CN117233862A - 录井仪器数据采集信号校准系统、方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于计量校准技术领域，具体涉及了一种录井仪器数据采集信号校准系统、方法和设备，旨在解决现有的探测信号校准方法人工干预程度高，操作繁琐，智能程度低，费时费力的问题。本发明包括：实时采集录井仪器测量信号；基于所述测量信号，计算测量信号与标准参照信号的相对误差，当所述相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定数据采集信号为异常信号；基于异常信号，搜索设备异常区域，对所述设备异常区域进行设备维护直至所述相对误差小于预设的误差阈值，录井仪器正常采集信号。本发明能够实时获取校准信号输出以及测量信号的输出，可进行录井仪器的出厂校准及周期校准，提供仪器的准确性，具可溯源性及可传递性。
Description
技术领域
本发明属于计量技术领域，具体涉及了一种录井仪器数据采集信号校准系统、方法和设备。
背景技术
目前计量技术在飞速发展，但在国内外录井数据采集信号智能校准系统、方法及装置方面，针对石油录井仪软硬件通道信号校准方法及装置少之又少，方法单一，无法为施工作业提供保证。虽然可以大概判断通道是否有信号，比较直观；但是人工干预程度高，操作繁琐，智能程度低，费时费力，不适用目前快速发展的石油录井装备的智能快速检测。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即现有的探测任务中采集信号的校准方法人工干预程度高，操作繁琐，智能程度低，费时费力的问题，本发明提供了一种录井仪器数据采集信号校准系统，所述系统包括：
所述信号采集模块，配置为实时采集录井仪器测量信号；
所述异常检测模块，配置为基于所述测量信号，计算测量信号与标准参照信号的相对误差，当所述相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定原始信号为异常信号；
所述仪器维护模块，配置为基于异常信号，搜索设备异常区域，对所述设备异常区域进行设备维护直至所述相对误差小于预设的误差阈值，录井仪器正常采集信号。
在一些优选的实施方式中，所述异常检测模块，包括：设备自检单元、通道检测单元和传感器检测单元；
所述设备自检单元，配置为预先通过设置在装置内的信号发生电路获取录井仪器整体的标准参照信号；将信号发生电路连接至信号检测板，计算录井仪器整体的测量信号与标准参照信号的相对误差，若存在信号发生电路产生的信号预信号检测板信号数不一致，或相对误差大于预设的误差阈值，则判定存在异常信号；
所述设备自检单元，配置为预先通过设置在装置内的信号发生电路获取录井仪器整体的标准参照信号；将信号发生电路连接至信号检测板，计算录井仪器整体的测量信号与标准参照信号的相对误差，若存在信号发生电路产生的信号预信号检测板信号数不一致，或相对误差大于预设的误差阈值，则判定存在异常信号；所述通道检测单元，配置为预先通过设置在装置内的信号发生电路获取单通道标准参照信号；将输出区的总线连接至录井仪器，将单个通道的测量信号与对应的标准信号进行误差分析，获得相对误差；
当相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定该单个通道的数据采集信号为异常信号，生成异常信号报告；
所述传感器检测单元，配置为通过转动绞车，用金属片接触泵冲传感器或对传感器施加模拟量进而改变传感器的输出信号，计算传感器的输出信号与标准参照信号的相对误差，若存在相对误差大于预设的误差阈值，则判定传感器信号为异常信号。
在一些优选的实施方式中，所述搜索设备异常区域，包括：
基于所述异常信号，检测对应的信号发生电路产生的所有单个通道信号的数据采集信号是否为异常信号，若数据采集信号为异常信号，则设定为信号发生电路为设备异常区域，否则判断为信号发生电路正常；
若信号发生电路正常，逐个检测对应通道上各个节点的节点信号是否为标准参照信号，搜索异常信号所在异常区域。
在一些优选的实施方式中，所述逐个检测对应通道上各个节点的节点信号是否为标准参照信号，具体为，对于各个节点的测量信号，将输出区的总线连接到综合录井仪上，若存在某一节点的测量信号为异常信号，则该节点对应的区域为设备异常区域。
在一些优选的实施方式中，所述对于各个节点的测量信号，可通过手动进行单通道信号发生电路触发的方式确认设备异常区域。
在一些优选的实施方式中，所述计算测量信号与标准参照信号的相对误差L相，具体为：
