CN110939437A

CN110939437A - 一种井下数据采集装置及系统

Info

Publication number: CN110939437A
Application number: CN201911294393.0A
Authority: CN
Inventors: 康继平; 李江; 陈阳; 朱小毅; 薛兵; 庄灿涛; 陈全胜
Original assignee: Beijing Gangzhen Science And Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Gangzhen Science And Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2020-03-31

Abstract

本发明提供一种井下数据采集装置及系统，装置包括用于将至少一种数据测量仪器采集的模拟信号转换为数字信号的至少一个模数转换单元，用于对数字信号进行加标识处理以得到标识数字信号的第一处理单元，用于按照预定的协议对所述标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号的第二处理单元。本发明实施例的井下数据采集装置，能够实现多种数据测量仪器的统一采集、处理及传输，标准化数据采集、处理、传输，具有较强的通用性，适用范围广泛。

Description

一种井下数据采集装置及系统

技术领域

本发明涉及井下观测技术领域，尤其涉及一种井下数据采集装置及系统。

背景技术

在井下观测系统中，一般于深井内布设地震计、地磁仪、应变传感器等多种数据测量仪器，各种数据测量仪器测量的数据分别由对应的数据采集装置采集，分别传输至地面上的上位机进行数据处理，实现井下观测。由于各种数据测量仪器采集的数据类型不同，集成多种数据测量仪器实现多种观测是一个技术难点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种井下数据采集装置及系统，能够实现多种数据测量仪器的数据采集、传输，适用范围广泛，通用性强。

基于上述目的，本发明提供了一种井下数据采集装置，包括：

至少一个模数转换单元，用于将至少一种数据测量仪器采集的模拟信号转换为数字信号；

第一处理单元，用于对所述数字信号进行加标识处理，得到标识数字信号；

第二处理单元，用于按照预定的协议对所述标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号。

可选的，所述第一处理单元，还用于对所述标识数字信号进行时间标记处理，得到具有时间标记的标识数字信号集；

所述第二处理单元，用于根据所述具有时间标记的标识数字信号集，确定所述标识数字信号集中每个标识数字信号的时间点，按照预定的协议对确定时间点的标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号。

可选的，所述第一处理单元，用于对所述标识数字信号进行整秒时间标记处理，得到具有整秒时间标记的标识数字信号集；

所述第二处理单元，用于根据所述具有整秒时间标记的标识数字信号集，按照采集顺序确定所述标识数字信号集中每个标识数字信号的时间点，按照预定的协议对确定时间点的标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号。

可选的，所述第二处理单元，用于对所述确定时间点的标识数字信号进行滤波处理，按照预定的协议对滤波处理后的标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号。

可选的，所述第二处理单元，还用于接收用于控制所述数据测量仪器的控制指令，并将所述控制指令发送至相应的数据测量仪器，以使相应的数据测量仪器按照所述控制指令执行相应的动作。

可选的，所述数据测量仪器为具有三分向摆体的地震计，所述控制指令包括用于控制所述三分向摆体中的至少一个开摆和/或锁摆和/或调平的指令。

可选的，所述第二处理单元，还用于接收用于配置所述数据测量仪器的配置信息，并将所述配置信息发送至相应的数据测量仪器，以使相应的数据测量仪器按照所述配置信息进行相应的配置。

可选的，所述第二处理单元，还用于接收所述数据测量仪器的状态信息，按照预定的协议进行封装处理，发送封装处理后的状态信息。

可选的，所述预定的协议为CAD-FD协议。

本发明实施例还提供一种井下数据采集系统，包括地面终端和至少一个所述井下数据采集装置，所述地面终端与所述至少一个井下数据采集装置通过预定的协议通信。

从上面所述可以看出，本发明提供的井下数据采集装置及系统，装置包括用于将至少一种数据测量仪器采集的模拟信号转换为数字信号的至少一个模数转换单元，用于对数字信号进行加标识处理以得到标识数字信号的第一处理单元，用于按照预定的协议对所述标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号的第二处理单元。本发明实施例的井下数据采集装置，能够实现多种数据测量仪器的统一采集、处理及传输，标准化数据采集、处理、传输，具有较强的通用性，适用范围广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的装置结构框图；

