一种底部钻具动力学参数信号处理电路及处理方法技术

一种底部钻具动力学参数信号处理电路及方法。电路包括井下动力学参数测量单元、多参数信号采集单元、信号调理单元、模拟‑数字信号转换单元、总线缓冲单元、中央处理单元和井下电源综合管理单元。本发明专利技术效果：由井下多参数测量单元进行钻压、扭矩、转速、振动、环境压力及温度的测量，通过多参数信号采集单元的设置实现了多通道多参数同步采集，由信号调理单元实现信号的前期预处理，测量信号由模拟‑数字信号转换单元进行数据的量化处理，总线缓冲单元实现了前端采集数据与后端中央处理单元间的暂存与缓冲，对于多路多参数信号的采集，在保证测量精度的前提下，对于提升电路的稳定性和复杂环境的适应性具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种底部钻具动力学参数信号处理电路及处理方法
本专利技术属于石油天然气钻井
，特别是涉及一种底部钻具动力学参数信号处理电路及处理方法。
技术介绍
在石油钻井领域中，通过安装于底部钻具上的传感器及信号处理电路对井下动力学参数进行测量、存储和传输，对于了解井下工况、掌握底部钻具井下工作过程中各参数的性能变换情况、进行底部钻具的故障诊断及性能优化具有重要的意义。然而，底部钻具井下动力学参数测量具有测量种类多、数据量大、环境复杂、精度要求高等特点，在井下高温、振动、冲击等恶劣环境下要进行高速、高精度的数据采集，常规的用于地面信号采集与处理的电路结构和方法难以满足要求。研究一种用于底部钻具井下动力学参数测量的信号处理电路结构，实现对测量单元输出信号的调理、采样、转换、暂存与缓冲等功能，满足其对数据精度和测量稳定性的要求，为后续的数据分析、解释提供准确、可靠的数据依据，指导下步钻进、提高钻井效率、减少钻井事故具有重要的意义和应用价值。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种底部钻具动力学参数信号处理电路及处理方法，以实现对钻压、扭矩、转速、振动、环空压力、温度等动力学参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种底部钻具动力学参数信号处理电路，其特征在于：所述的底部钻具动力学参数信号处理电路包括：井下动力学参数测量单元(100)、多参数信号采集单元(200)、信号调理单元(300)、模拟‑数字信号转换单元(400)、总线缓冲单元(500)、中央处理单元(600)和井下电源综合管理单元(700)；其中井下动力学参数测量单元(100)连接多参数信号采集单元(200)，多参数信号采集单元(200)连接信号调理单元(300)，信号调理单元(300)连接模拟‑数字信号转换单元(400)，多参数信号采集单元(200)和模拟‑数字信号转换单元(400)通过总线缓冲单元(500)连接中央处理单元(600)，井...

【技术特征摘要】
1.一种底部钻具动力学参数信号处理电路，其特征在于：所述的底部钻具动力学参数信号处理电路包括：井下动力学参数测量单元(100)、多参数信号采集单元(200)、信号调理单元(300)、模拟-数字信号转换单元(400)、总线缓冲单元(500)、中央处理单元(600)和井下电源综合管理单元(700)；其中井下动力学参数测量单元(100)连接多参数信号采集单元(200)，多参数信号采集单元(200)连接信号调理单元(300)，信号调理单元(300)连接模拟-数字信号转换单元(400)，多参数信号采集单元(200)和模拟-数字信号转换单元(400)通过总线缓冲单元(500)连接中央处理单元(600)，井下电源综合管理单元(700)连接井下动力学参数测量单元(100)、多参数信号采集单元(200)、信号调理单元(300)、模拟-数字信号转换单元(400)、总线缓冲单元(500)和中央处理单元(600)。2.根据权利要求1所述的底部钻具动力学参数信号处理电路，其特征在于：所述的井下动力学参数测量单元(100)包括钻压测量装置(1001)、扭矩测量装置(1002)、转速测量装置(1003)、三轴振动测量装置(1004)、环境压力测量装置(1005)和环境温度测量装置(1006)；其中，钻压测量装置(1001)、扭矩测量装置(1002)通过在管柱外壁上粘贴特定方向和数量的应变片实现，其余测量装置均由对应的传感器完成。3.