一种地层测试器测控系统的制作方法

1.本发明涉及油井测试领域，具体涉及一种地层测试器测控系统。


背景技术：

2.在进行油井测试的过程中，需要对岩石及流体的特性进行定量判定，从而为油气的开采提供有效的依据。地层测试是一种在高温、高压的井筒环境下对地层和油气动态进行测量的技术，验证深度储层中压力、温度和流体的性质，并对油藏进行综合评价，以求取地层产能。电缆地层测试器是对地层进行动态测试的测井仪，通过对地层流体取样和压力测试，能够确定储层油水界面，获取有效渗透率，进而对储层进行产能评价。而电缆地层测试器测控系统则相当于电缆地层测试器的“大脑”，由多种电源电路和控制采集电路组成，可通过传感器进行数据采集以及井下通讯传输，以实现对仪器工作流程的控制。
3.现有的电缆地层测试器测控系统主要包括机械结构单元和电路模块两部分。其中，机械结构单元主要包括电机、电磁阀、应变压力计、温度传感器等；电路模块主要是对信号进行滤波、去耦、调零和放大等操作，并反馈控制如电磁阀、电机等机械单元的运行。
4.现有的电缆地层测试器测控系统在地层流体取样以及压力测试的过程中，主要存在以下问题：一是由于地层测试器涉及电源、电机、电磁阀、探针、泵抽、电导率计数、样筒寻址等多个短节，每个短节分布了数量不等的仪器并且仪器之间的动作时序复杂，在采集多种地层压力和流体传感器数据时存在测控效率低、容错性差的问题；二是大功率的直流无刷电机运转时对测控系统产生干扰、单一高压驱动的功率损耗、单一低压驱动能力不足以及不能满足175℃的特定工作环境等问题。
5.因此，地层测试器测控系统在地层流体取样以及压力测试的过程中存在的上述问题亟待解决。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的地层测试器测控系统。
7.根据本发明的一个方面，提供了一种地层测试器测控系统，所述系统包括供电模块，通过总线与地面操作系统连接的通讯模块，与所述通讯模块连接的主控模块，与所述主控模块连接的电机控制驱动模块、电磁阀驱动模块、密度计数据采集模块、电导率计数据采集模块、石英压力传感器数据采集模块、样筒寻址模块以及传感器；
8.所述通讯模块用于：通过总线接收来自地面操作系统的指令，将指令进行格式转换后发送给所述主控模块；以及，接收来自所述主控模块的数据，将数据进行格式转换后通过总线发送给地面操作系统；
9.所述主控模块用于：接收来自所述通讯模块的指令，若所述指令为采集指令，则通过rs485总线采集电机控制驱动模块、电磁阀驱动模块、密度计数据采集模块、电导率计数据采集模块的数据，通过can总线采集石英压力传感器数据采集模块、样筒寻址模块的数
据，采集传感器数据；若所述指令为数据上传指令，则将采集到的数据发送给通讯模块；若所述指令为控制指令，则通过rs485总线向电磁阀驱动模块发送电磁阀操作指令，或者通过rs485总线向电机控制驱动模块发送电机操作指令，或者通过can总线向样筒寻址模块发送样筒操作相关指令。
10.在一种可选的方式中，所述供电模块用于将输入电源经过多种线性变换方式产生其它模块所需的模拟/数字电源，电磁阀驱动电源，石英压力传感器电源，流体传感器电源；
11.所述供电模块还用于：对直流无刷电机驱动所需电源进行滤波。
12.在一种可选的方式中，所述通讯模块包括：
13.由第一cmos驱动器和第一变压器构成的第一数据通道；
14.由第二coms驱动器和第二变压器构成的第二数据通道；
15.由差分总线接收器和第三变压器构成的指令通道；以及
16.编解码逻辑模块，用于将编码后的数据通过第一数据通道或第二数据通道上传至地面操作系统；将解码后的数据通过由ttl发送逻辑通过ttl信号通道发送给主控模块，接收主控模块经ttl信号通道发送的数据。
17.在一种可选的方式中，所述主控模块包括：微处理控制器、rs485接口芯片、can接口芯片、三路仪表放大器、一路运算放大器以及数字式温度传感器；其中，所述微处理控制器包括：第一sci控制器、第二sci控制器、can控制器以及模数转换器；
