一种基于压力信号唤醒的井下低功耗控制电路的制作方法

本实用新型属于石油天然气钻井技术领域，尤其是涉及一种基于压力信号唤醒的井下低功耗控制电路。

背景技术：

石油钻井领域中，随钻测量仪器通过实时监测井下工程参数来指导钻进和后期开采。采用锂电池组作为供电电源的随钻测量仪器，通常在电源接通的时刻起即开始工作，然而，在整个钻井工程中，如地面装配、工具下入、井下待命、工具起出等阶段，并不需要进行数据的采集和存储，无意义的数据采集会造成存储空间浪费，增加后续数据分析、处理的难度和工作量，并且电池组的持续工作会加速电源能量的消耗，缩短工具的工作时间，简单地依靠增大电池组容量的方法会增大工具的尺寸，给工具设计、安装带来困难，且存在安全风险。

因此，研究一种基于压力信号唤醒的井下低功耗控制电路，根据现场需求智能开启随钻测量仪器，实现对井下工况的分阶段实时监测，对于提高存储空间利用率、延长工具工作时间具有实际且重要的意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种基于压力信号唤醒的井下低功耗控制电路，以用于降低井下电子测量、控制单元的功率损耗。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于压力信号唤醒的井下低功耗控制电路，包括压力传感器、压力信号唤醒系统和井下高温电源，所述井下高温电源为压力传感器和压力信号唤醒系统供电；所述压力信号唤醒系统包括依次连接的采样放大电路、阈值比较电路和井下控制电路，所述采样放大电路将压力传感器的输出信号进行采样、放大后，送入阈值比较电路中与设定的开启阈值进行比较，阈值比较电路输出比较结果至井下控制电路。

进一步的，所述采样放大电路包括第一运算放大器U1及其外围电路，所述第一运算放大器U1为仪表放大器，所述第一运算放大器U1的+IN引脚和-IN引脚分别连接压力传感器的正、负输出端口；所述第一运算放大器U1的两个RG引脚为增益控制引脚，分别连接第一电阻R1的两端；第二电阻R2一端连接所述第一运算放大器U1的参考电压引脚REF，另一端接地；所述第一运算放大器U1的输出引脚连接阈值比较电路。

进一步的，所述阈值比较电路包括第二运算放大器U2及其外围电路，所述第二运算放大器U2的同相输入端连接所述采样放大电路的输出端；所述第二运算放大器U2的反相输入端通过第三电阻R3连接3.3V直流电源，同时通过第四电阻R4接地；所述第二运算放大器U2的输出引脚连接井下控制电路。

进一步的，所述井下控制电路包括第三微处理器U3及其外围电路，所述第三微处理器U3的两个通用数字I/O引脚分别连接采样放大电路和阈值比较电路的输出端。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)实现了由压力波控制的井下低功耗控制电路，提高了电能使用效率，降低了无用功率损耗，大大减少了无用数据的测量和存储，延长了智能测量仪器的井下工作时间；

(2)且电路结构简单，容易实现。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述井下低功耗控制电路的原理框图；

图2为本实用新型实施例所述井下低功耗控制电路的电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种基于压力信号唤醒的井下低功耗控制电路，如图1所示，包括压力传感器100、压力信号唤醒系统200和井下高温电源300，所述压力传感器100用于测量井底的压力信息，所述压力信号唤醒系统200用于采样压力传感器100输出的压力值，进行放大、比较、唤醒操作，所述井下高温电源300用于为压力传感器100和压力信号唤醒系统200提供稳定的直流电能。

如图2所示，所述压力信号唤醒系统200包括依次连接的采样放大电路2001、阈值比较电路2002和井下控制电路2003，由采样放大电路2001对压力传感器100的输出信号进行采样、放大后，送入阈值比较电路2002中与设定的开启阈值进行比较，阈值比较电路2002输出比较结果至井下控制电路2003中，若采样压力值大于设定阈值，井下控制电路2003被唤醒，接收并存储采样放大电路2001输出的压力值，若采样压力值小于设定阈值，井下控制电路2003处于休眠状态，等待下一个压力脉冲的到来。