图2为本发明实施例的第一处理单元的结构框图；

图3为本发明实施例的系统结构框图；

图4为本发明实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

图1为本发明实施例的装置结构框图。如图所示，本发明实施例提供的井下数据采集装置，包括：

第一处理单元，用于对数字信号进行加标识处理，得到标识数字信号；

第二处理单元，用于按照预定的协议对标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号。

本发明实施例中，可利用多个模数转换单元分别对多个数据测量仪器采集的模拟信号进行模数转换处理，得到各数据测量仪器对应的数字信号，也可以利用一个具有多数据通道的模数转换单元分别对多个数据测量仪器采集的模拟信号进行模数转换处理，得到各数据测量仪器对应的数字信号；之后，利用第一处理单元对各数据测量仪器的数字信号进行加标识处理，得到各数据测量仪器的标识数字信号，该标识数字信号能够区分出哪一种数据测量仪器的数字信号；然后，利用第二处理单元对标识数字信号按照预定的协议进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号，接收标识数字信号的终端获取封装的标识数字信号，按照预定的协议解析得到多个数据测量仪器采集的数据。本发明实施例的井下数据采集装置能够实现多种数据测量仪器的统一采集与传输，实现井下数据采集、传输的标准化，具有通用性，适用性广泛。

本实施例中，部署于井下的数据测量仪器包括但不限于地震计、地磁仪、陀螺仪、应变传感器、水位传感器、压力传感器、温湿度传感器等传感器中的一种或多种，本发明不做具体限定。

于一些实施例中，考虑到有些数据测量仪器所采集的数据需要具有精确的采集时间(例如地震计采集的振动数据)，所以，还需要对获取的数据进行时间标记处理，所述井下数据采集装置包括：

第一处理单元，用于对标识数字信号进行时间标记处理，得到具有时间标记的标识数字信号集；

第二处理单元，用于根据具有时间标记的标识数字信号集，确定标识数字信号集中每个标识数字信号的时间点，按照预定的协议对确定时间点的标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号。

本实施例中，对数字信号进行加标识处理后，得到标识数字信号之后，就能够根据标识数字信号区分出数字信号是哪个数据测量仪器所采集的，在标识数字信号基础上，对标识数字信号进行时间标记处理，得到具有时间标记的标识数字信号集；将具有时间标记的标识数字信号集封装后发送出去，接收标识数字信号集的终端解析得到具有时间属性的数据，可以获知标识数字信号集的采集时间，后续可按照时间信息对采集的数据进行进一步处理，能够保证数据采集与时间的同步。

于一些实施例中，可根据模数转换器的采样率和时间标记，确定标识数字信号集中每个标识数字信号的时间点。所述井下数据采集装置包括：

第一处理单元，用于对标识数字信号进行整秒时间标记处理，得到具有整秒时间标记的标识数字信号集；

第二处理单元，用于根据具有整秒时间标记的标识数字信号集，按照采集顺序确定标识数字信号集中每个标识数字信号的时间点，按照预定的协议对确定时间点的标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号。

本实施例中，对标识数字信号进行整秒时间标记处理，即当到达整秒钟时，在标识数字信号中插入整秒时间标记，得到具有整秒时间标记的标识数字信号集，标识数字信号集中的数字信号量可根据模数转换器的采样率确定。例如，模数转换器的采样率为2000，即每秒中可采样得到2000个数字信号，2000个数字信号经加标识处理后，成为2000个标识数字信号，若采用整秒时间标记处理，则每2000个标识数字信号插入整秒时间标记，插入了整秒时间标记的2000个标识数字信号构成具有整秒时间标记的标识数字信号集。

