一种用于隔水管内环空瞬时流量测量的电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于隔水管内环空瞬时流量测量的电路，包括与超声波传感器相连的超声波收发模块、与收发模块通过接口电路相连并和上机位完成通讯的测控模块，其特征在于：超声波收发模块中包含有收发电路、通路开关和电源电路，收发电路内含微处理器，产生一个具有一定频率、一定脉冲宽度和一定输出功率的电脉冲驱动信号激励超声波传感器；测控模块中包含有依次按输入输出顺序连接的放大电路、滤波电路、自动增益控制电路、模数转换器、电压转换电路、数字信号处理器，数字信号处理器的输出端顺序连接数模转换电路、电压调整电路。电路为应用多普勒效应测量而设置，可实时测量出海底隔水管与钻柱环空的流量，以便及时判断井下溢流情况。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术与深水钻井中隔水管与钻杆之间环空瞬时流量的测量有关，特别是关于一种用于隔水管内环空瞬时流量测量的电路。
技术介绍
在海洋深水钻井过程中，海底隔水管的工作环境恶劣(深水、高压等)，因此对隔水管的力学性能要求很高，成本很大。隔水管内部设置有钻柱，隔水管与钻柱之间环空瞬时流量直接影响隔水管的寿命，因此需要通过测量隔水管与钻柱之间环空瞬时流量来评估和监测隔水管。有利用靶式流量计来测量钻井液出口流量。测量原理是依靠出口钻井液的冲力使靶体位置发生变化，依靠传感器传递信号来测量流量的大小，变化反应比较灵敏，测量结果基本上能够反映钻井液出口流量的异常变化，但是，传感器在现场应用存在许多缺点1)安装条件要求严格，即传感器必须装在钻井液出口高架槽上，高架槽的直径和坡度需满足靶体在静止时能够垂直或接近垂直状态；2)本体长时间使用会造成活动不灵活、测量范围缩小，即在长时间的录井过程中， 钻井液会逐渐干结成泥饼，堆积在靶体活动轴附近，使其活动范围受到限制或者不灵活，导致其输出信号范围变小或者不能真实反映钻井液流量的变化；3)现场环境对该传感器的影响较大，长时间使用会造成可变电阻容易损坏，易出现接触不良现象，并且可变电阻长期在潮湿环境下使用易产生阻值误差；4)由于靶体的重量选择不合适，当受到钻井液冲击后，其上升和回落之间的落差较大，致使输出信号变化范围大，测量结果不够准确；5)测量结果滞后，不利于提前发现井涌。
技术实现思路
因此，本技术的目的是为了克服传统出口流量测量装置的不足，提供一种用于隔水管内环空瞬时流量测量的电路，能够准确及时地对超声波传感器信号进行处理，及时判断井下井涌情况，提高深水钻井井控安全性。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案一种用于隔水管内环空瞬时流量测量的电路，它包括与超声波传感器相连的超声波收发模块、与收发模块通过接口电路相连并和上机位完成通讯的测控模块，其特征在于所述超声波收发模块中包含有收发电路、通路开关和电源电路，收发电路一端与超声波传感器相连，另一端与通路开关相连，内含微处理器，通路开关与接口电路相连，实现向测控模块的信号传输，所述微处理器产生一个具有一定频率、一定脉冲宽度和一定输出功率的电脉冲驱动信号激励超声波传感器；所述测控模块包括放大电路、滤波电路、自动增益控制电路、模数转换器、电压转换电路、数字信号处理器、数模转换电路、电压调整电路、FLASH连接电路、RESET电路、接口电路，FLASH 连接电路、RESET电路、与上位机通信的接口电路，接口电路与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端与自动增益控制电路的输入端连接，自动增益控制电路的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端通过电压转换电路与数字信号处理器的输入端连接，数字信号处理器的输出端与数模转换电路的输入端连接，数模转换电路的输出端通过电压调整电路的输入端连接，电压调整电路的输出端与自动增益控制电路的输入端连接，FLASH连接电路、RESET电路、通信接口都与数字信号处理器连接；所述上位机完成对测量数据的显示、存储、分析。与超声波收发模块的接口中有多路开关控制线、接收开关控制线、超声波信号发射驱动信号线以及接收信号传输线，与上位机通信采用RS232或RS485标准。所述接口电路中芯片选为HEADER7x2，放大电路芯片选为NE5534，滤波电路芯片选为MAX275，自动增益控制电路芯片选为VCA80，模数转换器芯片选为TT16KK81、ADS802U， 电压转换电路芯片选为SN74LVC245A或SN74LVC4M5A，数字信号处理器芯片选为DSP，数模转换电路芯片选为DAC7512，电压调整电路芯片为LM258，RESET电路芯片选为CAT811S， FLASH连接电路芯片为S^AL016D，RS232接口电路的芯片选为SP232EEA。