其中，L相表示相对误差，E测表示测量信号，E标表示标准参照信号，ξ表示干扰系数。
在一些优选的实施方式中，所述标准参照信号，包括测量的模拟信号、数字信号、无源信号、电压信号。
本发明的另一方面，提出了一种录井仪器数据采集信号校准方法，包括：
实时采集录井仪器测量信号；
基于所述测量信号，计算测量信号与标准参照信号的相对误差，当所述相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定原始数据采集信号为异常信号；
基于异常信号，搜索设备异常区域，对所述设备异常区域进行设备维护直至所述相对误差小于预设的误差阈值，录井仪器正常采集信号。
本发明的第三方面，提出了一种录井仪器数据采集信号校准设备，包括：
嵌入式计算机，用于判断录井仪器内的信号发生电路工作是否正常；
信号发生电路，用于生成初始信号，采集电路通过相对应的模块、相对应的通道和相对应的采集电路板获得测量信号；
人机交互界界面，用于输入控制指令；
数据采集板卡，用于采集测量信号。
在一些优选的实施方式中，所述信号发生电路，采用RS485接口与数据采集板连接；
信号发生电路还可用于模拟信号发生源、泵冲信号发生源、转盘信号发生源、绞车信号发生源、无源信号发生源。
本发明的有益效果：
(1)本发明提出的录井仪器数据采集信号校准系统、方法和设备，能够实时获取校准信号输出以及测量信号的输出，可进行录井仪器的出厂校准及周期校准，提供准确性的仪器，具可溯源性及可传递性。
(2)本发明提出的录井仪器数据采集信号校准系统、方法和设备能够实时获得仪器的数据采集通道信号，了解仪器硬件的特性，得到相应的数据，进行数据分析判断，建立数据模型，最终形成设定格式的报告模板实现校准自动化，是一个自诊断、自校准、单一通道校准，自动形成报告输出的过程。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明实施例中一种录井仪器数据采集信号校准系统和方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中数据采集板卡的结示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明提供一种录井仪器数据采集信号校准系统，本系统提出一种能够实时获取校准信号输出以及测量信号的输出，可进行录井仪器的出厂校准及周期校准，提供仪器的准确性，具可溯源性及可传递性。
本发明的一种录井仪器数据采集信号校准系统，包括：信号采集模块、异常检测模块和仪器维护模块；
所述信号采集模块，配置为实时采集录井仪器测量信号；
所述异常检测模块，配置为基于所述测量信号，计算测量信号与标准参照信号的相对误差，当所述相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定数据采集信号为异常信号；
所述仪器维护模块，配置为基于异常信号，搜索设备异常区域，对所述设备异常区域进行设备维护直至所述相对误差小于预设的误差阈值，录井仪器正常采集信号。
为了更清晰地对本发明系统进行说明，下面结合图1对本发明实施例中各功能模块展开详述。
本发明第一实施例的录井仪器数据采集信号校准系统，包括：信号采集模块、异常检测模块和仪器维护模块；
所述信号采集模块，配置为实时采集录井仪器测量信号；在本实施例中，可通过无线传输的方式将各通道对应的标准参照信号传输至对应的通道或节点对应的传感器，在传感器端直接进行异常检测，若出现异常信号则回传警告信号；在无线传输中，采用SRWF-1028无线传输通信模块实现，可适应任何标准或非标准的用户协议；并采用4800bps，AT-1天线实现远处距传输，抗干扰能力强；发射电流350～500mA,接收电流32～38mA以实现低功耗的效果；模块可工作在403/433/470/868/915MHz；提供8个可选信道,用户可根据需要设置信道，如有需要可扩充信道；有三种接口方式，TTL,232和485接口；多种接口波特率,数据格式可选为7E1,8N1,7E2,8E1,8O1,9N1；温度：-40℃-80℃；工作电压：4.5V-5.5V；供电电流：1A无瞬间工作电流必须〉1A；工作湿度：10％-90％相对湿度，无冷凝；技术指标参数备注；调制方式GFSK/FSK；工作频率403MHz/433MHz/470MHz/868MHz/915MHz；
所述异常检测模块，配置为基于所述测量信号，计算测量信号与标准参照信号的相对误差，当所述相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定数据采集信号为异常信号；
