专利名称：四臂井径仪开收臂控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电路，具体涉及一种四臂井径仪开收臂控制电路。
背景技术：
用于环控测井任务的四臂井径仪。可用来校正涡轮在不同尺寸井孔中导出的流体量，或识别套管形变和剥落部位。该仪器采用了由互成90°角的四条测量臂主体和连杆组成的曲柄连杆机构，并具有测量臂收放总成。能同时测得互相垂直的两个方向的井径变化， 其中测量臂通过仪器电压可以人为地控制其收拢或张开，这样就使得下井方便，速度快，仪器随动性好，一次测井成功率高。因此，仪器的开收臂控制，对于整个仪器的使用有着十分重要的作用。仪器的测量臂要求能够通过调节电缆(单芯)电压控制其收拢或张开，以便于井下作业，即通过控制电缆电压完成测井仪器的开臂或收臂操作。仪器的开收臂动作是依靠电机的正反转实现的，因此，开收臂控制电路即为电机控制电路。目前，直流电机有很多种电机控制电路，较常用的为双桥式电机控制电路，其原理是切换4个功率管的开关状态控制电机两端正负电压的变更，实现仪器的开收臂操作。 虽然其结构简单，速度可调，但需要4路独立的方向信号以及PWM调速信号，而仅靠单芯电缆难以实现。还用一种是通过继电器进行电机控制的方法，但存在在高温下工作不可靠，和成本过高的缺点。为了实现仪器在井下高温、高压环境下开收测量臂的可靠工作，特设计了以下性能优良，成本低廉的控制电路。
实用新型内容本实用新型提供一种四臂井径仪开收臂控制电路，以解决背景技术控制过程复杂，利用单芯电缆不易实现以及工作不可靠、成本过高的技术问题。本实用新型的技术方案如下—种四臂井径仪开收臂控制电路，其特征在于采用负压驱动方式控制直流电机进行开收臂操作(“地”作为电源正极)；该四臂井径仪开收臂控制电路包括(1)三极管Q1，反向保护二极管D1，第一限流电阻R4，第二限流电阻R15 ；(2)四个 MOS 功率管 Q2、Q3、Q4 和 Q5 ；(3)两组不同击穿电压值的稳压二极管；所述三极管Ql的基极与第一组稳压二极管串联后接地，集电极和发射极分别接 MOS功率管Q2的栅极和源极，且三极管Ql的发射极与MOS功率管Q2的源极经反向保护二极管Dl接电源负极；MOS功率管Q2的漏极分出两个支路，一个支路经过第一限流电阻R4接至MOS功率管Q4的栅极，Q4的源极接至直流电机的正端，另一个支路经过用以控制电机正转的正向行程开关接至直流电机的负端；第二组稳压二极管的一端接地，另一端接至MOS功率管Q3的栅极，MOS功率管Q3的源极接至电源负极，MOS功率管Q3的漏极分出两个支路，一个支路经第二限流电阻R15接至MOS功率管Q5的栅极，MOS功率管Q5的漏极接至直流电机的负端，另一个支路经过用以控制电机反转的反向行程开关接至直流电机的正端。上述第二组稳压二极管是由稳压二极管D10、稳压二极管Dll串联组成的、整体击穿电压高于第一组稳压二极管IOV以上的稳压二极管组件。上述MOS功率管Q2、Q3、Q4与Q5的栅极和源极之间均并联有稳压二极管，分别为稳压二极管D6、D4、D12和D9。(以保证功率管的栅源极电压在额定的范围内，以防电压过大烧坏器件。)在上述MOS功率管Q3的漏极分出的另一支路上还串联有用以调节直流电机工作的额定电压的稳压二极管D3和稳压二极管D7。上述所有MOS功率管均采用IRF640或IRF9640芯片；直流电机是额定电压为48V 的高温直流电机。本实用新型可实现测井仪器在井下高温、高压环境下可靠进行开收臂的控制操作。