一种用于煤矿井下随钻测量的低功耗探管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于煤矿井下随钻测量的低功耗探管，根据探管工作时间＝电池容量／探管平均功耗，在电池容量一定的条件下，通过降低探管平均功耗，可以延长探管工作时间。本实用新型专利技术通过选用低功耗加速度传感器以及ＣＰＵ根据工作状态控制传感器部分电源的打开和关闭等方法，降低了探管平均功耗，延长了探管在煤矿井下的工作时间，减少了煤矿井下钻井工人更换电池的次数，节省了能源，提高了工作效率。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于煤矿井下随钻测量的低功耗探管。
技术介绍
如附图说明图1所示，目前探管常规的电气设计大致由加速度传感器101、磁传感器102、温 度传感器103、信号解调和放大电路104、AD芯片105、CPU106、电源电路107、通讯电路108 组成，其中加速度传感器101或采用石英挠性加速度传感器，或采用磁悬浮加速度传感器， 这两种传感器不但本身功耗比较大(石英挠性加速度传感器功耗大约在0. 2W，磁悬浮加速 度传感器功耗大约在0. 1W)，并且传感器本身需要双路电源供电，而探管的供电是由电池单 路供电的，因此需要单独设计单路电源转换成双路电源的电路，不但额外增加了电源功耗， 同时也增加了电路的复杂性和不可靠性。同时，探管与地面设备的连接只有一根单芯电缆， 因此通常设计为单向传输，由于探管无法判定地面设备是否需要接收信息，因此只能不间 断地向地面设备发送数据，而数据发送前需要对所有传感器的信号进行采集，因此在数据 发送状态时，所有电路都处于电源打开状态，导致探管一直处于大功耗工作状态，而电池的 容量有一定的限制，因此工作时间较短。
技术实现思路
本技术的目的是探管的低功耗设计，根据探管工作时间=电池容量/探管平 均功耗的公式，能够在电池容量不变的情况下降低探管的平均功耗，延长探管的工作时间。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案一种应用于煤矿井下随钻测量的低功耗探管，该低功耗探管主要由基于集成微机 电系统的加速度传感器、磁传感器、温度传感器、信号解调和放大电路、AD芯片、CPU、CPU的 电源芯片、传感器部分电源芯片、通讯线路组成；所述传感器部分电源芯片带有电源控制 脚，用来给传感器部分线路供电，电源控制脚由CPU控制，CPU根据工作状态控制传感器部 分电源芯片的打开和关闭。更进一步，所述加速度传感器选用低功耗的加速度传感器。本技术的优点是1、选用基于iMEMS (集成微机电系统)的加速度传感器，他与传统探管采用的石英 挠性加速度传感器或磁悬浮加速度传感器相比，本身只需要单路电源供电，而后两种电源 必须需要双路电源供电，同时基于iMEMS(集成微机电系统)的加速度传感器在5V供电的 条件下工作电流只有不到1mA，而石英挠性加速度传感器在士 IOV供电的条件下工作电流 至少要10mA，磁悬浮加速度传感器士6V供电的条件下工作电流至少要8mA。2、探管中的CPU能够自动判定当前的工作状态(在煤矿井下实际应用过程中，在 钻进过程中不需要探管工作，只在停止钻进中需要探管工作，而在钻进过程中由于泵冲和 钻具的影响，探管本身处于振动状态，而在停止钻进时探管处于静止状态，本技术能够 通过加速度传感器检测出振动大小确定探管是处于钻进状态还是处于停止钻进状态)，当处于钻进状态时关闭传感器部分电源，当处于停止钻进状态时打开传感器部分电源。按目 前煤矿井下实际的钻进情况，钻进与停止钻进时间的比例大约为20 1，由于关闭传感器 部分电源后探管的功耗很小(可忽略)，因此相当于将探管的平均功耗降低了 20倍，在同等 电池容量的条件下，可延长探管工作时间20倍以上。以下结合附图和实施例对本技术进行详细的说明。图1为煤矿井下随钻测量探管常规设计电气总图。图2为煤矿井下随钻测量探管低功耗设计电气总图。具体实施方式如图2所示，低功耗探管主要由基于iMEMS(集成微机电系统)的加速度传感器 201、磁传感器202、温度传感器203、信号解调和放大电路204、AD芯片205、CPU206、CPU的 电源芯片207、传感器部分电源芯片208、通讯线路209组成。首先如图2所示，选择基于iMEMS(集成微机电系统)的加速度传感器201，目前市 场上有大量可供选择的器件，我们通过性价比可以选择modell221，他在3V供电的条件下 只有0. 35mA的工作电流。其次，我们选择带电源控制脚的稳压电源芯片208来给传感器部分线路进行供 电，例如TPS76系列稳压电源芯片，其控制脚由CPU控制，当CPU输出高电平时打开电源， 输出低电平时关闭电源。最后，我们对探管的软件流程进行修改，当CPU检测到的振动值小于额定值，则打 开传感器部分电源208，然后采集传感器输出信号并发送，发送完成后继续检测振动值，若 小于额定值则继续发送，若大于额定值则进行待机状态并关闭传感器部分电源208。综上所述，本技术能够大幅度降低探管的平均功耗，延长探管在井下的工作 时间，减少了煤矿井下钻井工人频繁更换电池的次数，节省了能源，提高了工作效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于煤矿井下随钻测量的低功耗探管，其特征在于，该低功耗探管主要由基于集成微机电系统的加速度传感器（２０１）、磁传感器（２０２）、温度传感器（２０３）、信号解调和放大电路（２０４）、ＡＤ芯片（２０５）、ＣＰＵ（２０６）、ＣＰＵ的电源芯片（２０７）、传感器部分电源芯片（２０８）、通讯线路（２０９）组成；所述传感器部分电源芯片（２０８）带有电源控制脚，用来给传感器部分线路供电，电源控制脚由ＣＰＵ（２０６）控制，ＣＰＵ（２０６）根据工作状态控制传感器部分电源芯片（２０８）的打开和关闭。

【技术特征摘要】
一种应用于煤矿井下随钻测量的低功耗探管，其特征在于，该低功耗探管主要由基于集成微机电系统的加速度传感器(201)、磁传感器(202)、温度传感器(203)、信号解调和放大电路(204)、AD芯片(205)、CPU(206)、CPU的电源芯片(207)、传感器部分电源芯片(208)、通讯线路(...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晓霞，郑志能，温榕，严霞锋，
申请(专利权)人：北京合康科技发展有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]