18.所述第一sci控制器与所述rs485接口芯片组成rs485总线数据收发电路，实现与电机控制驱动模块、电磁阀驱动模块、密度计数据采集模块、电导率数据采集模块之间的通讯；
19.所述第二sci控制器通过ttl信号通道接收所述通讯模块的指令或上传采集的数据；
20.所述can控制器与所述can接口芯片组成can总线数据收发电路，实现与石英压力传感器数据采集模块与样筒寻址模块之间的通讯；
21.所述三路仪表放大器与所述模数转换器实现三路差压传感器压力信号的调理与采集；
22.所述一路运算放大器与所述模数转换器实现位移信号的调理与采集；
23.所述数字式温度传感器用于：监测环境温度；
24.所述微处理控制器用于：实现上电自检流程、采集数据流程、数据打包上传流程、自动抽泵流程控制流程以及样筒地址分配控制流程。
25.在一种可选的方式中，所述电磁阀驱动模块包括：rs485接口芯片、微处理控制器、第一p型双极型晶体管以及第二p型双极型晶体管；其中，所述微处理控制器包括：sci控制器、第一数字式输出端口以及第二数字式输出端口；
26.所述sci控制器与所述rs485接口芯片组成rs485总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的指令；
27.所述第一数字式输出端口与第一p型双极型晶体管组成第一电磁阀驱动电路，所述第一p型双极型晶体管的发射极连接至电磁阀维持电源；
28.所述第二数字式输出端口与第二p型双极型晶体管组成第二电磁阀驱动电路，所述第二p型双极型晶体管的发射极连接至电磁阀激励电源；
29.所述微处理控制器用于：实现与主控模块的通讯流程、电磁阀操作控制流程。
30.在一种可选的方式中，所述电机控制驱动模块包括：rs485接口芯片、微处理控制器、硬件换向电路、栅极驱动器以及全桥mosfet阵列；
31.所述微处理控制器与rs485接口芯片组成rs485总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的控制指令和采集指令；
32.所述硬件换向电路由反相器和施密特触发器组成，通过所述微处理控制器的数字式输出端口信号和霍尔传感器信号一同控制电机的启动、停止、正转、反转以及转子转向；
33.所述栅极驱动器与全桥mosfet阵列组成直流无刷电机转子驱动电路；
34.所述微处理控制器用于：实现与主控模块的通讯流程，电机启动、停止、正转、反转控制流程。
35.在一种可选的方式中，所述密度计数据采集模块包括：rs485接口芯片、微处理控制器以及起振激励与信号调理电路；其中，所述微处理控制器包括：sci控制器、边沿捕获控制器；
36.所述sci控制器与所述rs485接口芯片组成rs485总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的指令和上传数据；
37.所述起振激励与信号调理电路包括第一自激线圈、第二自激线圈、前置放大电路、反向电路、功率放大电路以及隔离整理电路，用于实现密度计的起振激励与信号调理；
38.所述边沿捕获控制器用于对调理后的密度计输出信号进行脉宽计数；
39.所述微处理控制器用于：实现与主控模块通讯流程控制、密度计信号脉宽计数、密度计信号的标准单位工程值解算。
40.在一种可选的方式中，所述电导率计数据采集模块包括：rs485接口芯片、微处理控制器、一级运算放大电路、有效值检波电路以及压频转换电路；其中，所述微处理控制器包括：sci控制器、pmw发生器以及边沿捕获控制器；
41.所述sci控制器与rs485接口芯片组成rs485总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的指令和上传数据；
42.所述pmw发生器用于：产生固定方波信号，以及，通过一级运算放大电路产生电导率传感器发射线圈激励信号；
43.所述有效值检波电路和压频转换电路用于：将电导率传感器的接收线圈信号转换成方波信号，以被所述边沿捕获控制器接收；
