用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路制造技术

一种用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路。其包括井下多参数测量单元、信号调理单元、井下参数多路采集单元、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管理单元。本实用新型专利技术效果：由井下多参数测量单元进行三轴加速度值、三轴温度值、环空及系统压力的测量，由信号调理单元实现信号的前期预处理，通过井下参数多路采集单元的设置实现了多通道多参数同步测量，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，有利于在保证测量精度的前提下提升电路的稳定性和复杂环境适应性。

【技术实现步骤摘要】
用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路
本技术属于石油天然气钻井
，特别是涉及一种用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路。
技术介绍
在石油钻井领域中，智能钻井工具通过安装于其上的传感器对井下工程参数进行测量并实时监测自身的环境参数，测量数据经信号调理和转换后送入中央处理/控制单元进行分析和存储，根据分析结果执行相应的操作或将测量结果以有线/无线方式传输至地面，并接收、执行地面指令。智能钻井工具井下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获得高精度的测量数据，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。因此，研究一种用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路结构，以实现对传感器输出信号的调理、采样、模拟-数字转换、暂存与缓冲等功能，满足智能钻井工具井下参数测量过程中对数据精度和测量稳定性的要求，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，本技术的目的在于提供一种用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路。为了达到上述目的，本技术提供的用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路包括：井下多参数测量单元、信号调理单元、井下参数多路采集单元、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管理单元；其中，井下多参数测量单元连接信号调理单元，信号调理单元连接井下参数多路采集单元，井下参数多路采集单元连接模拟-数字信号转换单元，井下参数多路采集单元和模拟-数字信号转换单元通过总线缓冲单元连接中央处理单元，井下电源管理单元连接井下多参数测量单元、信号调理单元、井下参数多路采集单元、模拟-数字信号转换单元、总线缓冲单元和中央处理单元。所述的井下多参数测量单元包括X轴加速度传感器、Y轴加速度传感器、Z轴加速度传感器、X轴温度传感器、Y轴温度传感器、Z轴温度传感器、系统压力传感器和环空压力传感器。所述的信号调理单元包括第一集成电路U1及其外围器件，其中外围器件包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1，所述的第一集成电路U1为运算放大器，选用LM2902D低功率运算放大器，第一电阻R1的一端为信号输入端，接收所述的井下多参数测量单元传感器的输出信号Si，第一电阻R1的另一端连接所述的第一集成电路U1的同相输入端，第二电阻R2的一端连接所述的第一集成电路U1的同相输入端，另一端接地，第一电容C1为电解电容，第一电容C1的正极端连接所述的第一集成电路U1的同相输入端、负极端接地，所述的第一集成电路U1的反相输入端连接所述的第一集成电路U1的输出端，所述的第一集成电路U1的输出端为所述的信号调理单元的输出端，输出电压信号Uoi。所述的井下参数多路采集单元包括第二集成电路U2及其外围电路、第三集成电路U3及其外围电路，其中第二集成电路U2、第三集成电路U3的外围电路包括第三电阻R3、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；所述的第二集成电路U2为模拟开关，选用74HC4051集成电路芯片，所述的第三集成电路U3为运算放大器，选用LM2902D低功率运算放大器，所述的第二集成电路U2的A0～A7引脚为多路模拟信号输入引脚，通过所述的信号调理单元接收所述的井下多参数测量单元中各传感器的输出信号，所述的第二集成电路U2的GND引脚接地，所述的第二集成电路U2的VCC引脚连接所述的井下电源管理单元提供的+5V直流电源，第二电容C2一端连接所述第二集成电路U2的VCC引脚，另一端接地，所述的第二集成电路U2的VEE引脚连接所述的井下电源管理单元提供的-5V直流电源，第二电容C3一端连接所述第二集成电路U2的VEE引脚，另一端接地，所述第二集成电路U2的引脚E为使能端，低电平有效，接地设置，所述第二集成电路U2的S0～S2引脚为选通控制端，其通过所述的总线缓冲单元与所述的中央处理单元连接，用于所述第二集成电路U2的A0～A7引脚的选通，所述第二集成电路U2的A引脚为输出引脚，连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接所述第三集成电路U3的同相输入端，第四电容C4的一端连接所述第三集成电路U3的同相输入端，另一端接地，所述第三集成电路U3的反相输入端连接所述第三集成电路U3的输出端，所述第三集成电路U3的输出端为所述井下参数多路采集单元的输出端，连接所述模拟-数字信号转换单元。所述的模拟-数字信号转换单元包括第四集成电路U4及其外围电路、第五集成电路U5及其外围电路，第四集成电路U4、第五集成电路U5的外围电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、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，第四集成电路U4为模拟-数字转换芯片，选用AD公司的AD7710芯片，第五集成电路U5为或门，选用HD74HCT1G32芯片，所述第四集成电路U4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，所述第四集成电路U4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，所述第四集成电路U4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管理单元提供的+5V直流电源，所述第四集成电路U4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，所述第四集成电路U4的AIN1(+)引脚、AIN1(-)引脚、AIN2(+)引脚和AIN2(-)引脚为所述的模拟-数字信号转换单元的输入引脚，所述第四集成电路U4的AIN1(+)引脚连接所述井下参数多路采集单元中第三集成电路U3的输出端，所述第四集成电路U4的AIN1(-)引脚连接所述的井下电源管理单元提供的-5V直流电源，所述第四集成电路U4的AIN2(+)引脚和AIN2(-)引脚悬空设置，所述第四集成电路U4的VSS引脚为模拟负电源引脚，连接所述的井下电源管理单元提供的-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管理单元提供的-5V直流电源，第六电容C6的一端连接所述的井下电源管理单元提供的-5V直流电源，另一端接地，所述第四集成电路U4的IOUT引脚为补偿电流输出引脚，悬空设置，所述第四集成电路U4的AVDD引脚为模拟正电源输入引脚，连接所述的井下电源管理单元提供的+5V直流电源，所述第四集成电路U4的DVDD引脚为数字电源输入引脚，连接所述的井下电源管理单元提供的+5V直流电源，所述第四集成电路U4的DGND引脚为数字地引脚，接地，第七电容C7为电解电容，第七电容C7的正极连接所述的井下电源管理单元提供的+5V直流电源，第七电容C7的负极接地，第八电容C8的一端连接所述的井下电源管理单元提供的+5V直流电源，另一端接地，第九电容C9的一端连接所述的井下电源管理单元提供的+5V直流电源，另一端接地，所述第四集成电路U4的VBIAS引脚为偏置电压输入引脚，接地设置，所述第四集成电路U4的AGND引脚为模拟地引脚，接地，所述第四集成电路U4的REFOUT引脚为内部参考电压输出引脚，连接所述第四集成电路U4的REF(IN+)参考电压正输入引脚，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路，其特征在于：所述的用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路包括：井下多参数测量单元(100)、信号调理单元(200)、井下参数多路采集单元(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)和井下电源管理单元(700)；其中，井下多参数测量单元(100)连接信号调理单元(200)，信号调理单元(200)连接井下参数多路采集单元(300)，井下参数多路采集单元(300)连接模拟‑数字信号转换单元(400)，井下参数多路采集单元(300)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)，井下电源管理单元(700)连接井下多参数测量单元(100)、信号调理单元(200)、井下参数多路采集单元(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)。

