专利名称：井下工程参数测试的小信号放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种放大器，具体地说，是涉及一种用于测试井下工程参数的小信号 放大器。
背景技术：
井下工程参数包括压力、温度、钻压、扭矩、加速度、弯曲应力等多种参数，都来自 于钻井现场的各种传感器。在井下几千米处，环境十分恶劣，温度高达20(TC、压强高达几十 MPa，钻头在工作过程中产生极强的振动，以及钻井液的腐蚀性等将对井下仪器产生重大的 影响，由此传感器输出的信号会夹杂着井下环境产生的各种噪声。而在钻井现场，井架等重 型设备的屏蔽干扰和钻井液泵、发电机等大型电磁设备也具有强烈干扰。另外，井下工程参 数的信号幅度十分微小，一般为μ V数量级，很容易被淹没于噪声之中，难于被检测。因此，井下工程参数测试的小信号放大器必须具备耐高温、高压、腐蚀，抗冲击、振 动，高稳定度，强噪声抑制能力等性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井下工程参数测试的小信号放大器，用于在进行参数 测试的过程中过滤掉井下环境中的各种噪声干扰，以便于后续测试电路能够对信号顺利地 进行参数测试。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下井下工程参数测试的小信号放大器，其特征在于，包括依次连接的电压源、前置放 大器、低通滤波器、高通滤波器、陷波器、后级放大电路和A/D转换器。所述电压源通过桥式电路与前置放大器连接。所述前置放大器为固定增益放大器或程控增益放大器。所述后级放大电路为增益可调的放大器。本发明的原理在于利用高通、陷波、低通三种滤波器分别消除井下工程信号中存 在的低频干扰、交流电干扰和高频干扰，同时根据井下工程参数的特点，考虑所有硬件都要 在高温、高压环境下正常工作，选择元器件时要注意元器件的耐高温、高压能力。根据井下工程参数测试的环境考虑，小信号放大器所要求的技术指标为(1)输入阻抗=Ri 彡 IOM Ω(2)输入模式单端输入(3)工作频率0 IOOHz(4)共模抑制比CMRR 彡 IOOdB(5)最小输入电压50 μ V(6)电压增益60 80dB(7)工作温度0°C 125°C由于小信号放大器是在“看不见，摸不着”的高温、高压、腐蚀及强烈振动的井下工CN 102094618 A
说明书
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作，有很多不确定因素，给小信号放大器的设计带来了困难。井下工程参数测试的小信号放 大器设计的技术难点(1)环境条件恶劣井下高温、高压、强振动、多噪声和狭小空间，如何保证小信号 放大器的正常工作，隔热、防热辐射是首先要解决的问题。所有器件要能工作在宽温度范围 内，即O0C^ T ^ 125°C(2)电子元器件的抗冲击性能；(3)模拟井下信号源的产生以及高温、高压、强振动的模拟实验；(4)实现较强的抗干扰性能、高稳定性；(5)井下设备的电池供电技术。本发明设计合理，具有很强的抗干扰、抗冲击、耐高温、耐高压能力，以及很高的稳 定性，能够有效地消除井下工程中信号周围的各种噪声干扰，使信号得到准确的参数测试， 使用效果十分明显。本发明主要用于噪声干扰强烈的恶劣环境中，特别是井下工程中的信 号参数测试。
图1为发明的系统框图。
