一种模拟井下温压信号采集显示仪制造技术

本发明专利技术提供一种模拟井下温压信号采集显示仪，由模拟温压信号发生模块、信号采集模块、串口发送模块和上位机接收显示模块组成，模拟温压信号发生模块包括线性温压ROM数据表和DAC双通道转换模块，线性温压ROM数据表存储于FPGA的mif文件中，DAC双通道转换模块按通道顺序循环读取线性温压ROM数据表中的数据并输出相应的地层温度和地层压力对应的电压值；信号采集模块包括与微控制器连接的模数转换器，微控制器控制模数转换器采集地层温度和地层压力对应的电压值并按照通道顺序将地层温度和地层压力对应的电压值实时分离出温度数据和压力数据后发送给串口发送模块；上位机接收显示模块实时解码显示温度数据和压力数据。

An analog downhole temperature and pressure signal acquisition and display instrument

The invention provides an analog downhole temperature and pressure signal acquisition and display instrument, which is composed of an analog temperature and pressure signal generating module, a signal acquisition module, a serial port transmitting module and a host computer receiving and displaying module. The analog temperature and pressure signal generating module includes a linear temperature and pressure ROM data table and a DAC dual channel conversion module, and a linear temperature and pressure ROM data table is stored. In the MIF file of the FPGA, the DAC dual-channel conversion module reads the data from the linear temperature-pressure ROM data table in channel sequence and outputs the corresponding voltage values of formation temperature and formation pressure; the signal acquisition module includes an analog-to-digital converter connected with the microcontroller, and the microcontroller controls the analog-to-digital converter to collect formation temperature and formation pressure. The voltage corresponding to formation pressure is separated from the temperature data and pressure data in real time according to the channel order and sent to the serial port sending module. The upper computer receiving and displaying module decodes and displays the temperature data and pressure data in real time.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟井下温压信号采集显示仪
本专利技术涉及钻井测量
，尤其涉及一种模拟井下温压信号采集显示仪。
技术介绍
随着电子以及信息技术的迅速发展，微机、单片机及其外围设备也得到了高速的发展和广泛的应用。为了突显自动控制的优越性，检测监控流程的整体性，利用单总线控制下位机中的设备、器件和采集系统的数据信号，方便系统监控一体化。数据采集技术主要研究数字及模拟信息的采集、处理、存储及控制等内容，信号处理技术、传感器技术、计算机技术和数据采集技术一起构成现代检测技术的基础。测井过程中井下仪器的数据采集需通过数据总线送至遥传仪器并通过遥传仪器传输至地面主控，地面主控通过数据总线将各种控制命令传至相应的井下测井仪器，井下测井仪器数据总线一般要求双向数据传输。随钻测量技术作为一种能够实现井下测量仪器与地面监测设备实时信息交互的测量技术，能够实时监测井下地质参数、钻井参数和井眼参数等，可为井下资料的现场分析、处理和解释提供有力保障，进而提高钻井效率，同时降低钻井成本。井下与地面之间的数据信息传输是随钻测量技术的一个关键环节，同时也是制约随钻测量技术发展的瓶颈。传统的多路数据采集系统的设计有两种方法，一种是基于下位机单片机和上位机PC的系统架构方式进行设计，且上位机PC软件多采用VB、VC++、DELPHI等面向对象的程序设计语言进行设计；另一种是基于美国国家NI仪器公司的数据采集卡和上位机LABVIEW的系统架构方式进行设计。第一种设计方案的优点是下位机单片机硬件成本较低，缺点是上位机软件编程调试较复杂，开发周期长，需要专业人员才能实现；第二种设计方案的优点是上位机软件采用LABVIEW图形化编程语言，具有编程简单方便，界面形象直观，缩短开发周期，并可根据用户的需要对系统做出快速更改等；缺点是NI公司的数据采集卡比较贵，对于中小企业来说是一笔不小的开销。本专利技术提供了一种模拟井下温压信号采集显示仪，能够辅助测井工作者开发井下检测仪器时，减少去现场试验时间，缩短测井仪器开发周期。