一种利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路，包括三个加速度传感器信号调理单元、多通道电子开关、信号放大器、模拟数字转换芯片，每个加速度传感器信号调理单元的输入端与各自相应的加速度传感器的输出端连接，其输出端与多通道电子开关一一对应相接，所述加速度传感器主要测量井下测斜仪的工具面参数，所述多通道电子开关、信号放大器、模拟数字转换芯片依次连接。本发明可改变三件高灵敏度的加速度传感器输出负载阻抗，使它们在测量动态加速度时测量信号无失真，保证了测量精度，也提高了测斜仪的抗震性能。
【专利说明】一种利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油随钻测井系统中井下测斜仪的传感器【技术领域】，尤其是指一种利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路。
【背景技术】
[0002]业内习知，在石油随钻测井系统中使用测斜仪传感器技术测量仪器在井下定位是十分必要的，定位参数主要有井斜、方位和工具面。传感器的测量精度直接影响测斜仪的定向参数性能，现场作业时，井下强烈震动环境严重影响传感器测量精度，要准确地测量定向参数，关键措施之一是提高传感器的抗震性能及输出测量信号的处理电路，现提出改变加速度传感器负载阻抗的方案实现信号无失真处理，进而提高了测斜仪的抗震性能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路，能够根据井下震动环境的变化改变负载阻抗，利用负载阻抗特性提高井下测斜仪的抗震性能。
[0004]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路，它包括有三个加速度传感器信号调理单元、多通道电子开关、信号放大器、模拟数字转换芯片，每个加速度传感器信号调理单元的输入端与各自相应的加速度传感器的输出端连接，其输出端与多通道电子开关对应相接，所述加速度传感器主要测量井下测斜仪的工具面参数，所述多通道电子开关、信号放大器、模拟数字转换芯片依次连接；其中，每个加速度传感器信号调理单元均包括有旁路电容、限流电阻以及用于将加速度传感器输出的电流信号转换为电压信号的采样电阻，所述旁路电容和采样电阻相互并联，其一端接地，且并联后串联有限流电阻，所述旁路电容和限流电阻构成了加速度传感器的负载，形成有负载阻抗，且呈现的负载阻抗能够随加速度传感器加测量信号的变化而变化。
[0005]所述旁路电容和采样电阻之间串联有电感，所述旁路电容、电感和限流电阻构成加速度传感器的负载，能够改变加速度传感器的负载阻抗，其阻抗公式如下:
[0006]Z,.^ JwC1 +—~^7-1=l,2,3
R + JwLi
[0007]式中，j为虚数；w为角速度,是信号频率f的2 倍Ki为旁路电容值，R为限流电值，Li为电感值。
[0008]它还包括有三个磁信号调理单元，每个磁信号调理单元的输入端与各自相应的磁场强度传感器的输出端连接，其输出端与多通道电子开关对应相接，所述磁场强度传感器主要测量井下测斜仪的方位参数。
[0009]所述多通道电子开关在任意时刻仅选通输出其中的一路。
[0010]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0011]1、可改变三件高灵敏度的加速度传感器输出负载阻抗，使它们在测量动态加速度时测量信号无失真，保证了测量精度，也提高了测斜仪的抗震性能；
[0012]2、可以对加速度传感器输出信号进行低通滤波和去噪声处理,改善信号质量；
[0013]3、本电路特别适用于井下复杂环境下测量仪器的井斜、方位、工具面等参数，可在高温125°C环境下稳定工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明电路的原理图。
[0015]图2为加速度传感器Gl结合去掉电感LI的加速度传感器信号调理单元的示意图。
[0016]图3为加速度传感器Gl的工作信号不意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0018]如图1所示，本实施例所述的利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路，包括:
[0019]三个加速度传感器信号调理单元，利用负载阻抗随震动频率变化实现三个加速度传感器Gl、G2、G3在强震环境下保证了测量精度，提高井下测斜仪的抗震性能；
[0020]三个磁信号调理单元MC1、MC2、MC3，用于确保三个磁场强度传感器M1、M2、M3的测量精度；
[0021]多通道电子开关U1，输入六通道传感器信号，任意时刻仅选通输出其中的一路；
[0022]信号放大器U2，对选通后的信号进行放大处理；
[0023]模拟数字转换芯片U3，将放大后的传感器模拟信号转换为数字信号。
