无线井深传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种无线井深传感器，包括增量编码器、升压芯片、微处理器、绝对值编码器和无线模块，所述增量编码器与微处理器连接用于向微处理器输入脉冲信号，升压芯片输入端与电源连接，输出端与微处理器连接，微处理器通过开关与绝对值编码器连接，输入电压经升压芯片升压后通过微处理器和开关对绝对值编码器供电，无线模块与微处理器连接用于发送绝对值编码器采集的信号。本实用新型在采样精度不变的情况下，信号传输采用无线方式，同时降低传感器、采集电路功耗，提高电池使用寿命。
【专利说明】
无线井深传感器
技术领域
[0001]本实用新型涉及石油钻井参数监测仪表系统设计与制造领域，尤其涉及石油钻井仪表无线通讯技术领域，具体为一种无线井深传感器。
【背景技术】
[0002]目前，在石油钻井行业应用有线传感器进行数据采集，每次布线耗时耗力，且不易搬迀，并大大减缓了井场仪表安装的进度，浪费了成本，且不符合新型化井场建设要求。现有的井深传感器，采用相对值编码器技术，井场掉电时，传感器必须重新置零后，才能正常工作。井深数据是钻井工程的一个重要参数，如何采用无线传感器方式，精准呈现井深参数数据一直是个难题。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种无线井深传感器。本实用新型在采样精度不变的情况下，信号传输采用无线方式，同时降低传感器、采集电路功耗，提尚电池使用寿命。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:
[0005]—种无线井深传感器，其特征在于:包括增量编码器、升压芯片、微处理器、绝对值编码器和无线模块，所述增量编码器与微处理器连接用于向微处理器输入脉冲信号，升压芯片输入端与电源连接，输出端与微处理器连接，微处理器通过开关与绝对值编码器连接，输入电压经升压芯片升压后通过微处理器和开关对绝对值编码器供电，无线模块与微处理器连接用于发送绝对值编码器采集的信号。
[0006]所述绝对值编码器的机械轴不转动时，微处理器通过开关控制关断绝对值编码器电源，增量编码器输出二路脉冲信号作为微处理器唤醒绝对值编码器的触发信号。
[0007]所述增量型编码器电源电压为DC2.5?3.6V，增量型编码器设置为一直处于通电的工作状态。
[0008]所述升压芯片为DC-DC升压芯片，微处理器通过NPN开关三极管与绝对值编码器连接，DC-DC升压芯片将DC3V电源电压升压为DC5V，并通过微处理器和NPN开关三极管对编码器进行供电控制。
[0009]所述传感器还包括显示器，显示器通过电子开关与微处理器连接，微处理器通过电子开关控制显示器的开关。
[0010]所述升压芯片为HT7333，微处理器为德州仪器的MSP430低功耗处理器，无线模块选用 UTC-240B。
[0011 ]采用本实用新型的优点在于:
[0012]1、本实用新型利用无线通信技术特点和工作机制，采用无线传输方式，减少现场布线困难，材料浪费等问题。
[0013]2、本实用新型采用绝对值输出和相对AB两路脉冲输出，可实现相对脉冲信号唤醒绝对值的节电工作模式，大大降低了功耗。
[0014]3、本实用新型相对脉冲输出仅需30uA以内功耗，特别应用于多回转电动装置的检查。
[0015]综上，本实用新型使用低功耗绝对编码器准确测量井深参数，采用无线传输方式，减少现场布线，不受井场掉电影响。设计低功耗信号处理电路板，在功能不变的条件下，延长电池寿命。采用高效节能电池，能实现持续工作三个月以上，有助于无线钻井仪表在现场的推广应用。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型结构原理示意图。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
[0018]一种无线井深传感器，包括增量编码器、升压芯片、微处理器、绝对值编码器和无线模块，所述增量编码器与微处理器连接用于向微处理器输入脉冲信号，升压芯片输入端与电源连接，输出端与微处理器连接，微处理器通过开关与绝对值编码器连接，输入电压经升压芯片升压后通过微处理器和开关对绝对值编码器供电，无线模块与微处理器连接用于发送绝对值编码器采集的信号。
[0019]本实施例中，所述绝对值编码器的机械轴不转动时，微处理器通过开关控制关断绝对值编码器电源，增量编码器输出二路脉冲信号作为微处理器唤醒绝对值编码器的触发信号。
[0020]本实施例中，所述增量型编码器电源电压为DC2.5?3.6V，增量型编码器设置为一直处于通电的工作状态。
[0021]本实施例中，所述升压芯片为DC-DC升压芯片，微处理器通过NPN开关三极管与绝对值编码器连接，DC-DC升压芯片将DC3V电源电压升压为DC5V，并通过微处理器和NPN开关三极管对编码器进行供电控制。
[0022]本实施例中，所述传感器还包括显示器，显示器通过电子开关与微处理器连接，微处理器通过电子开关控制显示器的开关。
[0023]本实施例中，所述升压芯片为HT7333，微处理器为德州仪器的MSP430低功耗处理器，无线模块选用UTC-240B。
[0024]实施例2
