可攜式數控測井儀的製作方法
2023-10-11 13:00:34 2
專利名稱：可攜式數控測井儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及測井設備技術領域，具體涉及一種可攜式數控測井儀。
背景技術：
我國測井行業使用的主要測井設備均來自於國內自行研製的大型數控測井設備， 如SL3000數控測井地面系統、SKC9800數控測井地面系統等。系統能夠對測井過程自動進 行監控，實時測量、顯示、處理、存儲常規測井曲線，並具有測井資料現場快速解釋的功能， 可以基本滿足常規測井項目的需要。但是，現有的數控測井系統包含直流電平隔離模塊、電源模塊、信號分離模塊、不 同信號分別配備的數據處理儀和工業計算機，因此設備體積龐大，均採用機櫃方式，必須配 備儀器載車，運輸及安裝極為不便，尤其不適用於海洋石油的測井作業。
發明內容
本發明的目的是提供一種可攜式數控測井儀，以克服現有技術存在的體積龐大、 運輸及安裝極為不便的問題。為了克服現有技術存在的問題，本發明解決問題所採用的技術方案是一種便攜 式數控測井儀，包括直流電平隔離模塊和信號分離模塊，信號分離模塊輸出模擬量信號、脈 衝量信號和編碼信號，其特徵在於還包括用來對模擬量信號進行處理的主處理模塊、對脈 衝量信號和編碼信號進行處理的從處理模塊，主處理模塊和從處理模塊輸出的差分信號接 入CANUSB轉換器，CANUSB轉換器將差分信號轉換為數位訊號輸出；信號分離模塊、主處理 模塊、從處理模塊和USBCAN轉換器採用兩線制的CAN總線方式連接。上述主處理模塊和從處理模塊中分別以晶片Ul和晶片U2為核心，晶片Ul和晶片 U2的型號均為TMS320F2812PGFA ；主處理模塊中，模擬量信號輸入至型號為ADS8507的晶片 U3的第1腳，將模擬信號轉換為數位訊號後由晶片U3的第18腳、第19腳和第23腳分別 輸入到晶片Ul的第109腳、第41腳和第106腳，數位訊號由晶片Ul的第87腳和第89腳 輸出到型號為SN75LBC031的晶片U4，將數位訊號轉換成差分信號，輸出到兩線制的CAN總 線；從處理模塊中，脈衝量信號和編碼信號分別經整形電路整形後輸入型號均為⑶45 的 晶片U5和晶片U6,晶片U5的第7腳和第9腳輸出的適合晶片U2的脈衝信號分別輸入到芯 片U2的第60腳和第109腳，晶片U6的第7腳和第9腳輸出的符合標準的曼徹斯特II碼信 號分別輸入到晶片U2的第106腳和第107腳，數位訊號由晶片U2的第87腳和第89腳輸 出到型號為SN75LBC031的晶片U10，將數位訊號轉換成差分信號，輸出到兩線制的CAN總 線；從處理模塊4輸出的脈衝、編碼和深度的數位訊號經CAN總線以差分信號方式送到主處 理模塊中處理，另一部分的切換命令信號也經CAN總線以差分信號方式輸出到信號分離模 塊進行信號類型切換。上述主處理模塊中包括兩個型號均為INAl 18的晶片U7和晶片U8，張力信號和磁 記號信號分別輸入晶片U7和晶片U8，經晶片U7和U8放大處理後的模擬信號由晶片U7和晶片U8的第6腳輸出到晶片Ul的第173腳和第172腳，由U2晶片內部的模數轉換模塊將 模擬信號轉換成數位訊號；上述從處理模塊中還包括型號為74HC04的晶片U9，深度信號經 調幅電路進行電壓幅值限制處理後的脈衝信號輸入晶片U9，處理後的脈衝信號由晶片U9 的第2腳和第12腳輸出到晶片U2的第57腳和第59腳，經U2內部的正交脈衝處理單元處 理後，轉換成深度的數位訊號。上述主處理模塊中還包括一個型號為MLC04的晶片Ul 1，晶片Ull中存儲的設置 參數以數位訊號方式經晶片Ull的第5腳和第6腳輸出到晶片Ul的第洲腳和第四腳。芯 片Ul根據這些儀器參數數據自動選擇儀器測量、放大倍數等信息。與現有技術相比，本發明的優點是
