专利名称：用于煤层气井探测信号的信号传输设备的制作方法
技术领域：
本发明是有关于ー种信号传输设备，且特别是有关于ー种用于煤层气井的信号传输设备。
背景技术：
生产测井在石油煤炭开发中发挥着重要作用，在生产测进系统中，地面设备一般利用单芯测井电缆作为传输通道，从而对井下仪器进行远程供电、信息采集和控制，从而获得多种复杂的井眼信息作为合理开发的依据。当前的现有技术中，在生产测井领域，利用一到两个芯片对井下仪器测得的信号进行处理，处理后的数据主要依靠常规的单芯测井电缆实现地面系统和井下仪器间的传输。然而，由于受传输介质、设计思想、制造エ艺和井下高温、高压、井口动カ设备干扰等恶劣环境的影响，数据传输过程中容易受信号衰减、失真、电磁干扰等问题困扰。此外，现有技术中的芯片价格较贵，导致整个设备成本较高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于煤层气井探測信号的信号传输设备，其信号传输稳定、成本较低。本发明提出一种用于煤层气井探測信号的信号传输设备，该设备包括通过电缆电性连接的地面系统和井下系统。该地面系统包括电源、第一三极管、第二三极管、若干电阻， 及信号处理终端，该电源为该地面系统及该井下系统提供工作电压。该井下系统包括ニ极管、电容、电压转换电路、第三三极管、若干电阻、信号处理电路以及传感器，该传感器将测得信息通过该信号处理电路处理后，以高低电平的形式输出，该第一至第三三极管会因信号处理电路输出电平的高低变化而导通或截止。当信号处理电路输出一高电平，信号处理终端的输入端电压为低电平；当信号处理电路输出ー低电平，信号处理终端的输入端电压为高电平。优选地，该电缆为单芯同轴电缆。优选地，该信号处理终端输入电平的高低状态受该第一至第三三极管的导通或截止影响，该信号处理电路输出一高电平吋，第一至第三三极管导通，信号处理终端输入端电压为低电平；该信号处理电路输出一低电平吋，第一至第三三极管截止，信号处理终端输入端电压为高电平。优选地，该地面系统的若干电阻包括第一至第五电阻，该电源一端接地，另一端输出一工作电压至第一电阻，且第一电阻通过电缆连接至井下系统，第一电阻的两端分别连接至第一三极管的发射极和基板，第一三极管的集电极与用于分压的第二及第三电阻连接后接地，第四电阻一端连接至第二及第三电阻之间，另一端连接至第二三极管的基板；第二三极管的发射极接地，集电极连接至第五电阻，第五电阻连接至与信号处理电路输出的高电平大小相等的电压，信号处理终端连接至第二三极管的集电极与第五电阻之间。
优选地，该第一三极管为PNP三极管，第二及第三三极管为NPN型三极管。优选地，该第一三极管作为ー电流感应器，其利用发射极和基极之间的电压差，来控制其发射极和集电极之间的通断。优选地，该ニ极管的阳极通过电缆连接至地面系统中的第一电阻，阴极分别连接至电压转换电路的输入端和电容的阳极，电容的阴极接地；该二级管在工作时导通。该电压转换电路将通过ニ极管输入的电压转换为适合信号处理电路的电压，并把该转换后的电压输入至信号处理电路，且电压转换电路还有一端接地。优选地，该井下系统的若干电阻包括第六至第八电阻，该信号处理电路的输入端与电压转换电路的输出端相连，信号处理电路的输出端与用于分压的第七及第八电阻串联后接地，信号处理电路还有一端接地。优选地，该第六电阻一端连接至ニ极管的阳极，另一端连接至第三三极管的集电扱，第三三极管的发射极接地，第三三极管的基极连接至第七电阻和第八电阻之间。优选地，该信号处理终端为一信号报警器、显示器或是信号处理装置。本发明的信号传输设备通过将在井下检测后的数据直接通过电流调整，动态负载反馈至地面，信号不会失真，因此，信号传输稳定性好。同吋，本发明采用的电子元件均成本较低，且电路结构简单，大大降低了设备的成本。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1为本发明较佳实施例的信号传输设备的电路示意图。
具体实施例方式本发明针对以上所述传统技术中存在的问题，提出ー种信号传输稳定、成本较低的信号传输设备，该设备用于煤层气井的信号检测。请參阅图1，图1是本发明较佳实施例的信号传输设备的电路示意图。本实施例中，信号传输设备100包括地面系统10和井下系统20，地面系统10和井下系统20通过电缆30电性连接，以从地面系统10供应电压至井下系统20，并从井下系统20将从井下测得的信号传输至地面系统10。该电缆30为单芯同轴电缆，其长度可达到4000米以上。具体地，地面系统10包括电源P1、由三极管Ql、Q2及电阻Rl R5构成的电路，以及信号处理终端U2。其中，电源Pl用于供应工作电压，在本实施例中，该工作电压为MV。 地面系统10的具体电路连接关系详述如下。