一種石油測井領域地面系統自適應信號處理電路的製作方法

2023-05-05 21:13:11 3

專利名稱：一種石油測井領域地面系統自適應信號處理電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油田測井技術，特別涉及一種石油測井領域 地面系統設備中的信號處理技術。
背景技術：
現有地面系統中的自適應接口技術採用旋鈕式電位器控制電路 增益及信號補償。由於不具備存儲功能，所以每當配接的井下儀器發 生變化時都要重新對電位器進行調整來滿足電路所需的增益及補償 強度，為工作帶來很多的不便。而且現有儀器採用高通濾波和相位調 整的方法來實現高頻及低頻信號的補償，這種方法不易調節，而且相 頻特性不好，可適用的信號範圍也不夠寬。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種石油測井領域地面系統自適應信 號處理電路，能夠對井下儀器上傳的信號進行放大、濾波、均衡補償 和比較鑑別的處理，並且對向井下發送的命令信號進行整理和放大處 理。
實現本實用新型目的的技術方案是 一種石油測井領域地面系統 自適應信號處理電路，包括井下信號接收處理電路、井上發送信號處 理電路和控制電路，其中井下信號接收處理電路包括放大電路、三級 均衡補償電路、比較鑑別電路和幅度檢測電路，井上發送信號處理電
路包括信號處理電路和功率放大電路，其特徵是控制電路通過i2c接口控制接受處理電路和發送信號處理電路的特性，控制龜路分散在接
收信號處理電路和發送信號處理電路的各個部分，其中電壓VGain 控制接收信號處理電路的增益大小,電壓HbCtrl控制均衡補償電路的 補償頻率，數字電位器IC30B控制補償電路的補償強度，數字電位 器IC30C控制井上發送信號處理電路發送功率的大小。
信號處理部分電路中的模擬開關IC24控制井上發送信號處理電 路兩種信號類型的選擇，當模擬開關IC24的8腳導通時，信號是直 接放大；當模擬開關IC24的2腳導通時，信號是經濾波後再放大。
均衡補償電路是一組合電路，其中由R22、 R22a和數字電位器 IC30B構成一個可變電阻；C18、 C19和模擬乘法器IC9構成一個可 變電容，通過HbCtrl端電壓改變電容，可適應不同速率和不同碼制 在不同信道的傳輸，適應多種信號的處理。
放大電路是一個由運放IC3組成的反相放大電路，其中R4、 R5 組成反相放大電路的輸入電阻，R6、 R7、 R8和IC2B的光敏電阻部 分組成反饋電阻，RW1、 RW2、 R41、 R42、 R43、 R44、 C27及IC14B 的光敏電阻、IC13A的運算放大器組成一個可變電阻，使得控制電壓 VGain與光敏電阻呈線性關係，通過電壓VGain改變電阻，進而控制 整個電路的增益。
本實用新型運用了 fC接口的數字電位器技術，能夠存儲電位器 調整時的參數當再次掛接相同儀器時，不需要再次調整電位器，只需 將存儲的數據調用即可；並應用均衡補償技術，適應多種信號處理。

圖l是信號處理板原理框圖。
圖2是接收信號處理電路特性曲線。 圖3是信號處理板井下信號接收電路放大部分電原理圖。 圖4是信號處理板井下信號接收電路比較鑑別部分電原理圖。 圖5是信號處理板井下信號接收電路均衡補償部分電原理圖。 圖6是信號處理板井下信號接收電路幅度檢測部分電原理圖。 圖7是信號處理板井上發送信號電路信號處理部分電原理圖。 圖8是信號處理板井上發送信號電路功率放大部分電原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型主要由三部分組成井下信號的接收處 理(圖上部)、井上發送信號處理(圖下部)和控制單元(圖中部)。
井下信號接收處理電路主要由放大電路、均衡補償電路(有三 級)、比較鑑別電路組成。放大電路是一個主要由運放和光敏電阻型 的光耦組成能夠控制電路增益的反相放大電路，但由於光耦控制端的 電流和電阻的關係非線性非常嚴重，不易控制。為了易於控制，使控