1、實現了系統的高速性、高可靠性及高穩定性本系統利用信號分而治之思想，採用 主從式雙DSP處理模塊架構，並以高速、高可靠性的控制區域網總線CAN (Control Area Network)作為系統內部數據通信網絡，通過安裝在可攜式電腦上數控測井系統監控軟體， 通過CANUSB轉換器將測井控制命令由USB方式轉換到系統內部CAN總線上，模塊的命令與 數據的通信採用CAN總線完成，保證了整個系統的數據通信速率和可靠性。2、本設備體積小、重量輕功能完善、操作簡潔，不僅適用於海洋石油的測井作業， 也適合國內老式測井車及現役常規的大型車載式數控測井系統的替換、改造和升級。3、本設備不僅提高了測井信號處理的速度，同時將測井任務分而治之，主、從模塊 互相診測，一旦有一方工作不正常，另一方自動接管與測控軟體的數據通信，並告知故障模 塊，從而可以大大降低系統提高系統的故障時間，提高系統實時性、可靠性和抗幹擾性。
圖1是主從式數控測井系統結構框架圖； 圖2是主處理模塊3內部原理框架圖3是從處理模塊4內部原理框架圖； 圖4是主從式數控測井系統的原理示意1——直流電平隔離模塊，2——信號分離模塊，3——主處理模塊、4——從DSP處理模 塊，5——USBCAN轉換器。具體的實施方式
下面將結合附圖對本發明進行詳細地說明。參見圖廣圖3，一種可攜式數控測井儀，包括直流電平隔離模塊1、輸出模擬量信 號、脈衝量信號和編碼信號的信號分離模塊2、用來對模擬量信號進行處理的主處理模塊 3、對脈衝量信號和編碼信號進行處理的從處理模塊4，主處理模塊3和從處理模塊4輸出的 差分信號接入CANUSB轉換器5，CANUSB轉換器5將差分信號轉換為數位訊號輸出；信號分 離模塊2、主處理模塊3、從處理模塊4和USBCAN轉換器5採用總線連接方式。上面所說的主處理模塊3和從處理模塊4中分別以晶片Ul和晶片U2為核心，芯 片Ul和晶片U2的型號均為TMS320F2812PGFA ；主處理模塊3中，模擬量信號輸入型號為 ADS8507的晶片U3的第1腳，將模擬信號轉換為數位訊號後由晶片U3的第18腳、第19腳 和第23腳分別輸入到晶片Ul的第109腳、第41腳和第106腳，數位訊號由晶片Ul的第87 腳和第89腳輸出到型號為SN75LBC031的晶片U4，將數位訊號轉換成差分信號，輸出到兩線制的CAN總線；從處理模塊4中，脈衝量信號和編碼信號分別經整形電路整形後輸入型號均 為⑶45 的晶片U5和晶片U6，晶片U5的第7腳和第9腳輸出的適合晶片U2的脈衝信號 分別輸入到晶片U2的第60腳和第109腳，晶片U6的第7腳和第9腳輸出的符合標準的曼 徹斯特II碼信號分別輸入到晶片U2的第106腳和第107腳，數位訊號由晶片U2的第87腳 和第89腳輸出到型號為SN75LBC031的晶片U10，將數位訊號轉換成差分信號，輸出到兩線 制的CAN總線；從處理模塊4輸出的脈衝、編碼和深度的數位訊號經CAN總線以差分信號方 式送到主處理模塊3中處理，另一部分的切換命令信號也經CAN總線以差分信號方式輸出 到信號分離模塊2進行信號類型切換。上面所說的主處理模塊3中包括兩個型號均為INAl 18的晶片U7和晶片U8，張力 信號和磁記號信號分別輸入晶片U7和晶片U8,經晶片U7和U8放大處理後的模擬信號由芯 片U7和晶片U8的第6腳輸出到晶片Ul的第173腳和第172腳，由U2晶片內部的模數轉 換模塊將模擬信號轉換成數位訊號。上述從處理模塊4中還包括型號為74HC04的晶片U9， 深度信號經調幅電路進行電壓幅值限制處理後的脈衝信號輸入晶片U9，處理後的脈衝信號 由晶片U9的第2腳和第12腳輸出到晶片U2的第57腳和第59腳，經U2內部的正交脈衝 處理單元處理後，轉換成深度的數位訊號。上面所說的主處理模塊3中還包括一個MLC04的晶片U11，該晶片存儲著常用井 下儀器測量的一些設置參數，這些參數以數位訊號方式經晶片Ull的第5腳和第6腳輸出 到Ul晶片的第觀腳和第四腳，Ul根據這些儀器參數數據自動選擇儀器測量、放大倍數等 信息。本發明的設計思想是該系統主中的直流電平隔離模塊1，信號分離模塊2，主處理模 塊3、從處理模塊4是利用CAN總線組成網絡的，以主處理模塊3為中心，從處理模塊4為 輔。