CN203939500U - 用于直读测井仪的信号传输系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所设计的一种用于直读测井仪的信号传输系统，包括井下仪信号发射单元、单芯测井电缆和地面仪信号接收单元，井下仪信号发射单元包括稳压驱动器和第一单片机，地面仪信号接收单元包括地面仪电源、滤波采样器和第二单片机，地面仪电源通过单芯测井电缆的铜质芯线连接稳压驱动器的电源信号输入端，稳压驱动器的共地端连接单芯测井电缆的钢质外铠，滤波采样器的信号输入端连接单芯测井电缆的钢质外铠，滤波采样器的信号输出端连接第二单片机的信号输入端，第一单片机的信号输出端连接稳压驱动器的控制端，单芯测井电缆的钢质外铠接地。本实用新型不仅能极大的降低传统电路的复杂性，还能适应深井中的测量及应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及油田直读测井系统技术领域，具体地指一种用于直读测井仪的信号传输系统。
背景技术
目前，在油田使用的直读测井系统中，多采用两种信号传输系统：一种是采用分离元件以及集成IC共同组成信号传输系统，该系统一般包括数据发送单元、调制单元、解调单元、接收单元和滤波整形单元；另一种是采用集成度较高的载波芯片及外围器件共同组成信号传输系统。
对于第一种采用分离元件以及集成IC共同组成信号传输系统如：中国专利《一种分层注水井井下数据传输电路》，申请号200820029271.X，该方案中的CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)作为电路的控制核心，IC2为专用的编码和解码芯片，IC2、IC4以及IC5共同组成发射电路，IC2即发送单元，IC4为调制单元，变压器IC5实现载波及供电的一体化。通常IC4为多级推挽式放大电路，由多个MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)、电阻、电容、电感等组成，电路复杂；此外，变压器为此类电路的共有特点，一方面实现井下仪的供电，另一方面实现信号的传输。为实现载波及供电此变压器一般含3个绕组，8个接线端子，一般需手工绕制，彼此一直性较差，而且一般体积比常用IC大很多，尺寸较多在毫米×20毫米，因此电路板尺寸较大，无法实现电路板的小型化，对于一般用于环空测井的直读仪器(直径一般毫米或者毫米)无法应用，在大多数测井仪器中也无法使用(常 见的直读测井仪一般外径两种规格：毫米或者毫米)。另外，其接收电路由IC2、IC3以及IC5组成，IC3实现解调功能，一般含比较器电路以及差分发大电路，由专门的差分放大器、比较器以及外围电路组成，组成元件较多。
对于第二种采用集成度较高的载波芯片及外围器件共同组成信号传输系统，其主要应用在电力行业，如远程抄表，路灯远程监控，电子仪表，太阳能等。TI公司在2010年研制出一款载波芯片FAE031，该芯片的优势在于集成了调制、解码及整形、滤波单元，极大简化电路设计，但外围电路要求较高，如电源，电阻、电容等的匹配问题。基于AFE031的载波通讯电路的局限性在于：一是仍然需要变压器进行信号的耦合，难以实现电路的小型化，在直读环空测井领域有局限性；二是该芯片目前只能做到125℃高温，在4000m以上高温井风险大；三是相对而言其成本较高。
总体来说上述两种信号传输系统存在如下不足：
对于第一种系统，其电路复杂，成本较高，开发周期长，不利于井下仪的高度集成化和小型化，同时，复杂电路将成倍增加井下仪高温失效的风险。
对于第二种基于载波芯片的信号传输系统，由于载波芯片的耐高温能力较差，目前无法达到耐温150℃的极限，无法在深井中测量及应用，且外围电路设计要求高，开发成本昂贵。
实用新型内容
本实用新型的目的就是要提供一种用于直读测井仪的信号传输系统，该系统不仅能极大的降低传统电路的复杂性，而且成本低、实用可靠，还能适应深井中的测量及应用。
为实现此目的，本实用新型所设计的用于直读测井仪的信号传输系统，其特征在于：它包括井下仪信号发射单元、单芯测井电缆和地面仪信号接收单元，所述井下仪信号发射单元包括稳压驱动器和第一单片机，地面仪信号接收单元包括地面仪电源、滤波采样器 和第二单片机，其中，所述地面仪电源通过单芯测井电缆的铜质芯线连接稳压驱动器的电源信号输入端，稳压驱动器的共地端连接单芯测井电缆的钢质外铠，滤波采样器的信号输入端连接单芯测井电缆的钢质外铠，滤波采样器的信号输出端连接第二单片机的信号输入端，第一单片机的信号输出端连接稳压驱动器的控制端，所述单芯测井电缆的钢质外铠接地。