制電壓VGain與光敏電阻(增益)成線性關係，加入電壓到電阻的 轉化電路；均衡補償電路主要由運算放大器和可變電容、可變電阻組 成，由反相放大電路演變而來。它可以通過HbCtrl端電壓改變電容 的容值對高低電頻信號進行不同強度的補償， 一般高頻補償大低頻補 償小。設計為可變的電阻電容是為了適應不同速率和不同碼制在不同 信道傳輸的信號。同樣的電路設計成三級是為適應更多的信號；比較 鑑別電路是為了將信號恢復為真正的數字電路，主要由遲滯比較器組成，完成信號的正比較、過零比較、負比較，它可以將歸零信號轉化 為不歸零信號。
井上發送命令信號的處理髮送信號處理分兩種情況 一種是對
於發送20.8333Kbps的曼徹斯特碼的處理。電路包括模擬開關、發送 激勵、發送驅動三大塊；另一種是對於發送300bps歸零串口的處理， 電路包括低通濾波處理、模擬開關、發送激勵、發送驅動四塊。
控制電路通過fC接口控制接受和發送電路的特性，控制電路分 散在接收信號處理電路和發送信號處理電路的各個部分，其中電壓 VGain控制接收信號處理電路的增益大小；電壓HbCtrl控制均衡補 償電路的補償頻率，數字電位器IC30B控制補償電路的補償強度； 信號幅度檢測電路用於檢測處理後的接收信號幅度是否合適(一般為 5Vpp);模擬開關IC24控制井上發送信號處理電路兩種信號類型的 選擇；數字電位器IC30C控制井上發送信號處理電路發送功率的大 小。
如圖2所示，本實用新型能夠實現將井下上傳信號中頻率小於 fmin及大於fmax的信號濾掉，而將我們所需要的頻率大於finin小於 fmax的信號進行頻率補償。 井下信號的接收處理過程
井下儀器上傳信號(數字型)通過驅動經由電纜、隔離耦合電路 傳送到地面(信號的傳輸路徑成為信道)。由於電纜有分部電容、分 布電感和分布電阻的存在，使得信號各個頻率分量的衰減和延時不 同，就是說信道不夠平坦，引起信號的變形。頻率低的信號衰減小、延時短，頻率高信號衰減大、延時長。經信道傳來的信號不單是幅度 的衰減，還有波形的畸變。所以接收電路除要將衰減的信號放大到合 適的幅度以外，還需要均衡補償高頻分量的信號。在一定程度上糾正
畸變的數據信號。接收電路的特性如圖2所示。為實現此功能，接收 電路使用了放大電路、均衡補償電路(3級)。為最終還原成數字信 號，接收電路還應用了比較鑑別電路。如圖3，放大電路，是一個由 運放(IC3)組成的反相放大電路R4、 R5等組成反相放大組態的輸 入電阻，R6、R7、R8和IC2的光敏電阻部分組成反饋電阻。其中IC2B 是一個光敏電阻型的光耦器件。改變光耦控制電流即可改變光敏電阻 的阻值，從而控制放大電路的增益。但由於光耦的控制電流和電阻的 關係非線性非常嚴重，不易控制。為使其易於控制，加入了下半部分 的電路，使得控制電壓VGain與光敏電阻(增益)呈線性關係。虛 框內的電路相當於一個可變電阻，通過電壓VGain改變電阻，進而 控制整個電路的增益；而後將信號送到均衡補償電路，均衡補償電路 見圖5，均衡補償電路是由反相放大電路演變來的，若去掉R22以下 的部分，則電路就是一個交流耦合的反相放大電路。但由於有電阻 R22及以下電路存在，使得電路有些複雜。其中R22、 R22a和IC30B (數字電位器)構成一個可變電阻C18、 C19和IC9 (模擬乘法器) 構成一個可變電容，通過HbCtrl端電壓改變電容。只所以將電阻電 容設計為可變的是為適應不同速率和不同碼制在不同信道傳輸的信 號。電路中由電壓HbCtrl控制均衡補償頻率，數字電位器IC30控制 均衡補償電路的補償強度。每片信號處理板上都有3組相同的均衡償電路，能夠適應更多的信號，用戶可根據需要補償的強度來自己選 擇所需均衡補償電路的個數。信號均衡補償處理後發送到比較鑑別電 路，經放大和均衡補償的的信號基本恢復了原數位訊號的特點，而比 較鑑別電路是為了將信號恢復成真正的數位訊號。如圖4比較鑑別電 路主要是由遲滯比較器組成，為適應不同的信號類型，比較鑑別電路
同時用正比較、過零比較和負比較形成三路數位訊號；除以上三部分 主要電路外，井下信號的接收處理部分還包括幅度檢測電路如圖6。 該電路就是將處理過的信號檢波成直流信號，直流信號的大小代表信 號幅度的大小。通過與標準信號的比較可以進行自動增益控制。 井上發送信號的處理過程
井上發送信號處理可細分成信號處理和功率放大兩部分