【技术特征摘要】
1.一种用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路，其特征在于：所述的用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路包括：井下多参数测量单元(100)、信号调理单元(200)、井下参数多路采集单元(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)和井下电源管理单元(700)；其中，井下多参数测量单元(100)连接信号调理单元(200)，信号调理单元(200)连接井下参数多路采集单元(300)，井下参数多路采集单元(300)连接模拟-数字信号转换单元(400)，井下参数多路采集单元(300)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)，井下电源管理单元(700)连接井下多参数测量单元(100)、信号调理单元(200)、井下参数多路采集单元(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所述的用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路，其特征在于：所述的井下多参数测量单元(100)包括X轴加速度传感器(1001)、Y轴加速度传感器(1002)、Z轴加速度传感器(1003)、X轴温度传感器(1004)、Y轴温度传感器(1005)、Z轴温度传感器(1006)、系统压力传感器(1007)和环空压力传感器(1008)。3.根据权利要求1所述的用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路，其特征在于：所述的信号调理单元(200)包括第一集成电路U1及其外围器件，其中外围器件包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1，所述的第一集成电路U1为运算放大器，选用LM2902D低功率运算放大器，第一电阻R1的一端为信号输入端，接收所述的井下多参数测量单元(100)传感器的输出信号Si，第一电阻R1的另一端连接所述的第一集成电路U1的同相输入端，第二电阻R2的一端连接所述的第一集成电路U1的同相输入端，另一端接地，第一电容C1为电解电容，第一电容C1的正极端连接所述的第一集成电路U1的同相输入端、负极端接地，所述的第一集成电路U1的反相输入端连接所述的第一集成电路U1的输出端，所述的第一集成电路U1的输出端为所述的信号调理单元(200)的输出端，输出电压信号Uoi。4.根据权利要求1所述的用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路，其特征在于：所述的井下参数多路采集单元(300)包括第二集成电路U2及其外围电路、第三集成电路U3及其外围电路，其中第二集成电路U2、第三集成电路U3的外围电路包括第三电阻R3、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；所述的第二集成电路U2为模拟开关，选用74HC4051集成电路芯片，所述的第三集成电路U3为运算放大器，选用LM2902D低功率运算放大器，所述的第二集成电路U2的A0～A7引脚为多路模拟信号输入引脚，通过所述的信号调理单元(200)接收所述的井下多参数测量单元(100)中各传感器的输出信号，所述的第二集成电路U2的GND引脚接地，所述的第二集成电路U2的VCC引脚连接所述的井下电源管理单元(700)提供的+5V直流电源，第二电容C2一端连接所述第二集成电路U2的VCC引脚，另一端接地，所述的第二集成电路U2的VEE引脚连接所述的井下电源管理单元(700)提供的-5V直流电源，第二电容C3一端连接所述第二集成电路U2的VEE引脚，另一端接地，所述第二集成电路U2的引脚E为使能端，低电平有效，接地设置，所述第二集成电路U2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，用于所述第二集成电路U2的A0～A7引脚的选通，所述第二集成电路U2的A引脚为输出引脚，连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接所述第三集成电路U3的同相输入端，第四电容C4的一端连接所述第三集成电路U3的同相输入端，另一端接地，所述第三集成电路U3的反相输入端连接所述第三集成电路U3的输出端，所述第三集成电路U3的输出端为所述井下参数多路采集单元(300)的输出端，连接所述模拟-数字信号转换单元(400)。5.根据权利要求1所述的用于智能钻井工具井下多参数测量的模拟信号处理电路，其特征在于：所述的模拟-数字信号转换单元(400)包括第四集成电路U4及其外围电路、第五集成电路U5及其外围电路，第四集成电路U4、第五集成电路U5的外围电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、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，第四集成电路U4为模拟-数字转换芯片，选用AD公司的AD7710芯片，第五集成电路U5为或门，选用HD74HCT1G32芯片，所述第四集成电路U4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，所述第四集成电路U4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，所述第四集成电路U4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管理单元(700)提供的+5V直流电源，所述第四集成电路U4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，所述第四集成电路U4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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李绍辉，白大鹏，魏庆振，郝楠，魏雯，张静林，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12