电源Pl —端接地，另一端输出+24V电压至电阻R1，且电阻Rl通过电缆30连接至井下系统20。在地面系统10中，电阻Rl的两端分別具有G、K两个节点，G点连接至三极管Ql的发射极和基板。三极管Ql的集电极与分压电阻R2及R3连接，电阻R3接地。其中，电阻R2和R3之间具有ー节点C，三极管Ql的集电极与电阻R2之间具有ー节点D。电阻R4 —端连接至电阻R2和R3之间的节点C，另一端进ー 步连接至三极管Q2的基板。三极管Q2的发射极接地，集电极连接至电阻R5。电阻R5还连接至一 5V的电压。三极管Q2的集电极与电阻R5之间具有ー节点B，信号处理终端U2连接至该节点B。在本实施例中，较佳情况下，三极管Ql为PNP三极管，三极管Q2为NPN型三极管。 电阻Rl的阻值为35 Ω，电阻R2的阻值为19Κ Ω，电阻R3的阻值为涨Ω，电阻R5的阻值为 10ΚΩ。其中，三极管Ql在本电路中作为ー电流感应器，其利用G、K两点之间的电压差，来控制发射极和集电极之间的通断(即，G、D两点间的通断)。电阻Rl两端G、K两点之间的电压差是由MV电源线上的电流I形成，该电流I即为流经电阻Rl的电流。信号处理终端U2 可为一信号报警器、显示器或是一部信号处理装置(如计算机、中央处理器等)。井下系统20包括ニ极管D1、电容Cl、电压转换电路Ul、三极管Q3、电阻R7 R8、信号处理电路U3以及负载し其中，三极管Q3为ー NPN型三极管。ニ极管Dl的阳极通过电缆30连接至地面系统10中的电阻R1，ニ极管Dl的阴极分别连接至电压转换电路Ul的输入端和电容Cl的阳极。电容Cl的阴极接地。电压转换电路Ul通过ニ极管Dl输入一+24V 的电压，并将该电压转换为+5V，转换后的+5V电压输入信号处理电路U3。S卩，电压转换电路Ul的输入端与ニ极管Dl电性连接，输出端与信号处理电路U3电性连接，且电压转换电路Ul还具有一接地端。信号处理电路U3的输入端与电压转换电路Ul的输出端相连，输出端与分压电阻 R7、R8串联，且电阻R8接地。信号处理电路U3还具有ー接地端。其中，信号处理电路U3的输出端和电阻R7之间具有ー节点A，电阻R7与电阻R8之间具有ー节点H。ニ极管Dl的阳极具有ー节点F，电阻R6 —端连接至F点，另一端连接至三极管Q3 的集电极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极连接至电阻R7和电阻R8之间的节点 H。此外，三极管Q3的集电极和电阻R6之间具有ー节点E。此外，电压转换电路Ul输出的+5V电压还供应给负载L使用，该负载L在本实施例中包括一传感器(图未示)。该传感器用于感测井下的温度、湿度、气压等环境參数中的一个或多个，并将测得信息通过信号处理电路U3处理后，以高低电平的形式输出。本实施例中，从F点分出两个支路，即ニ极管Dl所在支路和电阻R6所在支路，其中，流经ニ极管Dl的电流为I1,流经电阻R6的电流为12，显然，I=Ii+I2，I为流经电阻Rl的电流。以上是本发明所述的信号传输设备100的电路介绍，下面将介绍其工作过程的原理。电源Pl提供一 +24V电压，则ニ级管Dl导通，经过ニ极管D1、电容Cl，得到ー个单向稳定的电流同吋，经过电压转换电路U1，转换输出一个稳定的电压(+5V)，该电压输出供信号处理电路U3、负载L (传感器)使用。当传感器感测ー參数，并将测得信息通过信号处理电路U3处理后，以高低电平的形式输出。当信号处理电路U3处理该參数并输出高电平(如+5V)吋，即，A点电压为高电平吋，该高电平经电阻R7、R8分压后，电阻R7和R8之间的H点电压高于三极管Q3的集电极对地电压，驱动三极管Q3导通。在本实施例中，电阻R7和R8之间的H点电压例如为0. 7V, 三极管Q3集电极对地饱和电压约为0. 2V。由此，电阻R6两端的F、E点之间有电流流过， 即I2= (UF— Ue)/R6，其中，Uf为F点的电压，Ue为E点的电压。同吋，当信号处理电路U3输出端A点电压为高电平(如+5V)吋，1=1け12，当 I*R1彡0. 7V，三极管Ql导通，G、D两点之间的饱和电压差约为0. 2V。C点电压为UD*R3/ (R2+R3)，其中，Ud为D点的电压。如果C点的电压高于0. 7V，则三极管Q2导通，三极管Q2集电极对地饱和电压约为0. 2V，此时，B点电压为0V。当信号处理电路U3输出端A点为低电平(OV)吋，三极管Q3截止，即12=0，I=I1, 如果I一Rl < 0. 7V，则三极管Ql截止，C点电压0V,导致三极管Q2截止，则B点电压为5V。综上所述，当信号处理电路U3输出端A点电压为高电平，信号处理终端U2的输入端B点电压为低电平(0V)，反之，当信号处理电路U3输出端A点电压为低电平，信号处理终端U2的输入端B点电压为高电平(+5V)。由此，实现A点信号向B点的传播过程。