測井信號經測井電纜上傳至系統，由於測井信號則是載波在直流電源上，因此需要直 流電平隔離模塊1將直流電源與測井信號有效的隔離，然後再由信號分離模塊2將信號按 照信號類型，分別送至主處理模塊3和從處理模塊4，信號分離模塊2中的分離功能命令則 是由主處理模塊3，通過CAN總線發送至信號分離模塊2。分離後的信號的模擬信號及外部 的張力信號、磁記號信號均由主處理模塊3處理；脈衝信號、編碼信號及深度信號均有從處 理模塊3處理。兩個模塊數據處理完成後，從處理模塊4將處理後的數位訊號經CAN總線 發送至主處理模塊3，由主處理模塊3將數位訊號統一組成一定的幀格式，轉換成差分信號 輸出到CAN總線，差分信號由CANUSB轉換器5轉換成數位訊號以USB方式送至可攜式計算 機。同理可攜式計算機發送控制命令以數字方式經CANUSB轉換器5轉換成差分方式發送 至主處理模塊3，再由主處理模塊3完成統一調度。需要提出的是，若是主處理模塊3發生 故障，從處理模塊4診測到後，就會接管主處理模塊3任務，直至主處理模塊3恢復工作，從 處理模塊4會退出接管狀態。所說的主處理模塊3完成模擬量信號的採集及數據通信，其技術方案包括晶片 U1、U3、U4、U7、U8和U11。主處理模塊3的晶片Ul採用的型號是TMS320F2812PGFA，其運行 程序固化在Ul內部的FLASH中。在主處理模塊3上電開始運行後，若是有磁記號、張力信 號，則利用U7和U8晶片，其型號為INAl 18，進行信號放大，再利用中斷方式，通過Ul晶片內 部的A/D器轉換成數位訊號；主處理模塊3中利用U4晶片，採用的型號是SN75LBC031及Ul 片內的CAN控制器，組建CAN網絡，就可以接收可攜式計算機發來的命令，同時也可以發送 數據至可攜式計算機。若主處理模塊3接收到採集模擬測井信號命令後，主處理模塊3首先對Ull晶片MLC04中存儲的測井儀器的參數進行查詢，選擇合適的參數，並通過CAN總 線發送命令至信號分離模塊2將模擬信號按照參數要求分離出來，並啟動U3晶片ADS7807 進行模數轉換，最後將轉換後的數據暫時保存起來，等待接收到從處理模塊4的數據後，組 成一幀數據發送至可攜式計算機。 從處理模塊4主要完成深度信號、脈衝量信號和編碼信號的處理、診測主處理模 塊3。其技術方案包括從晶片U2、U5、TO、U9和U11，以及整形電路和限幅電路。同樣從處理 模塊5的晶片U2也採用的型號是TMS320F2812PGFA。其運行程序固化在U2內部的FLASH 中。若是測井儀器是採用脈衝量信號或編碼信號，可攜式計算機發送信號分離命令至主處 理模塊3，由主處理模塊3查詢測量儀器的參數後，通知信號分離模塊2將脈衝量信號或編 碼信號分離出來，分離後的脈衝量信號或編碼信號，首先經過整形電路作整形處理後，再由 U5和U6晶片⑶45 進行展寬處理，使得脈衝量信號或編碼信號適合U2晶片內部的QEP電 路、兩個脈衝捕捉單元的處理，U2晶片上電開始運行後，深度信號首先經過限幅電路，以保 護U2晶片，再由U9晶片74HC04整形，再由U2內部一個事件管理器處理，U2內部的另外一 個事件管理器則負責處理脈衝量信號或編碼信號，兩個事件管理器完成處理任務後，利用 Ull晶片SN75LBC031及U2片內的CAN控制器，同時將所有處理後的數據經CAN網絡發送至 主處理模塊3進行數據組幀。系統內部總線採用CAN2. OB協議，它在保證高通信速率的基 礎之上，增強了系統內部通信的可靠性，穩定性；系統外部總線採用USB2. 0協議實現，它的 使用明顯改善了系統的數據傳輸瓶頸，提高了測井數據實時處理的能力，有效起到可攜式 電腦與測井通信數據之間的隔離作用。系統利用主多架構，提高了系統的抗幹擾能力，將模 擬信號和數位訊號處理分開，並將模擬信號處理部分和數位訊號處理部分以標準接口的形 式掛接到系統母板上，而對於不同的生產測井儀器，以測井信號的類型為對象，接入與之匹 配的標準測量接口面模塊，即擴展功能插槽，從而完成控制測量工作，保證了整個系統的兼 容性及可擴展性。