44.所述微处理控制器用于：实现与主控模块通讯流程控制、pwm波产生流程控制、电导率信号频率计数流程控制、电导率信号的标准单位工程值解算。
45.在一种可选的方式中，所述石英压力传感器数据采集模块包括：can接口芯片以及微处理控制器；其中，所述微处理控制器包括：can控制器以及i2c总线控制器；
46.所述can控制器与所述can接口芯片组成can总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的远程帧，并自动应答数据；
47.所述i2c总线控制器通过i2c总线读取石英压力传感器压力和温度计数值；
48.所述微处理控制器用于：实现与主控模块之间通讯流程控制、石英压力传感器计数值读取流程控制、石英压力传感器压力和温度计数值的标准单位工程值解算。
49.在一种可选的方式中，所述样筒寻址模块包括：温度传感器、can接口芯片、微处理
控制器、8路电磁阀驱动电路、前置样筒寻址模块、后置样筒寻址模块；其中，所述微处理控制器包括：can控制器、模数转换器、通用io单元、flash存储器、第一sci控制器、第二sci控制器；
50.所述can控制器与所述can接口芯片组成can总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的电磁阀操作指令；
51.所述温度传感器用于：采集样筒温度；
52.所述第一sci控制器连接至前一级样筒寻址模块的第二sci控制器，由前一级样筒寻址模块动态分配节点地址，分配成功后向前一级样筒寻址模块发送地址分配成功信号；
53.所述第二sci控制器连接至下一级样筒寻址模块的第一sci控制器，根据当前已分配地址情况，选定新地址通过串行总线发送至下一级样筒寻址模块，若在固定时间内接收到地址分配成功信号，则此次地址分配成功；若在固定时间内没有接收到地址分配成功信号，则再次下发新地址；若下发预设次数不成功，则向主控模块发送地址分配不成功信号；
54.所述flash存储器用于存储当前分配地址；
55.所述微处理控制器用于：实现与主控模块之间通讯流程控制、电磁阀操作流程控制、地址分配流程控制。
56.根据本发明提供的地层测试器测控系统，包括供电模块，通过总线与地面操作系统连接的通讯模块，与所述通讯模块连接的主控模块，与所述主控模块连接的电机控制驱动模块、电磁阀驱动模块、密度计数据采集模块、电导率计数据采集模块、石英压力传感器数据采集模块、样筒寻址模块以及传感器；所述通讯模块通过总线接收来自地面操作系统的指令，将指令进行格式转换后发送给所述主控模块；以及，接收来自所述主控模块的数据，将数据进行格式转换后通过总线发送给地面操作系统；所述主控模块接收来自所述通讯模块的指令，并根据不同的指令执行相应的操作与控制。本发明能够实现对仪器测量地层压力过程和地层流体取样过程的控制，包括与地面系统进行通讯，控制直流无刷电机带动液压泵为系统提供液压动力，控制探针的张开和收回，控制柱塞泵活塞移动抽取地层流体，控制样筒短节的地层流体灌样，采集多种压力和地层流体传感器数据等复杂操作和动作时序，同时也提升了测控系统的容错性能。
57.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，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
58.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
59.图1示出了本发明实施例提供的测控系统结构框图；
60.图2示出了本发明实施例提供的供电模块结构图；
61.图3示出了本发明实施例提供的通讯模块结构图；
62.图4示出了本发明实施例提供的主控模块结构图；
63.图5示出了本发明实施例提供的电磁阀驱动模块结构图；
64.图6示出了本发明实施例提供的电机驱动模块结构图；
65.图7示出了本发明实施例提供的密度计数据采集模块结构图；
66.图8示出了本发明实施例提供的电导率计数据采集模块结构图；