具体实施例方式如图1所示，井下工程参数测试的小信号放大器，包括依次连接的电压源、前置放 大器、低通滤波器、高通滤波器、陷波器、后级放大电路和A/D转换器。所述电压源通过桥式电路与前置放大器连接。电压源的大小由井下工程条件决 定，一般为O 100 μ V。所述前置放大器为固定增益放大器或程控增益放大器。所述后级放大电路为增益可调的放大器。下面对本发明的各个模块进行详细描述。1、前置放大器由于从井下传感器输出的信号电压幅度为μ V级信号。甚至可能被噪声淹没，无 法直接进行转换，必须经前置放大器提高信噪比，改善信号性能，并进一步提高幅度。前置 放大器可以设计成固定增益或者是程控增益，要保证仪器具有足够的放大能力和动态范 围。根据井下工程参数的特点，前置放大器必须满足以下要求(1)高输入阻抗由于信号源内阻可达数kQ，所以小信号放大器的输入阻抗必须在几十kQ以上。(2)高共模抑制比前置放大器的两输入端之间除了差模信号电压，另一部分就是干扰电压。干扰电 压主要来源有温度、湿度、压力、振动等外部环境条件。工频干扰和其他环境干扰以共模形 式存在，幅值可达几伏甚至几十伏，所以要求小信号放大电路具有高的共模抑制比(CMRR)。 高共模抑制比是对前置放大器最基本的要求，抑制共模干扰是前放的首要任务，小信号放 大器的共模抑制比一般要求60 IOOdB,高性能的小信号放大器的CMRR达120dB甚至更尚。(3)低噪声、低漂移由于检测的井下工程参数电压信号的幅值微小，一般在μ V数量级，而且井下高 温、高压、强振动及多噪声环境，电路内部有各种噪声源存在，使得电路在没有信号输入的 时，输出端仍然有一定幅度的波动电压，这就是电路的输出噪声。要求其中的运算放大器具 有极低的温度漂移、失调电压。(4)耐高温、抗冲击随着井深的增加，温度相应升高，电子元器件的温度漂移将影响放大器的测试精度。因此小信号放大器硬件电路元件必须具备耐高温、温度系数小等特点。同时各电 子元器件要具备较强的抗冲击性能。2、低通滤波器(LPF)前置放大器输出的电信号，由于来自于环境恶劣的井下，夹杂着包括振动、高电压 脉冲等带来的各种干扰噪声，如不加分离，则无法将有用信号从噪声中提取出来。而且有用 信号频率在IOOHz以下，故使用低通滤波器器电路成为可能。3、高通滤波器(HPF)设置高通滤波器主要是为了使高于某频率的信号成分顺利通过，抑制电子电路中 的低频干扰，包括电阻热噪声、运算放大器的Ι/f噪声及各种白噪声等。4、50Hz 陷波器50Hz交流电是非常强的干扰，在井场附近的电动机、发电机、绞车等大型设备工作 的时候，这种干扰十分普遍，将严重影响微弱信号的采集，必须设法滤除。5、后级放大电路后级放大电路的主要作用是将前置放大器输出的信号放大到后续电路所需要的 信号电平。它还可以设置为增益可调节的放大器。当井下传感器输出的信号出现起伏时， 通过自动增益控制电路对放大器的增益进行调整，使放大器的输出信号幅度在一定范围内 不受输入信号的影响。
权利要求
1.井下工程参数测试的小信号放大器，其特征在于，包括依次连接的电压源、前置放大 器、低通滤波器、高通滤波器、陷波器、后级放大电路和A/D转换器。
2.根据权利要求1所述的井下工程参数测试的小信号放大器，其特征在于，所述电压 源通过桥式电路与前置放大器连接。
3.根据权利要求1所述的井下工程参数测试的小信号放大器，其特征在于，所述前置 放大器为固定增益放大器或程控增益放大器。
4.根据权利要求1所述的井下工程参数测试的小信号放大器，其特征在于，所述后级 放大电路为增益可调的放大器。
全文摘要
本发明公开了一种井下工程参数测试的小信号放大器，属于信号放大技术，主要解决了现有技术中井下工程参数测试时信号干扰太强难以准确测试的问题。该井下工程参数测试的小信号放大器包括依次连接的电压源、前置放大器、低通滤波器、高通滤波器、陷波器、后级放大电路和A/D转换器。所述电压源通过桥式电路与前置放大器连接。所述前置放大器为固定增益放大器或程控增益放大器。所述后级放大电路为增益可调的放大器。本发明设计合理，元器件性能稳定，能够有效地消除井下工程中信号周围的各个噪声干扰，提高信号参数测试的准确性。
文档编号E21B47/00GK102094618SQ200910216750
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者黄友华 申请人:武侯区巅峰机电科技研发中心