權利要求
1.一種可攜式數控測井儀，包括直流電平隔離模塊1和信號分離模塊(2)，信號分離模 塊(2)輸出模擬量信號、脈衝量信號和編碼信號，其特徵在於還包括用來對模擬量信號進 行處理的主處理模塊(3)、對脈衝量信號和編碼信號進行處理的從處理模塊(4)，主處理模 塊(3)和從處理模塊(4)輸出的差分信號接入CANUSB轉換器5，CANUSB轉換器(5)將差分 信號轉換為數位訊號輸出；信號分離模塊(2)、主處理模塊(3)、從處理模塊(4)和USBCAN 轉換器5採用總線連接方式。
2.如權利要求1所述的可攜式數控測井儀，其特徵在於所述主處理模塊(3)和從處理 模塊4中分別以晶片Ul和晶片U2為核心，晶片Ul和晶片U2的型號均為TMS320F2812PGFA ； 主處理模塊(3)中，模擬量信號輸入型號為ADS8507的晶片U3的第1腳，將模擬信號轉換 為數位訊號後由晶片U3的第18腳、第19腳和第23腳分別輸入到晶片Ul的第109腳、第 41腳和第106腳，數位訊號由晶片Ul的第87腳和第89腳輸出到型號為SN75LBC031的芯 片U4，將數位訊號轉換成差分信號，輸出到兩線制的CAN總線；從處理模塊(4)中，脈衝量 信號和編碼信號分別經整形電路整形後輸入型號均為⑶45 的晶片U5和晶片U6,晶片U5 的第7腳和第9腳輸出的適合晶片U2的脈衝信號分別輸入到晶片U2的第60腳和第109 腳，晶片U6的第7腳和第9腳輸出的符合標準的曼徹斯特II碼信號分別輸入到晶片U2的 第106腳和第107腳，數位訊號由晶片U2的第87腳和第89腳輸出到型號為SN75LBC031 的晶片U10，將數位訊號轉換成差分信號，輸出到兩線制的CAN總線；從處理模塊(4)輸出的 脈衝、編碼和深度的數位訊號經CAN總線以差分信號方式送到主處理模塊(3)中處理，另一 部分的切換命令信號也經CAN總線以差分信號方式輸出到信號分離模塊(2)進行信號類型 切換。
3.如權利要求1或2所述的可攜式數控測井儀，其特徵在於所述主處理模塊(3)中 包括兩個型號均為INAl 18的晶片U7和晶片U8，張力信號和磁記號信號分別輸入晶片U7和 晶片U8，經晶片U7和U8放大處理後的模擬信號由晶片U7和晶片U8的第6腳輸出到晶片 Ul的第173腳和第172腳，由U2晶片內部的模數轉換模塊將模擬信號轉換成數位訊號；所 述從處理模塊(4)中還包括型號為74HC04的晶片U9，深度信號經調幅電路進行電壓幅值限 制處理後的脈衝信號輸入晶片U9，處理後的脈衝信號由晶片W的第2腳和第12腳輸出到 晶片U2的第57腳和第59腳，經U2內部的正交脈衝處理單元處理後，轉換成深度的數字信 號。
4.如權利要求3所述的可攜式數控測井儀，其特徵在於所述主處理模塊(3)中還包括 一個型號為MLC04的晶片U11，晶片Ull中存儲的設置參數以數位訊號方式經晶片Ull的 第5腳和第6腳輸出到晶片Ul的第28腳和第29腳。
全文摘要
本發明涉及測井設備技術領域，具體涉及一種可攜式數控測井儀。本發明要克服現有技術存在的體積龐大、運輸及安裝極為不便的問題。為了克服現有技術存在的問題，本發明解決問題所採用的技術方案是一種可攜式數控測井儀，包括直流電平隔離模塊和信號分離模塊，信號分離模塊輸出模擬量信號、脈衝量信號和編碼信號，其特徵在於還包括用來對模擬量信號進行處理的主處理模塊、對脈衝量信號和編碼信號進行處理的從處理模塊，主處理模塊和從處理模塊輸出的差分信號接入CANUSB轉換器，CANUSB轉換器將差分信號轉換為數位訊號輸出；信號分離模塊、主處理模塊、從處理模塊和USBCAN轉換器採用總線連接方式。
文檔編號E21B47/12GK102086762SQ20111006060
公開日2011年6月8日 申請日期2011年3月14日 優先權日2011年3月14日
發明者何寧, 李建安, 肖秦琨, 袁曉偉, 陳超波, 高嵩 申請人:西安工業大學