第二处理单元在具有整秒时间标记的标识数字信号集的基础上，根据整秒时间标记和标识数字信号集中的标识数字信号量，即可得到标识数字信号集中的每个标识数字信号的时间点，之后，将确定时间点的标识数字信号按照预定的协议封装并发送，能够实现所采集的每个数据点与时间的同步。例如，若标识数字信号集中有2000个标识数字信号，且2000个标识数字信号按照采集时间排列，整秒时间标记为2018年10月15日12:00，则第1个标识数字信号的时间点为2018年10月15日12:00，第2个标识数字信号的时间点为2018年10月15日12:00.0005，……，第2000个标识数字信号的时间点为2018年10月15日12:00.9995。

一种实施方式中，第二处理单元从接收到整秒时间标记开始存储标识数字信号集，并根据标识数字信号集计算其中的每个标识数字信号的时间点。

为保证时间标记的计时精度，第二处理单元与授时模块相连接，用于获取标准的时间信号，并根据标准的时间信号校准本地时钟，以得到精确的时间标记。可选的，授时模块可以是GPS授时模块、北斗授时模块等可提供精确时间信号的模块。

一些方式中，可利用授时模块提供的IRIG-B时间码，结合调钟算法校准本地时间，使得校准后的时钟精度小于10μs，能够保持本地时间与通用协调时间(UTC，UniversalTime Coordinated)的一致性。可选的，当调钟算法检测时间误差大于一定的时间阈值时，第一处理单元向第二处理单元发送重调指令，重调指令例如是清计时器的指令。

本发明实施例中，为得到所需要的信号，还需要对数字信号进行滤波处理，所述井下数据采集装置还包括：

第二处理单元，用于对确定时间点的标识数字信号进行滤波处理，按照预定的协议对滤波处理后的标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号。

本实施例中，对所有已经确定时间点的标识数字信号进行滤波处理，滤波处理后的标识数字信号仍然具有确定的时间点信息。可选的，若数据测量仪器为地震计，滤波处理可以是采样率为500Hz/200Hz的最小相位和线性相位滤波处理，能够保证振动信号的精度。

如图1所示，本发明实施例提供的井下数据采集装置，不仅能够实现数据测量仪器的数据采集，还能够实现对数据测量仪器的监测与控制。

本实施例中，第二处理单元用于接收用于控制数据测量仪器的控制指令，并将控制指令发送至相应的数据测量仪器，以使相应的数据测量仪器按照控制指令执行相应的动作。

于一种实现方式中，井下数据采集装置与地面上的地面终端相连接，一方面，将获取数据测量仪器采集的数据，对数据进行、模数转换、加标记、加时间标记等处理之后，统一传输至地面终端，由地面终端进行进一步的处理；另一方面，地面终端可通过井下数据采集装置向数据测量仪器发送控制指令，实现对数据测量仪器的远程控制，可选的，控制指令包括但不限于状态查询指令、执行某种动作的指令、标定指令等。

可选的，若数据测量仪器为具有三分向摆体的地震计，地面终端可远程控制地震计的三个摆体中的至少一个执行开摆和/或锁摆和/或调平动作，十分方便。

进一步的，第二处理单元还用于接收用于配置数据测量仪器的配置信息，并将配置信息发送至相应的数据测量仪器，以使相应的数据测量仪器按照配置信息进行相应的配置。

一种方式中，地面终端还可通过井下数据采集装置向数据测量仪器发送配置信息，数据测量仪器根据接收的配置信息进行相应的配置。可选的，数据测量仪器的配置信息包括但不限于数据传输速率、采样速率、时间等参数。

本实施例中，第二处理单元还用于接收数据测量仪器的状态信息，按照预定的协议进行封装处理，发送封装处理后的状态信息。

一种方式中，数据测量仪器可定时或是根据所接收的控制指令通过井下数据采集装置向地面终端发送自身的状态信息，以便于地面终端对数据测量仪器的状态监测。可选的，状态信息包括但不限于名称、型号、端口号、当前状态等，对于地震计，当前状态可以包括摆体的开摆或锁摆状态、零位状态、标定状态等等。