67.图9示出了本发明实施例提供的石英压力传感器数据采集模块结构图；
68.图10示出了本发明实施例提供的样筒寻址模块结构图。
具体实施方式
69.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
70.如图1所示为本实施例中的地层测试器测控系统，包括供电模块，通过总线与地面操作系统连接的通讯模块，与通讯模块连接的主控模块，与主控模块连接的电机控制驱动模块、电磁阀驱动模块、密度计数据采集模块、电导率计数据采集模块、石英压力传感器数据采集模块、样筒寻址模块以及传感器。
71.本实施例中，供电模块将输入电源经过多种线性变换方式产生其它模块所需的模拟/数字电源、电磁阀驱动电源、石英压力传感器电源和流体传感器电源。通讯模块通过总线与地面操作系统进行通讯，将指令发送给主控模块并接收来自主控模块的数据。通过电机控制驱动模块控制直流无刷电机带动液压泵提供液压动力、控制柱塞泵活塞移动抽取地层流体。通过电磁阀驱动模块控制电磁阀的开启关闭。通过密度计数据采集模块、电导率计数据采集模块、石英压力传感器数据采集模块控制相应传感器探针的张开和收回，如通过电导率计数据采集模块控制电导率传感器以获取样品管线流体电导率信息、通过差压传感器以及石英压力传感器获取多种压力数据、通过密度计数据采集模块获取密度传感器采集的样品管线流体密度等信息、通过样筒寻址模块控制样筒短节的地层流体灌样。在电路模块单元相应的微处理控制器中固定程序以根据地面操作系统或主控模块的操作指令控制相应的功能模块，能够控制地层测试器采集地层多种压力和地层流体取样的过程。
72.在一些实施例中，如图1、图3所示，通讯模块通过总线接收来自地面操作系统的指令，将指令进行格式转换后发送给所述主控模块；以及，接收来自主控模块的数据，将数据进行格式转换后通过总线发送给地面操作系统。通讯模块通过总线接收来自地面操作系统的指令，操作人员在地面中控室即可控制/监测井下地层测试作业，可最大程度提高测控效率。
73.可选地，通讯模块通过edib总线接收来自地面操作系统的曼彻斯特码格式的命令，并解码转换成ttl格式命令发送给主控模块；以及，接收来自主控模块ttl格式数据包，并编码转换成曼彻斯特码格式通过edib总线发送给地面操作系统。
74.在一些实施例中，如图1、图4所示，主控模块接收来自通讯模块的指令，若指令为采集指令，则通过rs485总线采集电机控制驱动模块、电磁阀驱动模块、密度计数据采集模块、电导率计数据采集模块的数据，通过can总线采集石英压力传感器数据采集模块、样筒寻址模块的数据，采集传感器数据；若指令为数据上传指令，则将采集到的数据发送给通讯模块；若指令为控制指令，则通过rs485总线向电磁阀驱动模块发送电磁阀操作指令，或者
通过rs485总线向电机控制驱动模块发送电机操作指令，或者通过can总线向样筒寻址模块发送样筒操作相关指令。通过主控模块接收来自通讯模块的采集指令、上传指令、控制指令执行相应采集模块、通讯模块、电磁阀模块、电机驱动模块和样筒寻址模块的各种复杂操作和动作时序，因此，同时也提升了测控系统的容错性能和自动化水平。
75.可选地，若主控模块接收来自所述通讯模块的ttl格式指令为采集指令时，还可通过rs485总线采集电机控制驱动模块、电磁阀驱动模块、密度计数据采集模块、电导率计数据采集模块的数据，以及，通过can总线采集石英压力传感器数据采集模块、样筒寻址模块的数据，采集差压传感器1、差压传感器1、差压传感器3、温度传感器以及位移传感器数据。
76.在一些实施例中，如图1、图2所示，供电模块将输入电源经过多种线性变换方式产生其它模块所需的模拟/数字电源，电磁阀驱动电源，石英压力传感器电源，流体传感器电源。
77.可选地，供电模块将180～220v ac输入电源经过多种线性变换方式产生其它模块所需的模拟/数字电源(5v,
±
12v)，如：电磁阀驱动电源(24v，15v)、石英压力传感器电源(5v)和流体传感器电源(12v)。