当给单芯电缆加以负压时，仪器进行开收臂操作；当给单芯电缆加以正压时，可进行其它测井仪器的测井任务。具体有以下优点1采用负压驱动，实现测井仪器的开收臂操作(电机的正反转)，避免了正压工作时与其它测井仪器发生的冲突。2在电机的正传和反转之间留有一定的死区电压范围(56到70V)，在此范围之间电机静止，保证开收臂动作切换的可靠性。3可通过单芯电缆上不同的电压值分别控制仪器的开收臂操作，操作简单，实现方便。4在通电10小时，175摄氏度的高温下，电路可靠工作。5此电路设计成本低廉，性能良好，性价比上远远高于其他电路。
图1为本实用新型电路图；图2为开臂回路电路图；图3为收臂回路电路图。
具体实施方式
本实用新型的开收臂驱动电路，主要由一个三极管Ql，四个MOS功率管Q2、Q3、Q4 和Q5，以及一些分立元件组成。所述的三极管Ql通过调节电缆电压改变其通断状态，控制功率管Q2、Q3、Q4和Q5进行通断状态的切换，实现电机的正反转操作。当Q2与Q4导通时， 电机实现正转功能；Q3与Q5导通时，电机实现发转功能。可以根据不同的电缆电压值控制电机的正反转操作，即实现仪器的开收臂动作。通过稳压管D5可调节电机正传的电压范围，通过稳压二极管DlO和Dll用来调节电机反转的电压范围。上述三极管Ql的基极与电阻R2和稳压二极管D5相串联，集电极和发射极分别接 Q2的栅极和源极，当电缆电压U大于5V小于D5的击穿电压56V时，Ql无法导通，而Q2与 Q4处于导通状态。此时，由于DlO与Dll没进入击穿状态，Q3与Q5也均处于关断状态，所以电机可实现正转的功能。当电缆电压U大于D5的击穿电压56V，小于80V时，Ql导通， Q2和Q4会因Ql的导通而陆续关断，此时Q3和Q5仍处于关断状态，因此电机处于静止状态。当电缆电压高于DlO与Dll的击穿电压和时Q3和Q5便会陆续导通，此时，由于Ql的导通使Q2和Q4仍处于关断状态，所以电机可实现其反转功能。Q2、Q3、Q4与Q5中，在栅极和源极之间均并联有稳压二极管，分别为D6、D4、D12和D9，其目的是保证功率管的栅源极电压在额定的范围内，以防电压过大烧坏器件。上述的稳压管D5、D10和Dll分别用来调节正反转电压的范围。上述电路中Dl和D8的作用是使电路在负压下正常工作。电路中稳压二极管D3和D7的作用是调节电机工作的额定电压。上述的MOS功率管芯片为IRF640和 IRF9640 ；电机为高温直流电机(额定电压为48V)。参见图1，一种四臂井径仪开收臂控制电路，主要由一个三极管Q1，四个MOS功率管Q2、Q3、Q4和Q5，以及一些分立元件组成，其中R2、R3、R4、R5、R7作为限流电阻，Rl、R6、 R8作为分压电阻。所述的三极管Ql通过调节电缆电压改变其通断状态，控制功率管Q2、Q3、 Q4和Q5的进行相应的状态切换，实现电机的正反转操作。当Q2与Q4导通时，电机实现正转功能；Q3与Q5导通时，电机实现反转功能。可以根据不同的电缆电压值控制电机的正反转操作，即实现仪器的开收臂动作。通过稳压管D5可调节电机正传的电压范围，通过稳压二极管DlO和Dll用来调节电机反转的电压范围。具体工作时由于三极管Ql的基极与电阻R2和稳压二极管D5相串联，集电极和发射极分别接 Q2的栅极和源极。因此Ql的导通与否直接关系到Q2的通断状态。当单芯电缆电压U大于5V小于D5的击穿电压56V时，Ql无法导通，此时Q2与Q4 处于导通状态。同时，由于DlO与Dll没进入击穿状态，Q3与Q5也均处于关断状态，所以电机可实现正转的功能，即完成开臂操作，电路简化为图2所示。