所述稳压驱动器包括电阻R1、电阻R2、三端稳压器U、滤波电容C1、滤波电容C2、稳压二极管D1、金属氧化物半导体场效应管Q1，其中，所述第一单片机的信号输出端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接金属氧化物半导体场效应管Q1的栅极，金属氧化物半导体场效应管Q1的源极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接单芯测井电缆的钢质外铠，金属氧化物半导体场效应管Q1的漏极连接稳压二极管D1的阳极，稳压二极管D1的阴极连接单芯测井电缆的铜质芯线，三端稳压器U的输入端Vin也连接单芯测井电缆的铜质芯线，三端稳压器U的输出端Vout连接电源VCC，滤波电容C1的一端连接三端稳压器U的输出端Vout，滤波电容C1的另一端连接三端稳压器U的共地端GND，滤波电容C2的一端连接三端稳压器U的输出端Vout，滤波电容C1的另一端连接三端稳压器U的共地端GND，三端稳压器U的共地端GND接地。
所述地面仪电源包括直流电源、电容C4、电容C5和二极管D2，所述滤波采样器包括电感L1、电感L2、电容C3、电容C6、二极管D3、二极管D4、电阻R3、电阻R4和电阻R5，其中，所述电阻R4的一端连接单芯测井电缆的钢质外铠，电容C6的一端连接电阻R4的一端，电容C6的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4的另一端，二极管D4的阴极连接电阻R3的一端，二极管D4的阳极连接电阻R3的另一端，二极管D3的阳极连接电阻R3的一端，二极管D3的阴极连接电阻R3的另一端，电感L2的一端连接电阻R3的一端，电感L2的另一端连接电阻R3的另一端，电容C3的一端连接电感L2的一端，电容C3的另一端连接电感L1 的一端，电感L1的另一端连接电阻R3的另一端，电阻R5的一端连接第二单片机的信号输入端，电阻R5的另一端连接电感L1的一端，电容C4的一端连接直流电源的正极，电容C4的另一端连接二极管D3的阴极，电容C5的一端连接直流电源的正极，电容C5的另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阴极连接直流电源的负极，二极管D2的阳极连接直流电源的正极，二极管D2的阴极连接单芯测井电缆的铜质芯线。
本实用新型采用少量的电阻、电容、二极管、金属氧化物半导体场效应管等分离元件实现了井下仪的信号发射传输电路以及地面接收仪的接收电路，通过油田标准的单芯电缆实现了井下仪的供电以及数据传输。本实用新型与背景技术中介绍的第一种系统相比，其电路结构更加简化，取消了调制单元和解调单元，利于井下仪的高度集成化和小型化，并且由于结构简单所以本实用新型具有较短的开发周期；
本实用新型与背景技术中介绍的第二种系统相比，由于没有采用载波芯片，所以本实用新型的耐温性能可以达到150℃，适应于深井中的测量及应用。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型中井下仪信号发射单元的电路图；
图3为本实用新型中地面仪信号接收单元的电路图；
其中，100—井下仪信号发射单元、101—稳压驱动器、102—第一单片机、200—单芯测井电缆、201—铜质芯线、202—钢质外铠、300—地面仪信号接收单元、301—地面仪电源、302—滤波采样器、303—第二单片机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说 明：
图中1所示的用于直读测井仪的信号传输系统，其特征在于：它包括井下仪信号发射单元100、单芯测井电缆200和地面仪信号接收单元300，所述井下仪信号发射单元100包括稳压驱动器101和第一单片机102，地面仪信号接收单元300包括地面仪电源301、滤波采样器302和第二单片机303，其中，所述地面仪电源301通过单芯测井电缆200的铜质芯线201连接稳压驱动器101的电源信号输入端，稳压驱动器101的共地端连接单芯测井电缆200的钢质外铠202，滤波采样器302的信号输入端连接单芯测井电缆200的钢质外铠202，滤波采样器302的信号输出端连接第二单片机303的信号输入端，第一单片机102的信号输出端连接稳压驱动器101的控制端，所述单芯测井电缆200的钢质外铠202接地。