78.在一些实施例中，如图1、图2所示，供电模块对直流无刷电机驱动所需电源进行滤波，如：对大功率直流无刷电机驱动所需600v dc电源进行滤波,以减小电机运转时对测控系统产生的干扰。
79.在一些实施例中，如图2所示，供电模块包括：初级线圈、中心轴头(tc)、变压器、ac-dc电源模块以及高压直流滤波模块；其中，初级线圈包括第一初级线圈(ac1)以及第二初级线圈(ac2)；ac-dc电源模块包括第一ac-dc电源模块(ac-dc电源模块1)、第二ac-dc电源模块(ac-dc电源模块2)、第三ac-dc电源模块(ac-dc电源模块3)、第四ac-dc电源模块(ac-dc电源模块4)、第五ac-dc电源模块(ac-dc电源模块5)以及第六ac-dc电源模块(ac-dc电源模块6)；高压直流滤波模块包括第一高压直流滤波模块(高压直流滤波模块1)以及第二高压直流滤波模块(高压直流滤波模块2)；变压器包括第一变压器(t1)、第二变压器(t2)、第三变压器(t3)以及第四变压器(t4)。
80.在一些实施例中，如图2所示，第一变压器、第二变压器、第三变压器以及第四变压器与第一初级线圈、第二初级线圈以及中心抽头分别连接在一起，第一初级线圈、第二初级线圈端输入180～220v ac交流电源。
81.第一变压器的一组次级线圈为第一ac-dc电源模块提供交流输入，经过线性变换产生电磁阀维持电源15v。
82.第二变压器的一组次级线圈为第二ac-dc电源模块提供交流输入，经过线性变换产生模拟/数字电路所需
±
12v电源；第二变压器的另一组次级线圈为第二ac-dc电源模块提供交流输入，经过线性变换产生模拟/数字电路所需5v电源。
83.第三变压器的一组次级线圈为第三ac-dc电源模块提供交流输入，经过线性变换产生电磁阀激励电源24v。
84.第四变压器的第一组次级线圈为第四ac-dc电源模块提供交流输入，经过线性变换产生电机控制驱动模块所需24v电源；第四变压器的第二组次级线圈为第五ac-dc电源模块提供交流输入，经过线性变换产生流体传感器所需12v电源；第四变压器的第三组次级线圈为第六ac-dc电源模块提供交流输入，经过线性变换产生石英压力传感器所需5v电源。
85.高压直流滤波模块对直流无刷电机所需直流高压进行滤波，以减小电机运转对仪器造成的干扰。高压直流滤波模块由一系列高温液体钽电容经过串联和并联组成，并使用均压电阻确保单个电容处于极限耐压值范围内。高压直流滤波模块的耐压值随着环境温度升高而下降，供电模块使用两个高压直流滤波模块(第一高压直流滤波模块和第二高压直流滤波模块)串联，以确保单个高压直流滤波模块在175℃环境温度下处于极限耐压值范围内。
86.可选地，高压直流滤波模块由一系列100uf高温液钽电容和10kω均压电阻组成，等效电容在25℃环境温度下为：112.5uf，等效耐压值为：1200v；在200℃环境温度下为：337.5uf，等效耐压值：600v；直流滤波电路的作用是为直流高压提供滤波，以减小直流电机运转时对系统的干扰。
87.在一些实施例中，如图1、图3所示，通讯模块包括：
88.由第一cmos驱动器(cmos驱动器1)和第一变压器(模式2变压器1)构成的第一数据通道；
89.由第二coms驱动器(cmos驱动器2)和第二变压器(模式2变压器2)构成的第二数据通道；
90.由差分总线接收器和第三变压器(模式5变压器)构成的指令通道；以及，
91.编解码逻辑模块，用于将编码后的数据通过数据通道上传至地面操作系统；将解码后的数据通过由ttl发送逻辑通过ttl信号通道发送给主控模块，接收主控模块经ttl信号通道发送的数据。
92.可选地，编解码逻辑模块包括编码逻辑、解码逻辑以及现场可编程逻辑器件(fpga)，其中，现场可编程逻辑器件包括ttl接收逻辑以及ttl发送逻辑；编码逻辑包括m2编码逻辑以及m5编码逻辑。
93.将m2编码逻辑编码后的数据通过第一数据通道上传至地面系统。
94.将m5编码逻辑编码后的数据通过第二数据通道上传至地面系统。