在本实施例中，所述标准参照信号，包括测量的模拟信号、数字信号、无源信号和电压信号。
在本实施例中，所述异常检测模块，包括：设备自检单元、通道检测单元和传感器检测单元；
所述设备自检单元，配置为预先通过设置在装置内的信号发生电路获取录井仪器整体的标准参照信号；将信号发生电路连接至信号检测板，计算录井仪器整体的测量信号与标准参照信号的相对误差，若存在信号发生电路产生的信号预信号检测板信号数不一致，或相对误差大于预设的误差阈值，则判定存在异常信号；
本实施例采用的信号发生电路的输出是4～20ma信号的理论值，即标准参照信号；标准参照信号包括模拟信号和脉冲信号；该信号通过具有计量的可传递性及可溯源性的标准计量器具校准，符合计量特性，向上可追溯，向下可传递；
所述通道检测单元，配置为预先通过设置在装置内的信号发生电路获取单通道标准参照信号；将输出区的总线连接至综合录井仪，将单个通道的测量信号与对应的标准信号进行误差分析，获得相对误差；
当相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定该单个通道的数据采集信号为异常信号，生成异常信号报告；
所述传感器检测单元，配置为通过转动绞车，用金属片接触泵冲传感器或对传感器施加模拟量进而改变传感器的输出信号，计算传感器的输出信号与标准参照信号的相对误差，若存在相对误差大于预设的误差阈值，则判定传感器信号为异常信号。
在本实施例中，所述计算测量信号与标准参照信号的相对误差L相，具体为：
其中，L相表示相对误差，E测表示测量信号，E标表示标准参照信号，ξ表示干扰系数。
当相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定该单个通道的数据采集信号为异常信号，生成异常信号报告。优选误差接收阈值设定为±0.3％。
所述仪器维护模块，配置为基于异常信号，搜索设备异常区域，对所述设备异常区域进行设备维护直至所述相对误差小于预设的误差阈值，录井仪器正常采集信号。
预先通过软件编程的方法将各通道的名称、对应的信号标准值存储，将测量值与标准值进行计算，如果检测到异常，软件会在检测时自动提示相应的异常通道，并显示异常参数，需要人为查找信号输入至采集信号件的异常，是某个硬件或模块灵位或增益调节不到位的原因，还是相应的信号处理不平稳的问题，若有需要则重新调试或更换相应的元器件，直至所述相对误差小于预设的误差阈值，录井仪器正常采集信号。
在本实施例中，所述搜索设备异常区域，包括：
基于所述异常信号，检测对应的信号发生电路产生的所有单个通道信号的数据采集信号是否为异常信号，若数据采集信号为异常信号，则设定为信号发生电路为设备异常区域，否则判断为信号发生电路正常；
若信号发生电路正常，逐个检测对应通道上各个节点的节点信号是否为标准参照信号，搜索异常信号所在异常区域。
在本实施例中，所述逐个检测对应通道上各个节点的节点信号是否为标准参照信号，具体为，对于各个节点的测量信号，将输出区的总线连接到综合录井仪上，若存在某一节点的测量信号为异常信号，则该节点对应的区域为设备异常区域。
在本实施例中，还包括通过异常信号的类型判断故障类型，具体为：选取异常信号所在的异常通道，当异常通道中的测量信号为0时，判断所述异常通道为断路；当异常通道中的测量信号为无穷时，判断异常通道为通道模块故障或满度偏差；当异常通道中的测量信号为预设的基值小幅度波动，判断异常通道存在零位偏差。
在本实施例中，根据历史的测量信号，构建异常信号-故障类型库，在所述异常信号-故障类型库中，针对每种探测任务设置对应的故障排除优先级，当正在执行某一任务时，若同时出现多个异常信号，则根据异常信号对应的故障排除优先级进行设备维护。比如，设定深度系统中，绞车传感器、大钩负荷传感器的信道设置为高优先级；若故障排除优先级较低，可以进行选择性维护，在不影响主要任务的情况下，暂不对其进行处理。
在本实施例中，所述对于各个节点的测量信号，可通过手动进行单通道信号发生电路触发的方式确认设备异常区域。通过测量单个节点的测量信号是否为异常信号确认设备异常区域，对设备异常区域对应的通道和电路进行调校。
在本实施例中，可通过软件同时模拟出绞车、泵冲和模拟量信号触发传感器的测量，可通过单独或将所有通道进行排列组合的方式进行检测；
所述将所有通道进行排列组合的方式进行检测，具体包括：
将所有的通道划分为不同的大组；所述大组可根据传感器的分布或波形相关性进行分组；
