和闪存(12)均采用连接盒进行封装。

6.如权利要求5所述的由壬式压力传感器高频采样装置，其特征在于：所述选择器(3)为多路选择器。

7.如权利要求6所述的由壬式压力传感器高频采样装置，其特征在于：所述滤波电路(5)为抗混叠滤波电路。

8.如权利要求7所述的由壬式压力传感器高频采样装置，其特征在于：所述以太网接口(9)为RJ-45以太网接口。

9.如权利要求8所述的由壬式压力传感器高频采样装置，其特征在于：所述增益放大器(4)为可编程增益放大器。

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