根据权利要求1所述的底部钻具动力学参数信号处理电路，其特征在于：所述的多参数信号采集单元(200)包括第一集成电路U1及其外围电路、第二集成电路U2及其外围电路，第一集成电路U1、第二集成电路U2的外围电路包括第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；其中，所述的第一集成电路U1为多路开关，选用74HC4051集成电路芯片，所述的第二集成电路U2为运算放大器，选用LM2902D低功率运算放大器，所述的第一集成电路U1的A0～A7引脚为多路信号输入引脚，与所述的井下动力学参数测量单元(100)中各传感器输出信号Si连接，所述的第一集成电路U1的GND引脚接地，所述的第一集成电路U1的VCC引脚连接所述的井下电源综合管理单元(700)提供的+5V直流电源，第一电容C1一端连接所述第一集成电路U1的VCC引脚，另一端接地，所述的第一集成电路U1的VEE引脚连接所述的井下电源综合管理单元(700)提供的-5V直流电源，第二电容C2一端连接所述第一集成电路U1的VEE引脚，另一端接地，所述第一集成电路U1的引脚E为使能端，低电平有效，接地设置，所述第一集成电路U1的S0～S2引脚为选通控制端，其通过所述的总线缓冲单元(500)与所述的中央处理单元(600)连接，用于实现所述第一集成电路U1的A0～A7引脚的选通控制；所述第一集成电路U1的A引脚为输出引脚，连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接所述第二集成电路U2的同相输入端，第三电容C3的一端连接所述第二集成电路U2的同相输入端，另一端接地，所述第二集成电路U2的反相输入端连接所述第二集成电路U2的输出端，所述第二集成电路U2的输出端为所述多参数信号采集单元(200)的输出端，连接所述信号调理单元(300)。4.根据权利要求1所述的底部钻具动力学参数信号处理电路，其特征在于：所述的信号调理单元(300)包括第三集成电路U3及其外围器件、第四集成电路U4及其外围电路，第三集成电路U3、第四集成电路U4的外围电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第四电容C4；其中，所述的第三集成电路U3和第四集成电路U4均为运算放大器，均选用LM2902D低功率运算放大器，第二电阻R2的一端为信号输入端，连接所述的多参数信号采集单元(200)的输出端，第二电阻R2的另一端连接所述的第三集成电路U3的同相输入端，第三电阻R3的一端连接所述的第三集成电路U3的同相输入端，另一端接地，第四电阻R4一端连接所述的第三集成电路U3的反相输入端，另一端接地，第五电阻R5一端连接所述的第三集成电路U3的反相输入端，另一端连接所述的第三集成电路U3输出端，第六电阻R6一端连接所述的第三集成电路U3输出端，另一端连接所述第四集成电路U4的同相输入端，第四电容C4为滤波电容，正极连接所述第四集成电路U4的同相输入端，负极接地，所述第四集成电路U4的反相输入端连接所述第四集成电路U4的输出端，所述第四集成电路U4的输出端为信号调理单元(300)的输出端。5.根据权利要求1所述的底部钻具动力学参数信号处理电路，其特征在于：所述的模拟-数字信号转换单元(400)包括第五集成电路U5及其外围电路、第六集成电路U6及其外围电路，第五集成电路U5、第六集成电路U6的外围电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和第一晶振Y1；其中，第五集成电路U5为模拟-数字转换芯片，选用AD公司的AD7710芯片，第六集成电路U6为或门，选用HD74HCT1G32芯片，所述第五集成电路U5的MCLKIN引脚为外部晶振输入引脚，连接第一晶振Y1的第一引脚，所述第五集成电路U5的MCLKOUT引脚为外部晶振输出引脚，连接第一晶振Y1的第二引脚，所述第五集成电路U5的引脚为同步逻辑输入引脚，低电平有效，连接所述的井下电源综合管理单元(700)提供的+5V直流电源，所述第五集成电路U5的MODE引脚为时钟选择引脚，此处设置为外部时钟方式，MODE引脚接地，所述第五集成电路U5的AIN1(+)引脚、AIN1(-)引脚、AIN2(+)引脚和AIN2(-)引脚为所述的模拟-数字信号转换单元(400)的输入引脚，所述第五集成电路U5的AIN1(+)引脚连接所述信号调理单元(300)中第四集成电路U4的输出端，所述第五集成电路U5的AIN1(-)引脚连接所述的井下电源综合管理单元(700)提供的-5V直流电源，所述第五集成电路U5的AIN2(+)引脚和AIN2(-)引脚悬空设置，所述第五集成电路U5的VSS引脚为负电源引脚，连接所述的井下电源综合管理单元(700)提供的-5V直流电源，第五电容C5为电解电容，第五电容C5的正极接地，第五电容C5的负极连接所述的井下电源综合管理单元(700)提供的-5V直流电源，第六电容C6的一端连接所述的井下电源综合管理单元(700)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李绍辉，白大鹏，范永涛，王帅，杨春，张长春，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12