CN202325481U - 一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，信号激励电路产生4.8KHz和9.6KHz方波信号，信号激励电路对所述4.8KHz方波信号进行功率放大和耦合处理得到磁通门传感器的激励信号；磁通门传感器通过激励信号得到与环境磁场强度相对应的感应电动势；9.6KHz方波信号为信号调理电路的同步信号，信号调理电路对感应电动势进行选频放大、相敏检波和积分处理得到与环境磁场成比例的直流电压信号；将直流电压信号反馈到磁通门传感器。利用模拟开关代替信号激励电路中的分立元件组成的功率放大部分，使电路集成度更高，故障率降低；利用高性能运算放大器与模拟开关组成的信号调理电路，提高了测量精度与稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油测井领域，特别涉及一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路。
背景技术
测斜仪是石油定向钻井和测井的必备工具。在地质勘探中，为了能够确定出地层层面倾角和倾斜方位角，必须连续测量井筒的倾角和倾斜方位角以及作为参考标志的井下仪器倾角和方位角。在进行丛式钻井或水平井、救险井中，更需要知道井身轨迹和钻头位置，以调整下一步的钻进方向。因此，无论是完钻之后或是钻井过程中，高精度连续地测量井斜和方位都是十分必要的。90年代后，各大石油公司相继采用了惯性导航系统来测量井斜和方位角，以重力加速度传感器和磁通门传感器代替低转矩电位器和重力摆电位器组成新的井斜测量系统。就像确定飞机在空间姿态一样，可以准确地确定井下仪器的运动姿态。伴随着测井技术的不断进步，对各种测井仪器的集成化、可靠性等要求也不断提高。
发明人在实现本实用新型的过程中发现，现有技术中至少存在以下的缺点和不足：
目前连续测斜仪器中所用的磁通门测量电路一直延续传统电路中的分立式元件电路，不利于测井仪器的小型化、集成化，而且故障率相对较高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于提供一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，该电路实现了测井仪器的小型化、集成化，故障率相对较低，为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，所述电路包括：磁通门传感器、信号激励电路和信号调理电路，
所述信号激励电路产生4.8KHz和9.6KHz方波信号，所述信号激励电路对所述4.8KHz方波信号进行功率放大和耦合处理得到所述磁通门传感器的激励信号；所述磁通门传感器通过所述激励信号得到与环境磁场强度相对应的感应电动势；所述9.6KHz方波信号为所述信号调理电路的同步信号，所述信号调理电路对所述感应电动势进行选频放大、相敏检波和积分处理得到与环境磁场成比例的直流电压信号；同时将所述直流电压信号反馈到所述磁通门传感器。
所述信号激励电路包括：晶振、分频器、功率放大电路和变压器；
所述晶振输出频率源信号，所述分频器对所述频率源信号进行分频产生所述4.8KHz和9.6KHz方波信号，所述分频器将所述9.6KHz方波信号输出到所述信号调理电路的同步信号端；所述功率放大电路对所述4.8KHz方波信号进行功率放大，所述变压器将功率放大后的信号耦合处理得到所述磁通门传感器的激励信号。
所述功率放大电路为模拟开关ADG1436。
所述信号调理电路包括：选频放大电路、相敏检波电路、积分电路和反馈电路；
所述选频放大电路对所述环境磁场强度进行选频放大，得到二次谐波信号；所述相敏检波电路对所述二次谐波信号进行提取放大，所述积分电路将放大后的二次谐波信号转换成与环境磁场成比例的直流电压信号；所述反馈电路将所述直流电压信号反馈到所述磁通门传感器并供后续采集与处理。
所述相敏检波电路为模拟开关ADG1419BRM。
本实用新型提供的技术方案的有益效果是：
本实用新型提供了一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，该电路针对目前常见的磁通门传感器电路不足之处，对传统的电路做出了相应的改进，磁通门传感器电路包括信号激励电路与信号调理电路两部分，本实用新型中利用模拟开关代替信号激励电路中的分立元件组成的功率放大部分，使电路集成度更高，故障率降低；利用高性能运算放大器与模拟开关组成的信号调理电路，提高了电路的测量精度与稳定性。
附图说明
图1为本实用新型提供的用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路的结构示意图；
图2为本实用新型提供的信号激励电路的结构示意图；
图3为本实用新型提供的信号激励电路的电路原理图；
图4为本实用新型提供的信号调理电路的结构示意图；
图5为本实用新型提供的信号调理电路的电路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
为了实现测井仪器的小型化、集成化和故障率相对较低，本实用新型实施例提供了一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，详见下文描述：
参见图1，一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路包括：磁通门传感器、信号激励电路和信号调理电路，
信号激励电路产生4.8KHz和9.6KHz方波信号，信号激励电路对4.8KHz方波信号进行功率放大和耦合处理得到磁通门传感器的激励信号；磁通门传感器通过激励信号得到与环境磁场强度相对应的感应电动势；9.6KHz方波信号为信号调理电路的同步信号，信号调理电路对感应电动势进行选频放大、相敏检波和积分处理得到与环境磁场成比例的直流电压信号；同时将直流电压信号反馈到磁通门传感器。
参见图2和图3，信号激励电路包括：晶振、分频器、功率放大电路和变压器，
晶振输出频率源信号，分频器对频率源信号进行分频产生4.8KHz和9.6KHz方波信号，分频器将9.6KHz方波信号输出到信号调理电路的同步信号端；功率放大电路对4.8KHz方波信号进行功率放大，变压器将功率放大后的信号耦合处理得到磁通门传感器的激励信号。
