一种适用于油井测压的双通道声音变送器及其电路制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于油井测压的双通道声音变送器及其电路，包括电路变送部分和变送器部分。其中电路变送部分输入电压±5V～±36V电压，直接输出标准的用来计算声速的接箍回波0‑5V电压信号和用来计算液面深度的液面回波0‑5V电压信号，可直接进行AD转换，实现了微弱信号的放大，灵敏度较高，同时，减小了变送器的体积，方便进行井下测量，满足了更多工况下的监测条件。

A Dual-Channel Sound Transmitter for Oil Well Pressure Measurement and Its Circuit

【技术实现步骤摘要】
一种适用于油井测压的双通道声音变送器及其电路
本专利技术属于油井地层压力测量领域，涉及一种适用于油井测压的双通道声音变送器及其电路。
技术介绍
目前在测试油井地层压力时，普遍采用存储式压力计测量方式。该方法每次测试，需启出油井管、杆、柱组合，测试周期较长，约15天，测试成本较高，同时影响产量。因此，有人提出了利用回声测试地层压力的方式，但是测试回声的声音变送器目前市场尚无，成为了回声法测试地层压力的关键技术难题。一般通过压电效应制作的声音传感器，不具备对声音信号处理能力，多采用软件对声音信号进行处理，将传感器信号直接获取，在获取有用信号的同时，也容易带入无用噪声信号，软件滤波，将信号频谱扩展到无限范围，容易产生频谱混叠，此时信号频谱发生了畸变，滤波器设计无任何意义。这将不利于接箍波信号中声速数据的提取。同时，因液面波由井底液面反射回来，信号本身较微弱，也容易埋没在噪声中，无法准确辨识，最终导致测试结果无法分析，测试失败。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术难题，提供一种适用于油井地层压力测量的双通道声音变送器及其电路，该声音变送器将微弱回声信号实现自适应放大滤波，输出0-5V标准电压信号，满足回声法测试地层压力的需求。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种适用于油井测压的双通道声音变送器电路，电路设置在变送器的电路板上，包括电源电路、电压跟随电路、电荷放大电路和低通滤波电路；电源电路输出端与其余电路输出端均连接，电源电路输出±5V～±36V电压；电压跟随电路输出端连接至电荷放大电路输入端；电荷放大电路输出端连接至低通滤波电路的输入端；低通滤波电路包括截止频率在100Hz和10Hz的两个自适应低通滤波电路；100Hz低通滤波电路包括滤波器芯片U4，滤波器芯片U4的IN端口连接电荷放大器芯片U3的OUT端口；滤波器芯片U4的NC端口接地，V-端口和NC端口连接后接地，VCC端口连接+5V电压，并且通过电容C10接地，GND端口通过电容C9接地，CLK端口依次通过电阻R7和VPULSE模块后接地；滤波器芯片U4的截至频率Fcutoff＝Fclk/50，Fclk为5KHz；10Hz低通滤波电路包括滤波器芯片U5，滤波器芯片U5的IN端口连接电荷放大器芯片U3的OUT端口；滤波器芯片U5的NC端口接地，V-端口和NC端口连接后接地，VCC端口连接+5V电压，并且通过电容C12接地，GND端口通过电容C11接地，CLK端口依次通过电阻R7和VPULSE模块后接地；滤波器芯片U5的截至频率Fcutoff＝Fclk/50，Fclk为500Hz。优选的，电压跟随电路包括外部端子P2和电压跟随器芯片U2；外部端子P2的端口1接地，端口2经过电阻R1一端后，连接至电压跟随器芯片U2的+IN1端口，电阻R1另一端接地；电压跟随器芯片U2的V-端口连接-5V电压，并且通过电容C5接地；电压跟随器芯片U2的VCC端口连接+5V电压，并且通过电容C4接地；电压跟随器芯片U2的OUT1端口与-IN1端口连接后连接至电荷放大电路输入端。