本发明实施例中，所述模数转换单元可采用高精度模数转换器件，例如，若数据测量仪器为地震计等精密仪器，模数转换单元可使用超高分辨率Σ-ΔADC器件。

如图2所示，在一种实施方式中，可采用六通道的模数转换单元，采集两个地震计的振动信号。具体是，每个地震计包括垂直向、东西向、南北向共三个摆体，每个摆体输出一路振动信号，能够输出三路振动信号，两个地震计输出六路振动信号，六路振动信号经模数转换单元转换为六路数字信号，六路数字信号并行对应输入第一处理单元的六个移位寄存器，六个移位寄存器输出的六路数字信号分别进行加标识处理，得到六路具有不同标识的标识数字信号(例如，具有第一个地震计的垂直向摆体标识的标识数字信号，具有第一个地震计的东西向摆体标识的标识数字信号，具有第一个地震计的南北向摆体标识的标识数字信号，具有第二个地震计的垂直向摆体标识的标识数字信号，具有第二个地震计的东西向摆体标识的标识数字信号，具有第二个地震计的南北向摆体标识的标识数字信号)；之后，对标识数字信号进行时间标记处理，得到具有时间标记的标识数字信号集，然后将具有时间标记的标识数字信号集传输至第二处理单元。第二处理单元根据具有时间标记的标识数字信号集，确定出标识数字信号集中每个标识数字信号的时间点，并进行滤波处理，将滤波处理后的标识数字信号按照预定的协议封装、发送。地面终端接收第二处理单元发送的封装数据，按照预定的协议进行解析，得到具有时间属性和数据测量仪器标识的标识数字信号，使得地面终端能够根据标识数字信号按照数据测量仪器的类型和/或按照时间顺序进行进一步的处理。本发明实施例的井下数据采集装置，实现了多种数据测量仪器的统一采集、处理及传输，实现了标准化数据采集、处理、传输，具有较强的通用性，扩展了数据采集装置的适用范围。

本发明实施例的另一个方面，提供一种井下数据采集系统，包括地面终端及至少一个井下数据采集装置。如图3所示，各井下数据采集装置与地面终端通过预定的协议建立数据通信，能够实现分布式的井下数据采集装置的井下数据采集。

本实施例中，所述预定的协议可以采用CAN-FD协议，井下数据采集装置和地面终端预先确定协议的数据包格式。井下数据采集装置向地面终端发送的数据采用CAN-FD协议进行封装，相应的，地面终端按照CAN-FD协议对接收的数据包进行解析。一种方式中，封装的数据包包括用于标识数据测量仪器的标识信息的标识编号，用于标识数据测量仪器的类型的类型编号，用于标识时间标记的时间码，用于标识数据包为数据帧或是参数帧(例如，控制指令、状态信息等)的帧标志，帧长度、数据段、校验和等等字段。

表1

图4示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种井下数据采集装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第一处理单元，还用于对所述标识数字信号进行时间标记处理，得到具有时间标记的标识数字信号集；

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述第一处理单元，用于对所述标识数字信号进行整秒时间标记处理，得到具有整秒时间标记的标识数字信号集；

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述第二处理单元，用于对所述确定时间点的标识数字信号进行滤波处理，按照预定的协议对滤波处理后的标识数字信号进行封装处理，发送封装处理后的标识数字信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第二处理单元，还用于接收用于控制所述数据测量仪器的控制指令，并将所述控制指令发送至相应的数据测量仪器，以使相应的数据测量仪器按照所述控制指令执行相应的动作。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据测量仪器为具有三分向摆体的地震计，所述控制指令包括用于控制所述三分向摆体中的至少一个开摆和/或锁摆和/或调平的指令。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第二处理单元，还用于接收用于配置所述数据测量仪器的配置信息，并将所述配置信息发送至相应的数据测量仪器，以使相应的数据测量仪器按照所述配置信息进行相应的配置。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第二处理单元，还用于接收所述数据测量仪器的状态信息，按照预定的协议进行封装处理，发送封装处理后的状态信息。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定的协议为CAD-FD协议。

10.一种井下数据采集系统，其特征在于，包括地面终端和至少一个如权利要求1-9中任意一项所述的井下数据采集装置，所述地面终端与所述至少一个井下数据采集装置通过预定的协议通信。