为了使波形相位更加准确，信号激励电路和信号调理电路应采用分频的同源信号，因此采用晶振输出的信号经过分频器得到4.8KHz和9.6KHz方波信号。
由于4.8KHz方波信号带负载能力有限，为此需要进入下级功率放大电路进行功率放大，然后再通过变压器耦合作为磁通门传感器的激励信号。激励信号对系统的灵敏度和稳定度有很大的影响，因此，应尽量保证信号的频率、相位及电压幅值的稳定度。如电压幅值的变化会影响激磁磁场强度的变化，灵敏度也随之变化，本电路中将电压幅值保持在±4V。
功率放大电路是信号激励电路的主要组成部分，它的主要性能参数是增益、相移和电压波形，并具有一定的稳定度，功率要有一定的裕度。目前常用的功率放大电路基本均为三极管及阻容等分立元件组成的互补功率放大电路，但由于其元件本身固有参数不一致性，可能导致激励信号的不对称等后果从而影响测量精度，另外不利于仪器电路的小型化设计。为了有效减少电路的复杂程度，简化电路设计并提高电路的可靠性，本实用新型优选采用模拟开关ADG1436作为功率放大电路。
由于磁通门传感器线圈的跑道型骨架的两半轴和密绕线圈各项物理参数不可能完全严格一致，所以磁通门传感器经激励产生的感应电动势输出信号中仍然有很多非二次谐波干扰，因此为了得到二次谐波信号，严格的带通滤波是必要的。选频放大电路实际上就是一个带通滤波放大器，其中心频率为激磁频率(4.8KHz)的2倍，使2次谐波信号获得放大并初步抑制2次谐波以外的信号。用模拟开关组成的相敏检波电路对2次谐波信号进行提取放大，而抑制其他与所需信号不同频、不同相的噪音信号。积分电路将相敏检波电路检波后脉动的2次谐波信号转换成稳定的、与被测磁场成正比的平滑的直流信号，送到后面的AD转换电路进行处理。反馈电路将直流电压信号反馈到磁通门传感器中，产生与被测磁场相反的磁场，使磁通门传感器始终工作在近零磁场下。
参见图4和图5，信号调理电路包括：选频放大电路、相敏检波电路、积分电路和反馈电路；
选频放大电路对环境磁场强度进行选频放大，得到二次谐波信号；相敏检波电路对所述二次谐波信号进行提取放大(本实用新型实施例以放大倍数为25为例进行说明，具体实现时，还可以为其他的放大倍数，本实用新型实施例对此不做限制)，积分电路将放大后的二次谐波信号转换成与环境磁场成比例的直流电压信号；反馈电路将直流电压信号反馈到磁通门传感器并供后续采集与处理。
其中，相敏检波电路优选为模拟开关ADG1419BRM。
综上所述，本实用新型实施例提供了一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，该电路针对目前常见的磁通门传感器电路不足之处，对传统的电路做出了相应的改进，磁通门传感器电路包括信号激励电路与信号调理电路两部分，本实用新型实施例中利用模拟开关代替信号激励电路中的分立元件组成的功率放大部分，使电路集成度更高，故障率降低；利用高性能运算放大器与模拟开关组成的信号调理电路，提高了电路的测量精度与稳定性。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，其特征在于，所述电路包括：磁通门传感器、信号激励电路和信号调理电路，
所述信号激励电路产生4.8KHz和9.6KHz方波信号，所述信号激励电路对所述4.8KHz方波信号进行功率放大和耦合处理得到所述磁通门传感器的激励信号；所述磁通门传感器通过所述激励信号得到与环境磁场强度相对应的感应电动势；所述9.6KHz方波信号为所述信号调理电路的同步信号，所述信号调理电路对所述感应电动势进行选频放大、相敏检波和积分处理得到与环境磁场成比例的直流电压信号；同时将所述直流电压信号反馈到所述磁通门传感器。
2.根据权利要求1所述的一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，其特征在于，所述信号激励电路包括：晶振、分频器、功率放大电路和变压器；
所述晶振输出频率源信号，所述分频器对所述频率源信号进行分频产生所述4.8KHz和9.6KHz方波信号，所述分频器将所述9.6KHz方波信号输出到所述信号调理电路的同步信号端；所述功率放大电路对所述4.8KHz方波信号进行功率放大，所述变压器将功率放大后的信号耦合处理得到所述磁通门传感器的激励信号。
3.根据权利要求2所述的一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，其特征在于，所述功率放大电路为模拟开关ADG1436。
4.根据权利要求1所述的一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，其特征在于，所述信号调理电路包括：选频放大电路、相敏检波电路、积分电路和反馈电路；
所述选频放大电路对所述环境磁场强度进行选频放大，得到二次谐波信号；所述相敏检波电路对所述二次谐波信号进行提取放大，所述积分电路将放大后的二次谐波信号转换成与环境磁场成比例的直流电压信号；所述反馈电路将所述直流电压信号反馈到所述磁通门传感器并供后续采集与处理。
5.根据权利要求4所述的一种用于连续测斜仪的磁通门信号激励与采集电路，其特征在于，所述相敏检波电路为模拟开关ADG1419BRM。
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|---|---|---|---|---|
| CN107643498A (zh) * | 2016-07-21 | 2018-01-30 | 武汉市中邦博尔高新科技有限公司 | 一种基于磁通门传感器的测磁系统及测磁方法 |
| CN108195926A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-22 | 清华大学 | 面向水域锈蚀管道的专用磁通门探测器 |
| CN108226279A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 清华大学 | 面向埋地锈蚀管道的专用磁通门探测器 |
| CN110632536A (zh) * | 2019-09-09 | 2019-12-31 | 电子科技大学 | 一种三分量磁通门传感器信号处理电路 |
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