综上所述，本发明的信号传输设备通过将在井下检测后的数据直接通过电流调整，动态负载反馈至地面，信号不会失真，因此，信号传输稳定性好。同吋，本发明采用的电子元件均成本较低，且电路结构简单，大大降低了设备的成本。以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述掲示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种用于煤层气井探測信号的信号传输设备，用于煤层气井探測信号，该信号传输设备包括地面系统和井下系统，该地面系统和该井下系统通过电缆电性连接，其特征在干该地面系统包括电源、第一三极管、第二三极管、若干电阻，及信号处理终端，该电源为该地面系统及该井下系统提供工作电压；该井下系统包括ニ极管、电容、电压转换电路、第三三极管、若干电阻、信号处理电路以及传感器，该传感器将测得信息通过该信号处理电路处理后，以高低电平的形式输出，该第一至第三三极管会因信号处理电路输出电平的高低变化而导通或截止；当信号处理电路输出一高电平，信号处理终端的输入端电压为低电平；当信号处理电路输出一低电平，信号处理终端的输入端电压为高电平。
2.根据权利要求1所述的用于煤层气井探測信号的信号传输设备，其特征在干，该电缆为单芯同轴电缆。
3.根据权利要求2所述的用于煤层气井探測信号的信号传输设备，其特征在于，该信号处理终端输入电平的高低状态受该第一至第三三极管的导通或截止影响，该信号处理电路输出一高电平吋，第一至第三三极管导通，信号处理终端输入端电压为低电平；该信号处理电路输出ー低电平吋，第一至第三三极管截止，信号处理终端输入端电压为高电平。
4.根据权利要求1所述的用于煤层气井探測信号的信号传输设备，其特征在于，该地面系统的若干电阻包括第一至第五电阻，该电源一端接地，另一端输出ー工作电压至第一电阻，且第一电阻通过电缆连接至井下系统，第一电阻的两端分别连接至第一三极管的发射极和基板，第一三极管的集电极与用于分压的第二及第三电阻连接后接地，第四电阻ー 端连接至第二及第三电阻之间，另一端连接至第二三极管的基极；第二三极管的发射极接地，集电极连接至第五电阻，第五电阻连接至与信号处理电路输出的高电平大小相等的电压，信号处理终端连接至第二三极管的集电极与第五电阻之间。
5.根据权利要求4所述的用于煤层气井探測信号的信号传输设备，其特征在于，该第一三极管为PNP三极管，第二及第三三极管为NPN型三极管。
6.根据权利要求5所述的用于煤层气井探測信号的信号传输设备，其特征在于，该第一三极管作为ー电流感应器，其利用发射极和基极之间的电压差，来控制其发射极和集电极之间的通断。
7.根据权利要求5所述的用于煤层气井探測信号的信号传输设备，其特征在于，该ニ 极管的阳极通过电缆连接至地面系统中的第一电阻，阴极分别连接至电压转换电路的输入端和电容的阳极，电容的阴极接地；该二级管在工作时导通，该电压转换电路将通过ニ极管输入的电压转换为适合信号处理电路的电压，并把该转换后的电压输入至信号处理电路，且电压转换电路还有一端接地。
8.根据权利要求7所述的用于煤层气井探測信号的信号传输设备，其特征在于，该井下系统的若干电阻包括第六至第八电阻，该信号处理电路的输入端与电压转换电路的输出端相连，信号处理电路的输出端与用于分压的第七及第八电阻串联后接地，信号处理电路还有一端接地。
9.根据权利要求8所述的用于煤层气井探測信号的信号传输设备，其特征在于，该第六电阻一端连接至ニ极管的阳极，另一端连接至第三三极管的集电极，第三三极管的发射极接地，第三三极管的基极连接至第七电阻和第八电阻之间。
10.根据权利要求1所述的用于煤层气井探測信号的信号传输设备，其特征在于，该信号处理终端为一信号报警器、显示器或是信号处理装置。
全文摘要
本发明提出一种用于煤层气井探测信号的信号传输设备，其成本低，信号传输稳定。该设备包括通过电缆电性连接的地面系统和井下系统。该地面系统包括电源、第一三极管、第二三极管、若干电阻，及信号处理终端，该电源为该地面系统及该井下系统提供工作电压。该井下系统包括二极管、电容、电压转换电路、第三三极管、若干电阻、信号处理电路以及传感器，该传感器将测得信息通过该信号处理电路处理后，以高低电平的形式输出，该第一至第三三极管会因信号处理电路输出电平的高低变化而导通或截止。当信号处理电路输出一高电平，信号处理终端的输入端电压为低电平；当信号处理电路输出一低电平，信号处理终端的输入端电压为高电平。
文档编号E21B47/12GK102536214SQ20101058948
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者臧伟 申请人:常州凯锐自动化控制设备有限公司, 臧伟