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种开发简单、成本较低、使用方便的模拟井下温压信号采集显示仪。本专利技术的实施例提供一种模拟井下温压信号采集显示仪，主要由模拟温压信号发生模块、信号采集模块、串口发送模块和上位机接收显示模块组成，所述模拟温压信号发生模块包括线性温压ROM数据表和DAC双通道转换模块，所述线性温压ROM数据表根据温度传感器探测的地层温度和与之对应的输出电压的关系及压力传感器探测的地层压力和与之对应的输出电压的关系构建而成，并存储于FPGA的mif文件中，所述DAC双通道转换模块按通道顺序循环读取所述线性温压ROM数据表中的数据并输出相应的地层温度和地层压力对应的电压值；所述信号采集模块包括与微控制器连接的模数转换器，所述微控制器控制所述模数转换器采集所述地层温度和地层压力对应的电压值，并按照所述通道顺序将所述地层温度和地层压力对应的电压值实时分离出温度数据和压力数据后发送给所述串口发送模块；所述上位机接收显示模块用于通过所述串口发送模块接收并实时解码显示所述温度数据和所述压力数据。进一步地，所述线性温压ROM数据表的构建方法为：依据所述温度传感器探测的地层温度和所述压力传感器探测的地层压力，在井深为0～4000m的范围内，假设温度和压力近似线性增加，所述温度传感器输出信号经过适当处理后，在20℃时输出电压为aV，在180℃时输出电压为3aV，a>0；所述压力传感器输出信号经过适当处理后，在0.1MPa时输出电压为bV，在40.1MPa输出电压为5bV，b>0；所述线性温压ROM数据表的数字量值CODE的计算过程在matlab中完成，然后把计算的数据导入到FPGA的mif文件中而构建成所述线性温压ROM数据表。进一步地，所述DAC双通道转换模块包括用于与所述线性温压ROM数据表连接以输出DAC转换后的12位数据的线性温压模块、与所述线性温压模块连接且能够分别用于模拟温度传感器信号和模拟压力传感器信号的DAC双通道模块和与所述DAC双通道模块连接的TLV5618芯片，所述TLV5618芯片亦具有双通道，所述TLV5618芯片的双通道分别用于输出与所述模拟温度传感器信号和所述模拟压力传感器信号相应的地层温度和地层压力对应的电压值。进一步地，所述模数转换器为逐次逼近型的ADC128S022芯片，其具有8通道以及12位的分辨率，所述ADC128S022芯片通过SPI接口连接到所述微控制器上。进一步地，所述微控制器主要由ADC芯片驱动模块、ADC通道控制模块、ADC采样控制模块和温压数据分离模块构成，通过所述ADC通道控制模块采用轮询的方式设置采样通道数，通过所述ADC采样控制模块设置采样率使所述采样通道按一定的采样率进行切换，并实时把切换的通道和每次采样启动的信号发送至所述ADC芯片驱动模块，所述ADC芯片驱动模块主要采用线性序列机的原理，使用一个计数器不断对其接收的信号进行计数，以得到每个信号发生变化时对应的时刻以及所述计数器上对应的值，从而控制所述ADC128S022芯片对所述地层温度和地层压力对应的电压值进行采样，所述温度压力数据分离模块用于把所述ADC芯片驱动模块中采样的所述地层温度和地层压力对应的电压值实时分离出所述温度数据和所述压力数据。进一步地，所述信号采集模块对所述模拟温压信号发生模块采样数据是所述模拟温压信号发生模块输出的数据的1.2倍。进一步地，在所述串口发送模块在所述FPGA上发送的数据采用加上帧头和帧尾的格式，编码单次串口发送数据时，在帧头和帧尾之间加上所述温度数据和所述压力数据。进一步地，帧头数据为FF99，帧尾数据为AA99。进一步地，所述串口发送模块主要包括发送底层模块和发送按键使能模块，所述发送底层模块中设有具有待发送数据的IP核，以供实时调试所述待发送数据，所述串口发送模块的输入主要是位于所述发送按键使能模块上的外部按键和所述IP核中的待发送数据，其输出通过串口转USB模块后与所述上位机接收显示模块中VISA模块通信。进一步地，所述上位机接收显示模块包括所述VISA模块、解码模块和显示模块，所述VISA模块分为前面板和后面板，所述VISA模块配置串口的函数是后面板中的VISA函数，所述VISA函数中的VISA读函数用于从所述串口发送模块中读取数据，所述VISA函数把单次读取数据，按字符串的格式缓存至数组，然后把数组接入所述解码模块，所述解码模块首先甄别数组中的帧头和帧尾，然后换算出检测的所述温度数据和所述压力数据的具体数值，然后把多次换算所述温度数据和所述压力数据求均值，得出误差较小的检测结果，所述显示模块对输入的所述温度数据和所述压力数据进行判断，若判断结果为假，则继续显示上次数值；若判断结果为真，则把当前检测的所述温度数据和所述压力数据输入至温度和压力波形图表，并实时显示当前检测的所述温度数据和所述压力数据。本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术所述的模拟井下温压信号采集显示仪直接在FPGA上开发，降低了开发难度，缩短了开发周期；同时对地层温度和地层压力进行实时采样和显示，降低了操作难度、节省了成本，且使用简单，方便后续调试。附图说明图1是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟井下温压信号采集显示仪，其特征在于：主要由模拟温压信号发生模块、信号采集模块、串口发送模块和上位机接收显示模块组成，所述模拟温压信号发生模块包括线性温压ROM数据表和DAC双通道转换模块，所述线性温压ROM数据表根据温度传感器探测的地层温度和与之对应的输出电压的关系及压力传感器探测的地层压力和与之对应的输出电压的关系构建而成，并存储于FPGA的mif文件中，所述DAC双通道转换模块按通道顺序循环读取所述线性温压ROM数据表中的数据并输出相应的地层温度和地层压力对应的电压值；所述信号采集模块包括与微控制器连接的模数转换器，所述微控制器控制所述模数转换器采集所述地层温度和地层压力对应的电压值，并按照所述通道顺序将所述地层温度和地层压力对应的电压值实时分离出温度数据和压力数据后发送给所述串口发送模块；所述上位机接收显示模块用于通过所述串口发送模块接收并实时解码显示所述温度数据和所述压力数据。