进一步，电压跟随电路输出端依次经过电阻R2、电容C6一端、二极管D1负极和二级管D2正极后，连接至电荷放大器芯片U3的IN+端口；电荷放大器芯片U3的IN-端口依次经过二级管D2负极、二极管D1正极、电容C6另一端和电阻R3后接地；二级管D2正极通过二极管D4连接-5V电压，二极管D4负极连接二级管D2正极；二级管D2负极通过二极管D3连接+5V电压，二极管D3正极连接二级管D2负极。进一步，外部端子P2的端口2与电阻R1之间连接有TVS二极管D5负极，TVS二极管D5正极接地。优选的，电荷放大电路包括电位器R4和电荷放大器芯片U3；电压跟随电路输出端连接电荷放大器芯片U3的IN+端口，电荷放大器芯片U3的IN-端口接地，V-端口连接-5V电压，并且通过电容C7接地；RG1端口通过电位器R4连接RG2端口；VCC端口通过电容C8接地；电荷放大器芯片U3的OUT端口连接低通滤波电路的输入端。进一步，电荷放大器芯片U3的VCC端口通过电阻R5与电容C8连接，电阻R5通过电阻R6接地，电荷放大器芯片U3的REF端通过电容C8接地。优选的，电位器R4采用数字可编程电位器。优选的，电源电路包括端子P1和电源转换芯片U1；端子P1的端口1接地，端口2经过电容C1的一端后，分别连接电源转换芯片U1的端口和VCC端口，电容C1的另一端接地；电源转换芯片U1的CAP+端口通过电容C2连接CAP-端口；GND端口接地，并且通过电容C3连接OUT端口。一种适用于油井测压的双通道声音变送器，基于上述任意一项所述的电路，包括依次设置的正极铜座、第一压电陶瓷环、第二压电陶瓷环和负极铜座；负极铜座中心设置有通孔，正极铜座中心向外延伸，延伸至从负极铜座的通孔处伸出，延伸部分与通孔之间密封设置；正极铜座、第一压电陶瓷环、第二压电陶瓷环和负极铜座通过绝缘垫片间隔设置，形成内部中空的腔体；第一压电陶瓷环内侧通过导线与正极铜座相连，外侧与第二压电陶瓷环内侧相连，第二压电陶瓷环外侧通过导线与负极铜座；正极铜座和负极铜座均通过导线连接有电路板。优选的，第一压电陶瓷环和第二压电陶瓷环外侧包裹有聚氨酯封装。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述声音变送器通过集成了放大滤波电路，直接输出标准0-5V电压信号，方便用户直接进行AD转换，得到侧试结果，本专利技术通过设计100Hz低通滤波电路和10Hz低通滤波电路，能够将放大后的信号进行滤波，获取0-100Hz宽频声波与0-10Hz低频声波，可根据回声信号质量，实现了微弱信号的自适应放大以及双通道滤波，宽频声波用来采集接箍波，用来计算声速，低频声波用来采集液面回波，用来计算液面深度，获得计算声速的有用接箍波信号与计算液面深度的有用液面波信号，进而能够准确测得井下液柱高度，获得井底压力，直接对接箍波信号与液面波信号进行双通道独立滤波，可以获得无任何干扰的接箍波信号以及更清晰的液面波信号，对井下压力计算十分有利，可以进一步提高测试仪器的稳定性以及精度；同时，减小了变送器的体积，方便进行井下测量，满足了更多工况下的监测条件。进一步，通过设置数字可编程电位器R4，实现放大倍数可调节功能，满足了更多监测要求。进一步，通过设计钳位保护电路，对电荷放大器芯片U3进行保护，防止烧毁。进一步，电阻R5和电阻R6组成的分压电路，能够将放大后的正负双极性电压信号，转变为正极性电压信号。本专利技术所述变送器采用两级压电陶瓷环串联结构设计，压电陶瓷采用环状设计，串联在一起，提高声音监听灵敏度，谐振频率27-31KHz，静电容7000pF，机电耦合系数0.35，灵敏度在20HZ时为190±1.5db，实现高灵敏度监测。进一步，压电陶瓷外镀聚氨酯封装，灵敏度高，并使其具备一定的承压能力以及耐腐蚀能力，可较好的应用于套压相对较高，含有腐蚀性气体的油井，最高承压10MPa，测量井下压力达到0-20MPa，完全满足油田生产低压试井测试需求。