95.将解码逻辑解码后的数据由ttl发送逻辑通过ttl信号通道发送给主控模块。
96.ttl接收逻辑接收主控模块经ttl信号通道发送的数据包。
97.可选地，第一数据通道采用曼彻斯特码，数据速率为41.66k baud(波特或bit/s)，由于曼彻斯特码是一种自同步的编码方式，即时钟同步信号就隐藏在数据波形中，因此，发送曼彻斯特编码信号时无须另发同步信号，并且曼彻斯特编码信号恢复简单，只要找到信号的边缘进行异步提取即可。第二数据通道采用曼彻斯特码，数据速率为93.75k baud。指令通道采用曼彻斯特码，数据速率为20.83k baud。指令通道、第一数据通道和第二数据通道可挂接elis
tm
测井系统。
98.在一些实施例中，如图1、图4所示，主控模块包括：微处理控制器、rs485接口芯片、can接口芯片、三路仪表放大器(仪表放大器1-3)、一路运算放大器以及数字式温度传感器；其中，所述微处理控制器包括：第一sci控制器(sci控制器1)、第二sci控制器(sci控制器2)、can控制器以及模数转换器(模数转换器adc)。
99.在一些实施例中，如图4所示，第一sci控制器与rs485接口芯片组成rs485总线数据收发电路，实现与电机控制驱动模块、电磁阀驱动模块、密度计数据采集模块、电导率数据采集模块之间的通讯。可选地，通讯波特率为57.6kbps，通讯方式为应答式。
100.所述第二sci控制器通过ttl信号通道接收所述通讯模块的指令或上传采集的数据。
101.所述can控制器与所述can接口芯片组成can总线数据收发电路，实现与石英压力传感器数据采集模块与样筒寻址模块之间的通讯。可选地，通讯波特率为173.8k bps,通讯方式为远程帧自动应答式。
102.所述三路仪表放大器与所述模数转换器实现三路差压传感器(差压传感器1-3)压力信号的调理与采集，用于监测仪器系统压力，张开探针压力，收回探针压力。
103.所述一路运算放大器与所述模数转换器实现位移信号的调理与采集，用于监测流体泵活塞位移。
104.所述数字式温度传感器用于监测环境温度，由微处理控制器的模数转换器adc采集数据。
105.所述微处理控制器用于：实现上电自检流程、采集数据流程、数据打包上传流程、自动抽泵流程控制流程以及样筒地址分配控制流程。可选地，于微处理控制器cpu烧录基于c语言的固定程序。
106.在一些实施例中，如图1、图5所示，电磁阀驱动模块包括：rs485接口芯片、微处理控制器、第一p型双极型晶体管以及第二p型双极型晶体管；其中，所述微处理控制器包括：sci控制器、第一数字式输出端口以及第二数字式输出端口。
107.所述sci控制器与所述rs485接口芯片组成rs485总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的指令。
108.所述第一数字式输出端口与第一p型双极型晶体管组成第一电磁阀驱动电路，所述第一p型双极型晶体管的发射极连接至电磁阀维持电源。可选地，电磁阀维持电源为15v。
109.所述第二数字式输出端口与第二p型双极型晶体管组成第二电磁阀驱动电路，所述第二p型双极型晶体管的发射极连接至电磁阀激励电源。可选地，电磁阀激励电源为24v。
110.所述微处理控制器用于实现与主控模块的通讯流程、电磁阀操作控制流程。可选地，于微处理控制器的cpu烧录基于c语言的固定程序。
111.需要说明的是，电磁阀驱动模块操作控制电磁阀的流程为：若是打开电磁阀指令，则先将第二数字式输出端口置高，使第二p型双极型晶体管导通，并启动定时器计时预设间隔(如200ms)后，将第一数字式输出端口置高，使第一p型双极型晶体管导通，再将第二数字式输出端口置低，使对应的第二p型双极型晶体管关断，维持电磁阀导通状态；若是关闭电磁阀指令，则将第一数字式输出端口置低，使相应的第一p型双极型晶体管处于截止状态，电磁阀关闭。
112.可选地，电磁阀驱动模块包括4块pcb板，每块pcb板设计8路电磁阀驱动电路，总共可控制32个电磁阀。电磁阀驱动方式为“高压激励，低压维持”，可避免单一高压驱动的功率损耗以及单一低压驱动能力不足的问题。