[0025]作为本实用新型的传感器，本实用新型采用绝对值和脉冲两种方式相结合。绝对值时分辨率为256，电气转角360°，输出串行SSI信号，最大转速为3600转/分，供电为5V±10%、正常14mA、节电模式30uA?ImA;脉冲方式，分辨率为6P/R，电气转角位360°，输出信号为方波，最大转速为60转/分，供电为2.5V~3.6V、30uA以内。使用温度均在一40?+85°C。
[0026]实施例3
[0027]作为本实用新型的较佳实施方式，本实用机械参数为轴承:2组密封滚珠轴承，启动力矩<3Ncm，轴容许载荷为:径向20N，轴向20N，壳体为铝合金材质，阳极化处理。保护等级为壳体IP65，转轴IP55。
[0028]实施例4
[0029]作为本实用新型的最佳实施方式，采用超低功耗增量型编码器电源电压为DC2.5?3.6V、耗电30uA以内，因为仅耗电几十个微安电流，所以可以始终处于通电的工作状态，在编码器机械轴不转动时二次仪表的微处理器可将绝对值编码器设置为掉电模式(节电模式)，并将该AB输出脉冲作为唤醒绝对值编码器的触发信号。
[0030]实施例5
[0031]作为本实用新型的最佳实施方式，本实用新型传感器绝对值编码器电源电压为DC5V，可采用DC-DC升压芯片将DC3V电源电压变为DC5V，并通过微处理器和NPN开关三极管对编码器实行供电控制，以便实现最佳节电目的。有如下几种情况分别处理:
[0032]当绝对值编码器机械轴不转动时，微处理器可关断绝对值编码器电源，这时的电流为0，由AB输出脉冲作为微处理器唤醒绝对值编码器的触发信号，绝对值编码器从关断电源到重新启动需要最大时间1.9mS，正常工作电流诶14mA。
[0033]在机械轴转转动状态下，在满足每转采样5个数据以上的条件下，可采用断电循环工作模式，即:接通时间Ton按1.9mS+读取数据时间(如:读取时钟IMHz则读取时间为21uS)，关断时间Toff按满足上诉转速和采样数据要求的最大时间。这种节电模式的平均电流为:Ton*14mA+ (Ton+Toff)。
[0034]实施例6
[0035]作为本实用新型的最佳实施方式，为了可靠或快速唤醒，可将二路的AB输出脉冲都作为唤醒触发信号，如果绝对值编码器机械轴在不转动时仍有机械振动、能造成误唤醒时，可以根据AB信号的相互关系，排除振动带来的误唤醒。
[0036]需要注意的是:唤醒转速必须小于60转/分，S卩:当绝对值编码器处于节电(掉电)模式状态时，与编码器轴相连的机械设备又开始转动时必须缓慢到高速的过程才行，开始的I秒内在I转以内即可。
[0037]实施例6
[0038]作为本实用新型的最佳实施方式，低功耗井深数据采集处理电路的电子元器件选型上全部选用低功耗高性能器件，升压芯片选用HT7333，静态功耗只有9uA，是至今为止业内最低功耗的线性稳压芯片。微处理器M⑶采用德州仪器的MSP430低功耗处理器平台，在智能仪表等低功耗应用行业有着广泛的赞誉。电容选用低漏电电容。无线模块选用UTC-240B，接收数据时，电流仅仅只有5mA，功耗在业内也是最低水平，且选用470MHz频段，具有传输距离选，且干扰较小的优点。
[0039]实施例7
[0040]作为本实用新型的最佳实施方式，本实用新型传感器设计显示和低功耗传感器部分的两个电子开关。通过该电子开关，可以减少传感器的整体功耗。在实际应用环境中一是显示并不需要实时显示，二是为了降低功耗，传感器也不需要实时的打开。引入了一个电子开关的装置，可以通过MCU控制，打开和关断相应的电路，实现节能的目的。针对显示部分，在设计中还引入了外部唤醒功能，利用强磁靠近传感器，M⑶检测干簧管闭合状态来控制电子开关的打开。MCU也可以控制传感器在需要数据采集的时候才打开此装置。
【主权项】
1.一种无线井深传感器，其特征在于:包括增量编码器、升压芯片、微处理器、绝对值编码器和无线模块，所述增量编码器与微处理器连接用于向微处理器输入脉冲信号，升压芯片输入端与电源连接，输出端与微处理器连接，微处理器通过开关与绝对值编码器连接，输入电压经升压芯片升压后通过微处理器和开关对绝对值编码器供电，无线模块与微处理器连接用于发送绝对值编码器采集的信号。2.根据权利要求1所述的无线井深传感器，其特征在于:所述绝对值编码器的机械轴不转动时，微处理器通过开关控制关断绝对值编码器电源，增量编码器输出二路脉冲信号作为微处理器唤醒绝对值编码器的触发信号。3.根据权利要求2所述的无线井深传感器，其特征在于:所述增量型编码器电源电压为DC2.5-3.6V，增量型编码器设置为一直处于通电的工作状态。4.根据权利要求3所述的无线井深传感器，其特征在于:所述升压芯片为DC-DC升压芯片，微处理器通过NPN开关三极管与绝对值编码器连接，DC-DC升压芯片将DC3V电源电压升压为DC5V，并通过微处理器和NPN开关三极管对编码器进行供电控制。5.根据权利要求4所述的无线井深传感器，其特征在于:所述传感器还包括显示器，显示器通过电子开关与微处理器连接，微处理器通过电子开关控制显示器的开关。6.根据权利要求5所述的无线井深传感器，其特征在于:所述升压芯片为HT7333，微处理器为MSP430低功耗处理器，无线模块选用UTC-240B。
【文档编号】E21B47/04GK205605203SQ201620314399
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】陈晓东, 陈勇, 钟礼慧
【申请人】中国石油集团川庆钻探工程有限公司