所述超声波传感器接收信号输入到芯片NE5534的输入端2脚后通过输出端6脚和芯片MAX275的输入端8脚输入到芯片MAX275中，芯片VCA80的输入端8脚与芯片MAX275 的输出端18脚连接，芯片TT16KK81的输入端6脚与芯片VCA80的输出端5脚连接，芯片 ADS802U输入端16脚与芯片DSP79脚连接，芯片ADS802U的输入端3 6脚与ADS802U的 10 13脚连接，芯片DAC7512的输入端5、6、7脚分别与芯片DSP的49、53、55脚连接，芯片SN74LVc245A或SN74LVC4M5A的输入端5脚与芯片DAC7512的输出端4脚连接，芯片 S29AL016D与芯片DSP连接，芯片CAT811S的2脚与芯片DSP的13脚连接，芯片SP232EEA 的11、12脚分别与芯片DSP的81,82脚连接。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点本技术采用多普勒效应超声波测量方式，实时测量出井下隔水管内环空瞬时流量，并通过测控器将井下实时的瞬时流量上传到地面，能够及时判断井下溢流情况，报警及时。本技术选择的测量电路，使用并行的高压脉冲发射机微处理器(UP)及控制电路通过译码总线选择不同的发射机，来对不同声路(通道)及不同声路(通道)中的方向(正向或逆向)进行操作。即每个通道的正、逆向有各自的发射机及相应的接收电路。由于发射机之间的切换没有使用继电器，因此发射机之间的切换时间很小(切换时间在微秒级)；这样可以用多脉冲技术，对各个声路进行多次测量，从而提高测量超声波传播时间的精度。附图说明图1是本技术电路系统的总体布局图；图2是超声波收发模块的系统框图；图3是测控模块的系统框图；图4是放大电路实施例原理图；图5是滤波电路实施例原理图；图6是自动增益控制电路实施例原理图；图7是模数转换模块实施例原理图；图8是电压转换电路实施例原理图；图9是数模转换电路实施例原理图；图10是电压调整电路实施例原理图；图11是RESET电路实施例原理图；图12是RS232接口电路实施例原理图；图13是FLASH连接电路实施例原理图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术的进行详细的描述。如图1所示，本技术的一种用于隔水管内环空瞬时流量测量的电路，主要是为完成多普勒效应超声波测量而设置的，它包括与超声波传感器1直接相连的完成信号检测以及收发控制的超声波收发模块2、与收发模块通过接口电路3相连并和上机位5完成通讯的测控模块4。上位机5完成对测量数据的显示、存储、分析等任务。如图2所示，超声波收发模块2中包含有收发电路21、通路开关22和电源电路23。 收发电路21 —端与超声波传感器1相连，另一端与通路开关22相连，内含微处理器。通路开关22与接口电路3相连，实现向测控模块4的信号传输。微处理器产生一个具有一定频率、一定脉冲宽度和一定输出功率的电脉冲去激励超声波传感器，再由传感器转为超声波向外发射。驱动信号是由微处理器产生的，微处理器产生一个与换能器压电振子谐振基频相等的方波信号，此信号经过电路的调制产生一个640kHz的正弦波信号，此信号激发传感器产生共振，发射出超声波信号。由微处理器产生的数字驱动信号需先经光耦隔离后方可进入后面的功率放大电路。如果数字信号处理器发射的信号为640kHz的交替高低本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于隔水管内环空瞬时流量测量的电路，它包括与超声波传感器相连的超声波收发模块、与收发模块通过接口电路相连并和上机位完成通讯的测控模块，其特征在于：所述超声波收发模块中包含有收发电路、通路开关和电源电路，收发电路一端与超声波传感器相连，另一端与通路开关相连，内含微处理器，通路开关与接口电路相连，实现向测控模块的信号传输，所述微处理器产生一个具有一定频率、一定脉冲宽度和一定输出功率的电脉冲驱动信号激励超声波传感器；所述测控模块包括放大电路、滤波电路、自动增益控制电路、模数转换器、电压转换电路、数字信号处理器、数模转换电路、电压调整电路、ＦＬＡＳＨ连接电路、ＲＥＳＥＴ电路、接口电路，ＦＬＡＳＨ连接电路、ＲＥＳＥＴ电路、与上位机通信的接口电路，接口电路与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端与自动增益控制电路的输入端连接，自动增益控制电路的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端通过电压转换电路与数字信号处理器的输入端连接，数字信号处理器的输出端与数模转换电路的输入端连接，数模转换电路的输出端通过电压调整电路的输入端连接，电压调整电路的输出端与自动增益控制电路的输入端连接，ＦＬＡＳＨ连接电路、ＲＥＳＥＴ电路、通信接口都与数字信号处理器连接；所述上位机完成对测量数据的显示、存储、分析。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何玉发，蒋世全，姜伟，周建良，付建红，许亮斌，赵辉，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海石油研究中心，西南石油大学，
类型：实用新型
国别省市：11