上述技术方案中，如图2所示，所述稳压驱动器101包括电阻R1、电阻R2、三端稳压器U、滤波电容C1、滤波电容C2、稳压二极管D1、金属氧化物半导体场效应管Q1，其中，所述第一单片机102的信号输出端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接金属氧化物半导体场效应管Q1的栅极，金属氧化物半导体场效应管Q1的源极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接单芯测井电缆200的钢质外铠202，金属氧化物半导体场效应管Q1的漏极连接稳压二极管D1的阳极，稳压二极管D1的阴极连接单芯测井电缆200的铜质芯线201，三端稳压器U的输入端Vin也连接单芯测井电缆200的铜质芯线201，三端稳压器U的输出端Vout连接电源VCC，滤波电容C1的一端连接三端稳压器U的输出端Vout，滤波电容C1的另一端连接三端稳压器U的共地端GND，滤波电容C2的一端连接三端稳压器U的输出端Vout，滤波电容C1的另一端连接三端稳压器U的共地端GND，三端稳压器U的共地端GND接地。
上述技术方案中，如图3所示，所述地面仪电源301包括直流电源、电容C4、电容C5和二极管D2，所述滤波采样器302包括电感L1、电感L2、电容C3、电容C6、二极管D3、二极管D4、电阻 R3、电阻R4和电阻R5，其中，所述电阻R4的一端连接单芯测井电缆200的钢质外铠202，电容C6的一端连接电阻R4的一端，电容C6的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4的另一端，二极管D4的阴极连接电阻R3的一端，二极管D4的阳极连接电阻R3的另一端，二极管D3的阳极连接电阻R3的一端，二极管D3的阴极连接电阻R3的另一端，电感L2的一端连接电阻R3的一端，电感L2的另一端连接电阻R3的另一端，电容C3的一端连接电感L2的一端，电容C3的另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接电阻R3的另一端，电阻R5的一端连接第二单片机303的信号输入端，电阻R5的另一端连接电感L1的一端，电容C4的一端连接直流电源的正极，电容C4的另一端连接二极管D3的阴极，电容C5的一端连接直流电源的正极，电容C5的另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阴极连接直流电源的负极，二极管D2的阳极连接直流电源的正极，二极管D2的阴极连接单芯测井电缆200的铜质芯线201。上述电感L1、电感L2和电容C3组成π型滤波网络，
上述直流电源为24V直流电源。
下面以一个具体的信号分析来说明本实用新型的工作过程。
直读测井仪的第一单片机102通过直读测井仪的模拟采样电路采集井下压力、温度等模拟信号，将模拟信号转换为数字信号后，通过第一单片机102的信号输出端输出高低电平，控制金属氧化物半导体场效应管Q1的导通与关断，从而将数字信号以特定格式的串行数据流形式发送给地面接收仪。
当第一单片机102的信号输出端输出高电平时，金属氧化物半导体场效应管Q1漏源极导通，通过单芯测井电缆200的铜质芯线201的电流增加，稳压二极管D1阴极电压被拉低，电阻R4的一端和电容C6的一端的电压上升，经电容C6的隔离作用，二极管D3阳极电压为0.7V；
当第一单片机102的信号输出端输出低电平时，金属氧化物半 导体场效应管Q1漏源极关断，通过单芯测井电缆200的铜质芯线201的电流降低，稳压二极管D1阴极电压升高，电阻R4的一端和电容C6的一端的电压降低，经电容C6的隔离作用，二极管D3阳极电压接近0V。再经过π型滤波网络的滤波作用，第一单片机102发送的串行数据流通过单芯测井电缆200的钢质外铠202传送至第二单片机303。第二单片机303将接收到的串行数据流按约定格式解码，将井下仪数据进行存储及计算，并将测量参数显示在地面接收仪上。在第一单片机102的信号输出端输出高电平期间，稳压二极管D1阴极电压接近9V，三端稳压器U输出稳定的5V电压，第一单片机102的信号输出端输出低电平期间，稳压二极管D1阴极电压接近24V，三端稳压器U同样输出稳定的5V电压。