113.在一些实施例中，如图1、图6所示，电机控制驱动模块包括：rs485接口芯片、微处理控制器、硬件换向电路、栅极驱动器以及全桥mosfet阵列。
114.所述微处理控制器与rs485接口芯片组成rs485总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的控制指令和采集指令。
115.所述硬件换向电路由一系列反相器和施密特触发器组成，通过所述微处理控制器
的数字式输出端口信号和霍尔传感器信号一同控制电机的启动、停止、正转、反转以及转子转向。
116.所述栅极驱动器与全桥mosfet阵列组成直流无刷电机转子驱动电路。可选地，栅极驱动器与全桥mosfet阵列组成600w直流无刷电机转子驱动电路，实现100～3000ppm范围内的电机速度控制。
117.所述微处理控制器用于实现与主控模块的通讯流程，电机启动、停止、正转、反转控制流程。可选地，于微处理控制器的cpu烧录基于c语言的固件程序。
118.在一些实施例中，如图1、图7所示，密度计数据采集模块用于控制流体密度传感器信号调理和数据采集，以获取当前样品管线流体密度信息。包括：rs485接口芯片、微处理控制器以及起振激励与信号调理电路；其中，所述微处理控制器包括：sci控制器、边沿捕获控制器。
119.所述sci控制器与所述rs485接口芯片组成rs485总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的指令和上传数据。
120.所述起振激励与信号调理电路包括第一自激线圈(自激线圈1)、第二自激线圈(自激线圈2)、前置放大电路、反向电路、功率放大电路以及隔离整理电路，用于实现密度计的起振激励与信号调理。
121.所述边沿捕获控制器用于对调理后的密度计输出信号进行脉宽计数。
122.所述微处理控制器用于实现与主控模块通讯流程控制、密度计信号脉宽计数、密度计信号的标准单位工程值解算。可选地，于微处理控制器的cpu烧录基于c语言的固件程序。
123.在一些实施例中，如图1、图8所示，电导率计数据采集模块控制流体电导率传感器信号调理和数据采集，以获取当前样品管线流体电导率信息。包括：rs485接口芯片、微处理控制器、一级运算放大电路、有效值检波电路以及压频转换电路；其中，所述微处理控制器包括：sci控制器、pmw发生器以及边沿捕获控制器。
124.所述sci控制器与rs485接口芯片组成rs485总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的指令和上传数据。
125.所述pmw发生器用于产生固定方波信号，以及，通过一级运算放大电路产生电导率传感器发射线圈激励信号。可选地，固定方波信号可为40k hz固定方波信号。
126.所述有效值检波电路和压频转换电路用于：将电导率传感器的接收线圈信号转换成方波信号，以被所述边沿捕获控制器接收。
127.所述微处理控制器用于实现与主控模块通讯流程控制、pwm波产生流程控制、电导率信号频率计数流程控制、电导率信号的标准单位工程值解算。可选地，于微处理控制器的cpu烧录基于c语言的固件程序。
128.在一些实施例中，如图1、图9所示，石英压力传感器数据采集模块包括：can接口芯片以及微处理控制器；其中，所述微处理控制器包括：can控制器以及i2c总线控制器。
129.所述can控制器与所述can接口芯片组成can总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的远程帧，并自动应答数据。
130.所述i2c总线控制器通过i2c总线读取石英压力传感器压力和温度计数值。
131.所述微处理控制器用于实现与主控模块之间通讯流程控制、石英压力传感器计数
值读取流程控制、石英压力传感器压力和温度计数值的标准单位工程值解算。可选地，于微处理控制器的cpu烧录基于c语言的固件程序。