从不同的大组中进行任意2通道或多通道的排列组合获取小组；
当出现异常信号时，逐个通过手动或通过模拟信号进行小组道信号触发的方式确认设备异常区域。
通过分小组单独进行信号触发的方式，可实现针对某一区域的主动检测，降低逐个通道检测的资源消耗。
本发明第二实施例的录井仪器数据采集信号校准方法，包括：
实时采集录井仪器测量信号；
基于所述测量信号，计算测量信号与标准参照信号的相对误差，当所述相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定数据采集信号为异常信号；
基于异常信号，搜索设备异常区域，对所述设备异常区域进行设备维护直至所述相对误差小于预设的误差阈值，录井仪器正常采集信号。本发明第三实施例的一种录井仪器数据采集信号校准设备，包括：
嵌入式计算机，用于判断录井仪器内的信号发生电路工作是否正常；
信号发生电路，用于生成初始信号，采集电路通过相对应的模块、相对应的通道和相对应的采集电路板获得测量信号；
在本实施例中，所述信号发生电路，采用RS485接口与数据采集板连接；信号发生电路还包括主控芯片、模数芯片和信号发生板；
主控芯片可能包含内核，存储器，时钟、复位和电源管理，12通道DMA控制器，2通道12位D/A转换器，通信接口。通过至少一个通信接口实现该系统与其他网元之间的通信连接。主控芯片可通过高精度的终端计算器产生规则的脉冲信号，主控芯片使用PWM技术对一系列脉冲的宽度进行调制，等效输出所需要的波形，对脉冲信号的宽度进行调制，等效出所需要的波形对脉冲信号电平进行数字编码，通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化。所述信号发生电路与嵌入式计算机中的程序建立关联，得到触发的标准信号。
信号发生电路还可用于模拟信号发生源、泵冲信号发生源、转盘信号发生源、绞车信号发生源、无源信号发生源。
人机交互界界面，用于输入控制指令；
数据采集板卡，用于采集测量信号。如图2所示，数据采集板卡用于采集2路绞车传感器、4路转速传感器和32路模拟量传感器的数据，有2路继电器输出，4路数字量输入，数据接口采用485通信口、网口、CAN和无线发射口。可以直接接传感器，而无需使用各种隔离栅，并且电路具有防短路，数字电路具有近3500V的隔离。从而确保仪器房与外部线路的隔离。采集板采用单一电源供给，由采集板进行电源的分配，所接传感器无需外部电源支持。本采集板绞车传感器可接接近开关型，磁敏型等油田常用绞车传感器，无需额外转换模块；也可以接光电编码器，可支持分辨率高达2048；同时采集板采用了4倍倍频技术，使的采集精度更高。转速传感器可选倍加福接近开关、图尔克接近开关型等类型传感器。采集电路经过专门处理，可以保证在强干扰下，转速采集的稳定，无毛刺。模拟量采集可达32道，其中8个通道可自由选择为电流型数据采集或电压型数据采集。电流型可采集4-20ma，电压可采集0-10V，这样，用此采集板可以直接采集电动钻机顶驱相关信号。同时此采集板做好了所有传感器短路保护、静电和脉冲浪涌保护、信号过压过流保护，达到某一路传感器短路不会对其它采集通道造成影响。多样化的数据接口，485，网络，无线，CAN，使得板子的适用范围更广，减少了采集系统的经济成本。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种录井仪器数据采集信号校准系统，其特征在于，所述系统包括：信号采集模块、异常检测模块和仪器维护模块；
所述信号采集模块，配置为实时采集录井仪器测量信号；
所述异常检测模块，配置为基于所述测量信号，计算测量信号与标准参照信号的相对误差，当所述相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定数据采集信号为异常信号；
所述仪器维护模块，配置为基于异常信号，搜索设备异常区域，对所述设备异常区域进行设备维护直至所述相对误差小于预设的误差阈值，录井仪器正常采集信号。
2.根据权利要求1所述的录井仪器数据采集信号校准系统，其特征在于，所述异常检测模块，包括：设备自检单元、通道检测单元和传感器检测单元；
所述设备自检单元，配置为预先通过设置在装置内的信号发生电路获取录井仪器整体的标准参照信号；将信号发生电路连接至信号检测板，计算录井仪器整体的测量信号与标准参照信号的相对误差，若存在信号发生电路产生的信号预信号检测板信号数不一致，或相对误差大于预设的误差阈值，则判定存在异常信号；所述通道检测单元，配置为预先通过设置在装置内的信号发生电路获取单通道标准参照信号；将输出区的总线连接至综合录井仪，将单个通道的测量信号与对应的标准信号进行误差分析，获得相对误差；