附图说明图1为本专利技术的各电路关系示意图；图2为本专利技术的电源电路示意图；图3为本专利技术的电压跟随电路示意图；图4为本专利技术的电荷放大电路示意图；图5为本专利技术的100Hz低通滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于油井测压的双通道声音变送器电路，其特征在于，电路设置在变送器的电路板(7)上，包括电源电路、电压跟随电路、电荷放大电路和低通滤波电路；电源电路输出端与其余电路输出端均连接，电源电路输出±5V～±36V电压；电压跟随电路输出端连接至电荷放大电路输入端；电荷放大电路输出端连接至低通滤波电路的输入端；低通滤波电路包括截止频率在100Hz和10Hz的两个自适应低通滤波电路；100Hz低通滤波电路包括滤波器芯片U4，滤波器芯片U4的IN端口连接电荷放大器芯片U3的OUT端口；滤波器芯片U4的NC端口接地，V‑端口和NC端口连接后接地，VCC端口连接+5V电压，并且通过电容C10接地，GND端口通过电容C9接地，CLK端口依次通过电阻R7和VPULSE模块后接地；滤波器芯片U4的截至频率Fcutoff＝Fclk/50，Fclk为5KHz；10Hz低通滤波电路包括滤波器芯片U5，滤波器芯片U5的IN端口连接电荷放大器芯片U3的OUT端口；滤波器芯片U5的NC端口接地，V‑端口和NC端口连接后接地，VCC端口连接+5V电压，并且通过电容C12接地，GND端口通过电容C11接地，CLK端口依次通过电阻R7和VPULSE模块后接地；滤波器芯片U5的截至频率Fcutoff＝Fclk/50，Fclk为500Hz。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于油井测压的双通道声音变送器电路，其特征在于，电路设置在变送器的电路板(7)上，包括电源电路、电压跟随电路、电荷放大电路和低通滤波电路；电源电路输出端与其余电路输出端均连接，电源电路输出±5V～±36V电压；电压跟随电路输出端连接至电荷放大电路输入端；电荷放大电路输出端连接至低通滤波电路的输入端；低通滤波电路包括截止频率在100Hz和10Hz的两个自适应低通滤波电路；100Hz低通滤波电路包括滤波器芯片U4，滤波器芯片U4的IN端口连接电荷放大器芯片U3的OUT端口；滤波器芯片U4的NC端口接地，V-端口和NC端口连接后接地，VCC端口连接+5V电压，并且通过电容C10接地，GND端口通过电容C9接地，CLK端口依次通过电阻R7和VPULSE模块后接地；滤波器芯片U4的截至频率Fcutoff＝Fclk/50，Fclk为5KHz；10Hz低通滤波电路包括滤波器芯片U5，滤波器芯片U5的IN端口连接电荷放大器芯片U3的OUT端口；滤波器芯片U5的NC端口接地，V-端口和NC端口连接后接地，VCC端口连接+5V电压，并且通过电容C12接地，GND端口通过电容C11接地，CLK端口依次通过电阻R7和VPULSE模块后接地；滤波器芯片U5的截至频率Fcutoff＝Fclk/50，Fclk为500Hz。2.根据权利要求1所述的一种适用于油井测压的双通道声音变送器电路，其特征在于，电压跟随电路包括外部端子P2和电压跟随器芯片U2；外部端子P2的端口1接地，端口2经过电阻R1一端后，连接至电压跟随器芯片U2的+IN1端口，电阻R1另一端接地；电压跟随器芯片U2的V-端口连接-5V电压，并且通过电容C5接地；电压跟随器芯片U2的VCC端口连接+5V电压，并且通过电容C4接地；电压跟随器芯片U2的OUT1端口与-IN1端口连接后连接至电荷放大电路输入端。3.根据权利要求2所述的一种适用于油井测压的双通道声音变送器电路，其特征在于，电压跟随电路输出端依次经过电阻R2、电容C6一端、二极管D1负极和二级管D2正极后，连接至电荷放大器芯片U3的IN+端口；电荷放大器芯片U3的IN-端口依次经过二级管D2负极、二极管D1正极、电容C6另一端和电阻R3后接地；二级管D2正极通过二极管D4连接-5V电压，二极管D4负极连接二级管D2正极；二级管D2负极通过二极管D3连接+5V电压，二极管D3正极连接二级管D2...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾信，单吉全，丑世龙，于志刚，樊晨，李珍，张彬，朱振兴，赵天福，杨海楠，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11