132.在一些实施例中，如图1、图10所示，样筒寻址模块用于对多个pvt样筒短节节点地址动态分配，以支持多个pvt样筒短节挂接。包括：温度传感器、can接口芯片、微处理控制器、8路电磁阀驱动电路、前置样筒寻址模块、后置样筒寻址模块；其中，所述微处理控制器包括：can控制器、模数转换器(模数转换器adc)、通用io单元、flash存储器(flash)、第一sci控制器(sci控制器1)、第二sci控制器(sci控制器2)。
133.所述can控制器与所述can接口芯片组成can总线数据收发电路，用于接收所述主控模块的电磁阀操作指令。
134.所述温度传感器用于采集样筒温度，具体地，由模数转换器采集温度传感器数据以采集/监测样筒温度。
135.所述第一sci控制器连接至前一级样筒寻址模块的第二sci控制器，由前一级样筒寻址模块动态分配节点地址，分配成功后向前一级样筒寻址模块发送地址分配成功信号。
136.所述第二sci控制器连接至下一级样筒寻址模块的第一sci控制器，根据当前已分配地址情况，选定新地址通过串行总线发送至下一级样筒寻址模块，若在固定时间内接收到地址分配成功信号，则此次地址分配成功；若在固定时间内没有接收到地址分配成功信号，则再次下发新地址；若下发预设次数(如5次)不成功，则向主控模块发送地址分配不成功信号。
137.所述flash存储器用于存储当前分配地址，flash存储器掉电后也能保存当前分配地址。
138.所述微处理控制器用于实现与主控模块之间通讯流程控制、电磁阀操作流程控制、地址分配流程控制。可选地，于微处理控制器的cpu烧录基于c语言的固件程序。
139.在一些实施例中，测控系统支持关键部件生命周期管理，能够将关键部件的开关次数及运行时间等记录存储至相关控制和采集电路中，以便于仪器维保。
140.综上所述，本实施例中的地层测试器测控系统，该系统包括供电模块，通过总线与地面操作系统连接的通讯模块，与所述通讯模块连接的主控模块，与所述主控模块连接的电机控制驱动模块、电磁阀驱动模块、密度计数据采集模块、电导率计数据采集模块、石英压力传感器数据采集模块、样筒寻址模块以及传感器。该系统能够实现对仪器测量地层压力过程和地层流体取样过程的控制，包括控制直流无刷电机带动液压泵为系统提供液压动力，控制探针的张开和收回，控制柱塞泵活塞移动抽取地层流体，控制样筒短节的地层流体灌样，以采集多种地层压力和流体传感器数据。该系统具有以下创新性：
141.(1)通过主控模块接收来自通讯模块的采集指令、上传指令、控制指令执行相应采集模块、通讯模块、电磁阀模块、电机驱动模块和样筒寻址模块的各种复杂操作和动作时序，不仅能够采集多种地层压力和流体传感器数据，同时也提升了测控的效率和容错性能。
142.(2)供电模块将输入电源经过多种线性变换方式产生其它模块所需的模拟/数字电源，电磁阀驱动电源，石英压力传感器电源，流体传感器电源。并且，对大功率直流无刷电机驱动所需直流电源提供滤波，减小了电机运转时对测控系统产生的干扰。
143.(3)基于电磁阀驱动电路，采用“高压激励，低压维持”电磁阀驱动方式，解决了单一高压驱动的功率损耗以及单一低压驱动能力不足的问题。
144.(4)该系统可驱动600w直流无刷电机，实现100～3000ppm范围内的速度控制。
145.(5)该系统实现了流体密度传感器信号调理和数据采集，以获取当前样品管线流体密度信息；实现了流体电导率传感器信号调理和数据采集，以获取当前样品管线流体电导率信息；实现了多pvt样筒短节节点地址动态分配，支持多个pvt样筒短节挂接；可采集差压传感器以及石英压力传感器等多种压力传感器数据读取及工程值解算；以及，可采集柱塞泵活塞位移数据，能够实现自动连续泵抽功能。
146.(6)该系统可适应于175℃的特定工作环境。
147.(7)该系统支持关键部件生命周期管理，能够将关键部件开关次数及运行时间等记录至相关控制和采集电路中，以便于仪器维保。
148.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。