当相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定该单个通道的数据采集信号为异常信号，生成异常信号报告；
所述传感器检测单元，配置为通过转动绞车，用金属片接触泵冲传感器或对传感器施加模拟量进而改变传感器的输出信号，计算传感器的输出信号与标准参照信号的相对误差，若存在相对误差大于预设的误差阈值，则判定传感器信号为异常信号。
3.根据权利要求1所述的录井仪器数据采集信号校准系统，其特征在于，所述搜索设备异常区域，包括：
基于所述异常信号，检测对应的信号发生电路产生的所有单个通道信号的数据采集信号是否为异常信号，若数据采集信号为异常信号，则设定为信号发生电路为设备异常区域，否则判断为信号发生电路正常；
若信号发生电路正常，逐个检测对应通道上各个节点的节点信号是否为标准参照信号，搜索异常信号所在异常区域。
4.根据权利要求3所述的录井仪器数据采集信号校准系统，其特征在于，所述逐个检测对应通道上各个节点的节点信号是否为标准参照信号，具体为，对于各个节点的测量信号，将输出区的总线连接到综合录井仪上，若存在某一节点的测量信号为异常信号，则该节点对应的区域为设备异常区域。
5.根据权利要求4所述的录井仪器数据采集信号校准系统，其特征在于，所述对于各个节点的测量信号，可通过手动进行单通道信号发生电路触发的方式确认设备异常区域。
6.根据权利要求1所述的录井仪器数据采集信号校准系统，其特征在于，所述计算测量信号与标准参照信号的相对误差L相，具体为：
其中，L相表示相对误差，E测表示测量信号，E标表示标准参照信号，ξ表示干扰系数。
7.根据权利要求1所述的录井仪器数据采集信号校准系统，其特征在于，所述标准参照信号，包括测量的模拟信号、数字信号、无源信号、电压信号。
8.一种录井仪器数据采集信号校准方法，其特征在于，所述方法包括：
实时采集录井仪器测量信号；
基于所述测量信号，计算测量信号与标准参照信号的相对误差，当所述相对误差大于预设的误差接受阈值时，设定数据采集信号为异常信号；
基于异常信号，搜索设备异常区域，对所述设备异常区域进行设备维护直至所述相对误差小于预设的误差阈值，录井仪器正常采集信号。
9.一种录井仪器数据采集信号校准设备，其特征在于，所述校准设备包括：
嵌入式计算机，用于判断录井仪器内的信号发生电路工作是否正常；
信号发生电路，用于生成初始信号，经过传感器调节后获得测量信号；
人机交互界界面，用于输入控制指令；
数据采集板卡，用于采集测量信号。
10.根据权利要求9所述的录井仪器数据采集信号校准设备，其特征在于，所述信号发生电路，采用RS485接口与数据采集板连接；
信号发生电路还可用于模拟信号发生源、泵冲信号发生源、转盘信号发生源、绞车信号发生源、无源信号发生源。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117459158A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-26 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种综合录井仪信号通道测试系统及测试方法 |
| CN118503866A (zh) * | 2024-04-23 | 2024-08-16 | 江苏中科云控智能工业装备有限公司 | 基于数据分析的自动型校准设备运行状态监管系统及方法 |
-
2022
- 2022-06-08 CN CN202210645640.2A patent/CN117233862A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117459158A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-26 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种综合录井仪信号通道测试系统及测试方法 |
| CN118503866A (zh) * | 2024-04-23 | 2024-08-16 | 江苏中科云控智能工业装备有限公司 | 基于数据分析的自动型校准设备运行状态监管系统及方法 |
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