信號處理部分處理髮送信號分兩種情況對於20.8333Kbps的曼 徹斯特碼，沒有特殊處理只是進行功率放大，當發送這種信號時，儀 器工作在半雙工的狀態；而對於300bps歸零串口，先進行低通濾波 處理，然後進行功率放大，當發送這種信號時，儀器工作在全雙工的 狀態。如圖7是信號處理部分電路IC24是模擬開關，選擇直接放 大(8腳)還是經濾波後再放大(2腳)。其他以IC23 (四運放)為 主組成了一個300Hz的低通濾波。
如圖8所示，功率放大部分以運放IC25為主組成前級放大，數 字電位器IC30可控制增益。進而控制發送強度；IC26和Q2、 Q3為 主組成功率放大，以便驅動輸出。 控制電路的工作過程控制單元通過I2C接口控制接收和發送電路的特性。通過有I2C
接口的模擬開關或數字電位器來調節控制接收和發送電路的特性，以 到達不同電纜、不同碼制信號的兼容性。
但此部分電路沒有集中在一個地方而是分散在接收和發送各部
分。主要通過IC30B和IC30C (AD5263, ^C接口數字電位器)來控 制接收和發送電路的特性其中IC30C直接利用數字電位器來改變 電路中的電阻來調節電路，三級的均衡補償強度(即是均衡補償部分 提到的可變電組)、發送功率控制；IC30B則是通過數字電位器產生 可變電壓，再由可變電壓控制調節電路，其中控制電壓包括增益控 制部分的VGain和均衡補償部分的HbCtrl (即均衡補償部分提到的 壓控可變電容)。
權利要求1、一種石油測井領域地面系統自適應信號處理電路，包括井下信號接收處理電路、井上發送信號處理電路和控制電路，其中井下信號接收處理電路包括放大電路、三級均衡補償電路、比較鑑別電路和幅度檢測電路，井上發送信號處理電路包括信號處理電路和功率放大電路，其特徵是控制電路通過I2C接口控制井下信號接收處理電路和井上發送信號處理電路的特性，控制電路分散在井下信號接收處理電路和井上發送信號處理電路的各個部分，其中電壓VGain控制井下信號接收處理電路的增益大小，電壓HbCtrl控制均衡補償電路的補償頻率，數字電位器IC30B控制均衡補償電路的補償強度，數字電位器IC30C控制井上發送信號處理電路發送功率的大小。
2、 如權利要求1所述的石油測井領域地面系統自適應信號處理電路， 其特徵是井上發送信號處理電路中的模擬開關IC24控制井上發送信 號處理電路兩種信號類型的選擇，當模擬開關IC24的8腳導通時， 信號是直接放大；當模擬開關IC24的2腳導通時，信號是經濾波後 再放大。
3、 如權利要求1所述的石油測井領域地面系統自適應信號處理電路， 其特徵是均衡補償電路是一組合電路，其中由R22、 R22a和數字電 位器IC30B構成一個可變電阻;C18、 C19和模擬乘法器IC9構成一 個可變電容，通過HbCtrl端電壓改變電容，可適應不同速率和不同 碼制在不同信道的傳輸，適應多種信號的處理。
4、 如權利要求1所述的石油測井領域地面系統自適應信號處理電路，其特徵是放大電路是一個由運放IC3組成的反相放大電路，其中R4、 R5組成反相放大電路的輸入電阻，R6、 R7、 R8和IC2B的光敏電阻 部分組成反饋電阻，RW1、 RW2、 R41、 R42、 R43、 R44、 C27及IC14B 的光敏電阻、IC13A的運算放大器組成一個可變電阻，使得控制電壓 VGahi與光敏電阻呈線性關係，通過電壓VGain改變電阻，進而控制 整個電路的增益。
5、如權利要求4所述的石油測井領域地面系統自適應信號處理電路， 其特徵IC2B是一個光敏電阻型的光耦器件。
專利摘要本實用新型提供一種石油測井領域地面系統自適應信號處理電路，包括井下信號接收處理電路、井上發送信號處理電路和控制電路，其中井下信號接收處理電路包括放大電路、三級均衡補償電路、比較鑑別電路和幅度檢測電路，井上發送信號處理電路包括信號處理電路和功率放大電路，其特徵是控制電路通過I2C接口控制接受處理電路和發送信號處理電路的特性，控制電路分散在接收信號處理電路和發送信號處理電路的各個部分。本實用新型運用了I2C接口的數字電位器技術，能夠存儲電位器調整時的參數當再次掛接相同儀器時，不需要再次調整電位器，只需將存儲的數據調用即可；並應用均衡補償技術，適應多種信號處理。
文檔編號E21B49/00GK201297168SQ20082022248
公開日2009年8月26日 申請日期2008年11月18日 優先權日2008年11月18日
發明者付國奇, 詹保平 申請人:西安威盛電子儀器有限公司