[0024]其中，所述三个加速度传感器信号调理单元的输入端分别与三个加速度传感器G1、G2、G3的输出端一一对应相接，其输出端则与多通道电子开关Ul —一对应相接，所述三个加速度传感器Gl、G2、G3主要测量井下测斜仪的工具面参数；所述三个磁信号调理单元MC1、MC2、MC3的输入端分别与三个磁场强度传感器M1、M2、M3的输出端一一对应相接，其输出端则与多通道电子开关Ul —一对应相接，所述三个磁场强度传感器M1、M2、M3主要测量井下测斜仪的方位参数；所述多通道电子开关U1、信号放大器U2、模拟数字转换芯片U3依次连接。
[0025]在本实施例中，每个加速度传感器信号调理单元均包括有旁路电容、限流电阻、电感以及用于将加速度传感器输出的电流信号转换为电压信号的采样电阻，如图1所示，Cl?3是旁路电容，LI?3是电感，Rl?3是采样电阻，其中，在每个加速度传感器信号调理单元中，所述旁路电容和采样电阻相互并联，且其一端接地，并联后串联有限流电阻，所述电感串联在旁路电容和采样电阻之间；所述旁路电容、电感和限流电阻构成了加速度传感器的负载，震动环境的变化引起加速度传感器测量信号的变化，为加速度传感器设计的负载呈现的阻抗不是固定值，该值随加速度传感器测量信号的变化而变化，抑制了因强烈震动引起加速度传感器输出信号的失真，在震动强度变化剧烈的工况下，亦能保证加速度传感器的测量精度，进而提高了测斜仪的抗震性能，其阻抗公式如下:
[0026]Z,.= jwC: + n \ r i=12 3
R + JWLj
[0027]式中，j为虚数；w为角速度,是信号频率f的2 倍Ki为旁路电容值，R为限流电值，Li为电感值。
[0028]负载阻抗构成的变化情况如下表I所示。
[0029]表1-负载阻抗变化表
[0030]
加速度值G (t) j负载阻抗Z
G(t) = Gr Z = Z0直流常量
0<G(t) <Gth Z = Zi交流变量
G(t)>GTHZ = Zi信号失真
[0031]当然，去掉图1中的电感LI?3后的加速度传感器信号调理单元，同样也可以起到改善抗震性能的目的，如图2所示。无论是否去掉电感LI?3，本电路的适应范围包括所有利用阻抗特性改善测斜仪抗震性能的情况。
[0032]下面我们以加速度传感器Gl为例对本电路的原理进行详细说明，其具体情况如下:
[0033]当加速度传感器Gl静止测量时，Gl测量输出电流为一恒定值，旁路电容Cl相当于开路，电感LI相当于短路，此时Gl的负载阻抗为Z1 = 1/R，电流经采样电阻Rl转换为恒定电压，输出信号表现为直流常量值；当加速度传感器Gl经受剧烈震动时，Gl的负载阻抗
Gl测量输出变化的电流经采样电阻Rl转换为变化的电压信号，由于旁路电容Cl和电感LI的作用，Gl的负载阻抗中含变量W，故能够改善输出的测量信号质量。
[0034]如图3所示，本图给出了上述案例的加速度传感器Gl信号变化，其中，加速度传感器Gl输出电流信号为i，流过旁路电容Cl的电流为I1，流过电感LI的电流为i2，流过采样电阻Rl的电流为i3 ;当静止测量时，I1 = O, i2 = i3 ;当震动条件下测量时，i = ii+i2，
ii^ O, i2 = i3。
[0035]以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路，其特征在于:它包括有三个加速度传感器信号调理单元、多通道电子开关(Ul)、信号放大器(U2)、模拟数字转换芯片(U3)，每个加速度传感器信号调理单元的输入端与各自相应的加速度传感器的输出端连接，其输出端与多通道电子开关(Ul) —一对应相接，所述加速度传感器主要测量井下测斜仪的工具面参数，所述多通道电子开关(Ul)、信号放大器(U2)、模拟数字转换芯片(U3)依次连接；其中，每个加速度传感器信号调理单元均包括有旁路电容、限流电阻以及用于将加速度传感器输出的电流信号转换为电压信号的采样电阻，所述旁路电容和采样电阻相互并联，其一端接地，且并联后串联有限流电阻，所述旁路电容和限流电阻构成了加速度传感器的负载，形成有负载阻抗，且呈现的负载阻抗能够随加速度传感器加测量信号的变化而变化。
2.根据权利要求1所述的一种利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路，其特征在于:所述旁路电容和采样电阻之间串联有电感，所述旁路电容、电感和限流电阻构成加速度传感器的负载，能够改变加速度传感器的负载阻抗，其阻抗公式如下: Z = JwCi H----1=l ,2,3 ! ' R + JwLi 式中，j为虚数为角速度，是信号频率f的2 π倍A为旁路电容值，R为限流电值，Li为电感值。
3.根据权利要求1所述的一种利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路，其特征在于:它还包括有三个磁信号调理单元，每个磁信号调理单元的输入端与各自相应的磁场强度传感器的输出端连接，其输出端与多通道电子开关(Ul) 对应相接，所述磁场强度传感器主要测量井下测斜仪的方位参数。
4.根据权利要求1或3所述的一种利用负载阻抗特性提高井下测斜仪抗震性能的电路，其特征在于:所述多通道电子开关(Ul)在任意时刻仅选通输出其中的一路。
【文档编号】E21B47/024GK104141487SQ201410367764
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】朱晓岭, 王肄辉, 王小虎, 刘海, 熊陵 申请人:中天启明石油技术有限公司