所述采样放大电路2001包括第一运算放大器U1及其外围电路，所述第一运算放大器U1为仪表放大器。所述第一运算放大器U1的+IN引脚和-IN引脚分别连接压力传感器正、负输出端口，所述第一运算放大器U1的两个RG引脚为增益控制引脚，分别连接第一电阻R1的两端，第一电阻R1为增益控制电阻，所述第一运算放大器U1的+VS引脚为电源正引脚，连接3.3V直流电源，第一电容C1的一端连接所述第一运算放大器U1的+VS引脚，另一端接地，第二电容C2的一端连接所述第一运算放大器U1的+VS引脚，另一端接地，第二电容C2为旁路滤波电容，第二电阻R2一端连接所述第一运算放大器U1的参考电压引脚REF，另一端接地，第二电阻R2为0欧电阻，所述第一运算放大器U1的-VS引脚为电源负引脚，接地，所述第一运算放大器U1的OUTPUT引脚为输出端口，输出经采样、放大后的电压值。

所述阈值比较电路2002包括第二运算放大器U2及其外围电路。所述第二运算放大器U2的V+引脚为电源正输入端，连接3.3V直流电源，所述第二运算放大器U2的V-引脚为电源负输入端，接地，所述第二运算放大器U2的+INB为同相输入端，连接所述第一运算放大器U1的OUTPUT引脚，所述第二运算放大器U2的-INB为反相输入端，连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接3.3V直流电源，第四电阻R4的一端与所述第二运算放大器U2的-INB引脚连接，另一端接地，第三电容C3的一端与所述第二运算放大器U2的V+引脚连接，另一端接地，所述第二运算放大器U2的OUTB引脚为输出引脚，输出阈值比较结果。

所述井下控制电路2003包括第三微处理器U3及其外围电路。所述的第三微处理器U3的DVCC引脚为数字正电源引脚，连接3.3V直流电源，所述的第三微处理器U3的DVSS引脚为数字地引脚，接地，第四电容C4的一端连接3.3V直流电源，另一端接地，所述的第三微处理器U3的P1.1引脚为通用数字I/O引脚，连接所述的第一运算放大器U1的OUTPUT输出引脚，所述的第三微处理器U3的P1.3引脚接地，所述的第三微处理器U3的P1.4引脚连接3.3V直流电源，所述的第三微处理器U3的P2.2引脚连接所述的第二运算放大器U2的OUTB输出引脚，所述的第三微处理器U3的P2.6引脚和P2.7引脚为外部晶振连接引脚，P2.7与外部晶振Y1的第1端连接，P2.6与外部晶振Y1的第2端连接，第五电阻R5的一端与外部晶振Y1的第1端连接，另一端与外部晶振Y1的第2端连接，第五电容C5一端与外部晶振Y1第1端连接，另一端接地，第六电容C6一端与外部晶振第2端连接，另一端接地。

其中，第一运算放大器U1的放大倍数为：

V_OUT＝G×(V_sensor+-V_sensor-)+V_REF (1)

第二运算放大器U2的-INB引脚电压为：

本实施例中，V_REF＝0，令V_sensor＝V_sensor+-V_sensor-当V_OUT＞V_-INB，即：

第二运算放大器U2的OUTB引脚输出高电平，微处理器2003被唤醒，开始工作。

当V_OUT＜V_-INB，即：

第二运算放大器U2的OUTB引脚输出低电平，微处理器2003处于休眠状态，等待下一个压力脉冲的到来。

本实施例第一运算放大器U1选用低功耗仪表放大器AD8422，第二运算放大器U2选用低功耗运算放大器ADA4692-2，第三微处理器选用MSP430系列芯片。

工具入井前，由第一电阻R1的阻值确定压力传感器100输出压力信号的放大倍数，由第三电阻R3和第四电阻R4确定检测阈值，工具入井后，由地面打压设备向井底打压，压力传感器100测量压力值，压力信号唤醒系统200中的采样放大电路2001对压力值进行采样、放大后送入阈值比较电路2002，阈值比较电路2002将放大后的压力值与设定的阈值电压进行比较并将结果输出至微处理器2003中，微处理器2003根据接收到的电平高低判断是否进入工作状态，由井下高温电源300为压力传感器100和压力信号唤醒系统200提供稳定的直流电能，从而达到降低工具电路系统功率损耗，提高存储空间有效数据存储率，延长工具工作时间的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。