【技术特征摘要】
1.一种模拟井下温压信号采集显示仪，其特征在于：主要由模拟温压信号发生模块、信号采集模块、串口发送模块和上位机接收显示模块组成，所述模拟温压信号发生模块包括线性温压ROM数据表和DAC双通道转换模块，所述线性温压ROM数据表根据温度传感器探测的地层温度和与之对应的输出电压的关系及压力传感器探测的地层压力和与之对应的输出电压的关系构建而成，并存储于FPGA的mif文件中，所述DAC双通道转换模块按通道顺序循环读取所述线性温压ROM数据表中的数据并输出相应的地层温度和地层压力对应的电压值；所述信号采集模块包括与微控制器连接的模数转换器，所述微控制器控制所述模数转换器采集所述地层温度和地层压力对应的电压值，并按照所述通道顺序将所述地层温度和地层压力对应的电压值实时分离出温度数据和压力数据后发送给所述串口发送模块；所述上位机接收显示模块用于通过所述串口发送模块接收并实时解码显示所述温度数据和所述压力数据。2.如权利要求1所述的模拟井下温压信号采集显示仪，其特征在于：所述线性温压ROM数据表的构建方法为：依据所述温度传感器探测的地层温度和所述压力传感器探测的地层压力，在井深为0～4000m的范围内，假设温度和压力近似线性增加，所述温度传感器输出信号经过适当处理后，在20℃时输出电压为aV，在180℃时输出电压为3aV，a>0；所述压力传感器输出信号经过适当处理后，在0.1MPa时输出电压为bV，在40.1MPa输出电压为5bV，b>0；所述线性温压ROM数据表的数字量值CODE的计算过程在matlab中完成，然后把计算的数据导入到FPGA的mif文件中而构建成所述线性温压ROM数据表。3.如权利要求1所述的模拟井下温压信号采集显示仪，其特征在于：所述DAC双通道转换模块包括用于与所述线性温压ROM数据表连接以输出DAC转换后的12位数据的线性温压模块、与所述线性温压模块连接且能够分别用于模拟温度传感器信号和模拟压力传感器信号的DAC双通道模块和与所述DAC双通道模块连接的TLV5618芯片，所述TLV5618芯片亦具有双通道，所述TLV5618芯片的双通道分别用于输出与所述模拟温度传感器信号和所述模拟压力传感器信号相应的地层温度和地层压力对应的电压值。4.如权利要求1所述的模拟井下温压信号采集显示仪，其特征在于：所述模数转换器为逐次逼近型的ADC128S022芯片，其具有8通道以及12位的分辨率，所述ADC128S022芯片通过SPI接口连接到所述微控制器上。5.如权利要求4所述的模拟井下温压信号采集显示仪，其特征在于：所述微控制器主要由ADC芯片驱动模...

【专利技术属性】
技术研发人员：左国勇，孙云志，曾立新，肖冬顺，马明，卢春华，陆洪智，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，长江岩土工程总公司武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42