说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (3)
1.一种用于直读测井仪的信号传输系统，其特征在于：它包括井下仪信号发射单元（100）、单芯测井电缆（200）和地面仪信号接收单元（300），所述井下仪信号发射单元（100）包括稳压驱动器（101）和第一单片机（102），地面仪信号接收单元（300）包括地面仪电源（301）、滤波采样器（302）和第二单片机（303），其中，所述地面仪电源（301）通过单芯测井电缆（200）的铜质芯线（201）连接稳压驱动器（101）的电源信号输入端，稳压驱动器（101）的共地端连接单芯测井电缆（200）的钢质外铠（202），滤波采样器（302）的信号输入端连接单芯测井电缆（200）的钢质外铠（202），滤波采样器（302）的信号输出端连接第二单片机（303）的信号输入端，第一单片机（102）的信号输出端连接稳压驱动器（101）的控制端，所述单芯测井电缆（200）的钢质外铠（202）接地。
2.根据权利要求1所述的用于直读测井仪的信号传输系统，其特征在于：所述稳压驱动器（101）包括电阻R1、电阻R2、三端稳压器U、滤波电容C1、滤波电容C2、稳压二极管D1、金属氧化物半导体场效应管Q1，其中，所述第一单片机（102）的信号输出端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接金属氧化物半导体场效应管Q1的栅极，金属氧化物半导体场效应管Q1的源极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接单芯测井电缆（200）的钢质外铠（202），金属氧化物半导体场效应管Q1的漏极连接稳压二极管D1的阳极，稳压二极管D1的阴极连接单芯测井电缆（200）的铜质芯线（201），三端稳压器U的输入端Vin也连接单芯测井电缆（200）的铜质芯线（201），三端稳压器U的输出端Vout连接电源VCC，滤波电容C1的一端连接三端稳压器U的输出端Vout，滤波电容C1的另一端连接三端稳压器U的共地端GND，滤波电容C2的一端连接三端稳压器U的输出端Vout，滤波电容C1的另一端连接三端稳压器U的共地端GND，三端稳压器U的共地端GND接地。
3.根据权利要求2所述的用于直读测井仪的信号传输系统，其特征在于：所述地面仪电源（301）包括直流电源、电容C4、电容C5和二极管D2，所述滤波采样器（302）包括电感L1、电感L2、电容C3、电容C6、二极管D3、二极管D4、电阻R3、电阻R4和电阻R5，其中，所述电阻R4的一端连接单芯测井电缆（200）的钢质外铠（202），电容C6的一端连接电阻R4的一端，电容C6的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4的另一端，二极管D4的阴极连接电阻R3的一端，二极管D4的阳极连接电阻R3的另一端，二极管D3的阳极连接电阻R3的一端，二极管D3的阴极连接电阻R3的另一端，电感L2的一端连接电阻R3的一端，电感L2的另一端连接电阻R3的另一端，电容C3的一端连接电感L2的一端，电容C3的另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接电阻R3的另一端，电阻R5的一端连接第二单片机（303）的信号输入端，电阻R5的另一端连接电感L1的一端，电容C4的一端连接直流电源的正极，电容C4的另一端连接二极管D3的阴极，电容C5的一端连接直流电源的正极，电容C5的另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阴极连接直流电源的负极，二极管D2的阳极连接直流电源的正极，二极管D2的阴极连接单芯测井电缆（200）的铜质芯线（201）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20141112 |