当单芯电缆电压U大于D5的击穿电压56V，小于70V时，Ql导通，Q2和Q4会因Ql 的导通而陆续关断，此时Q3和Q5仍处于关断状态，因此电机处于静止状态。当单芯电缆电压高于DlO与Dll的击穿电压时，Q3和Q5便会陆续导通，此时，由于Ql的导通使Q2和Q4仍处于关断状态，所以电机可实现其反转功能，即完成收臂操作，电路简化为图3所示。上述的Q2、Q3、Q4与Q5中，在栅极和源极之间均并联有稳压二极管，分别为D6、 D4、D12和D9，其目的是保证功率管的栅源极电压在额定的范围内，以防电压过大烧坏器件。控制状态表如表1所示。表1开收臂驱动电路控制表
权利要求1.一种四臂井径仪开收臂控制电路，其特征在于采用负压驱动方式控制直流电机进行开收臂操作；该四臂井径仪开收臂控制电路包括(1)三极管Q1，反向保护二极管D1，第一限流电阻R4，第二限流电阻R15；(2)四个MOS功率管Q2、Q3、Q4和Q5；(3)两组不同击穿电压值的稳压二极管；所述三极管Ql的基极与第一组稳压二极管串联后接地，集电极和发射极分别接MOS功率管Q2的栅极和源极，且三极管Ql的发射极与MOS功率管Q2的源极经反向保护二极管Dl 接电源负极；MOS功率管Q2的漏极分出两个支路，一个支路经过第一限流电阻R4接至MOS 功率管Q4的栅极，MOS功率管Q4的源极接至直流电机的正端，另一个支路经过用以控制电机正转的正向行程开关接至直流电机的负端；第二组稳压二极管的一端接地，另一端接至MOS功率管Q3的栅极，MOS功率管Q3的源极接至电源负极，MOS功率管Q3的漏极分出两个支路，一个支路经第二限流电阻R15接至 MOS功率管Q5的栅极，MOS功率管Q5的漏极接至直流电机的负端，另一个支路经过用以控制电机反转的反向行程开关接至直流电机的正端。
2.根据权利要求1所述四臂井径仪开收臂控制电路，其特征在于所述第二组稳压二极管是由稳压二极管D10、稳压二极管Dll串联组成的、整体击穿电压高于第一组稳压二极管IOV以上的稳压二极管组件。
3.根据权利要求1所述四臂井径仪开收臂控制电路，其特征在于所述MOS功率管Q2、 Q3、Q4与Q5的栅极和源极之间均并联有稳压二极管，分别为稳压二极管D6、D4、D12和D9。
4.根据权利要求1所述四臂井径仪开收臂控制电路，其特征在于在所述MOS功率管 Q3的漏极分出的另一支路上还串联有用以调节直流电机工作的额定电压的稳压二极管D3 和稳压二极管D7。
5.根据权利要求2所述四臂井径仪开收臂控制电路，其特征在于所有MOS功率管均采用IRF640或IRF9640芯片；直流电机是额定电压为48V的高温直流电机。
专利摘要本实用新型提供一种四臂井径仪开收臂控制电路，以解决背景技术控制过程复杂，利用单芯电缆不易实现以及工作不可靠、成本过高的技术问题。该电路主要由一个三极管Q1，四个MOS功率管Q2、Q3、Q4和Q5，以及一些分立元件组成；三极管Q1通过调节电缆电压改变其通断状态，控制功率管Q2、Q3、Q4和Q5进行通断状态的切换，实现电机的正反转操作；当Q2与Q4导通时，电机实现正转功能；Q3与Q5导通时，电机实现发转功能。可以根据不同的电缆电压值控制电机的正反转操作，即实现仪器的开收臂动作。本实用新型操作简便、成本低廉，性能良好，性价比上远远高于其他电路。
文档编号E21B47/00GK202309580SQ201120287889
公开日2012年7月4日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者孙俊伟, 崔健, 李斌 申请人:西安思坦仪器股份有限公司