红外全烃鉴定系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种具有温度补偿功能的红外全烃鉴定系统。该红外全烃鉴定系统通过相应传感器感知环境温度，在环境温度偏离预设温度区间时，通过补偿电路自动对检测数据进行补偿，从而提高了检测数据的稳定性和可靠性，为现场地质录井技术人员及时发现油气和判断油气异常显示提供直接参考数据。
【专利说明】红外全烃鉴定系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学检测【技术领域】，尤其涉及一种利用红外光来检测从钻井泥浆中脱出的样品气的红外全烃鉴定系统。
【背景技术】
[0002]石油地质钻井在线气测录井技术，就是在钻井过程中，对钻井泥浆中的烃类气体进行实时检测分析，以此发现底层油气显示，并判定油气显示的级别、深度、厚度等，从而获得每口油井真实准确具体的地质资料。
[0003]红外全烃鉴定系统是石油地质钻井在线气测录井技术中最为常用的设备，其采用非色散红外(NDIR)原理，来检测烃类气体的浓度，从而为现场地质录井技术人员及时发现油气和判断油气异常显示提供直接参考数据。
[0004]图1为现有技术红外全烃鉴定系统的结构示意图。请参照图1，该红外全烃鉴定系统包括:气体检测腔室10 ;密封于所述气体检测腔室10内的微型红外气体传感器11 ;位于气体检测腔室10前端的进气接口 41、气体干燥过滤器42、气泵43、流量调节计44 ;以及位于气体检测腔室10后端的出气接口 45。在实际进行检测时，给气泵43通电，从进气接口 41持续吸入被测气体；被测气体先经过气体干燥过滤器42的干燥过滤，然后经过气泵43输送到气体流量计44内部，通过调节气体流量计44将气体流量设置在一个稳定值，被测气体进入气体检测腔室10后，由微型红外气体传感器11充分检测，通过出气接口排出45。
[0005]然而，在实现本发明的过程中， 申请人:发现现有的红外全烃鉴定系统仅是封装了一个红外敏感元件，其在正常温度下能够正常工作，然而，钻井过程中地下环境错综复杂，温度情况千变万化，这些均导致了红外敏感元件在测量数据上出现误差，严重影响红外全烃鉴定系统的精度。
【发明内容】
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种红外全烃鉴定系统，以消除环境温度对红外全烃鉴定系统鉴定精确度的影响。
[0008]( 二 )技术方案
[0009]本发明红外全烃鉴定系统包括:气体检测腔室10 ;红外气体传感器11，密封于气体检测腔室10内，用于对进入气体检测腔室10内的气体进行红外光学检测；温度传感器12，密封于气体检测腔室10内，用于对进入气体检测腔室10内的气体的温度进行检测；温度调节装置20，位于气体检测腔室10外或位于气体检测腔室10内；以及数据采集补偿电路30，与温度传感器12和温度调节装置20相连接，用于当温度传感器12探测到的温度偏离预设温度区间时，控制温度调节装置20对气体检测腔室10内的温度进行控制，以使其稳定在预设温度区间内。
[0010](三)有益效果
[0011]从上述技术方案可以看出，本发明红外全烃鉴定系统中，传感器采用一体化封装多个探头技术，封装有温感元件和红外敏感元件，并设计有数据采集补偿电路，能自动根据环境温度条件进行补偿，从而提高了红外全烃检测的稳定性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为现有技术红外全烃鉴定系统的结构示意图；
[0013]图2为根据本发明实施例红外全烃鉴定系统的示意图；
[0014]图3为图2所示红外全烃检测系统中红外气体传感器IR12GJ的管脚示意图；
[0015]图4为图2所示红外全烃鉴定系统中温度调节装置的结构示意图；
[0016]图5为图2所示红外全烃鉴定系统中数据采集补偿电路的电路图；
[0017]图6为图5所示数据采集补偿电路中滤波电路模块的电路图；
[0018]图7A为一级信号放大模块的电路图；
[0019]图7B为二级信号放大模块的电路图；
[0020]图8为图5所示数据采集补偿电路中模数转换模块的电路图；
[0021]图9为图5所示数据采集补偿电路中LM3S600控制芯片的电路图；
[0022]图10为图9所示LM3S600控制芯片中烧制的控制程序流程图。
[0023]【主要元件符号说明】
[0024]10-气体检测腔室；
[0025]11-红外气体传感器；12-温度传感器；
[0026]20-温度调节装置；
[0027]30-数据采集补偿电路；
[0028]40-外围部件；
[0029]41-进气接口 ； 42-气体干燥过滤器；
[0030]43-气泵；44-流量调节计；
[0031]45-出气接口。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0033]本发明红外全烃鉴定系统在气体检测腔室内设置温感元件，并在气体检测腔室内部或外部设置加热/冷却元件，当气体检测腔室内的温度偏离预设温度时，加热/冷却元件工作，使气体检测腔室内的温度回归正常值，从而无论外界温度如何变化，微型红外气体传感器均能够检测到正常温度的气体，从而消除了温度的影响，确保了红外全烃鉴定系统的精度。
[0034]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种红外全烃鉴定系统。图2为根据本发明实施例红外全烃鉴定系统的示意图。请参照图2，该红外全烃鉴定系统包括:气体检测腔室10 ;红外气体传感器11，密封于气体检测腔室10内，用于对气体检测腔室10内的气体进行红外光学检测；温度传感器12，密封于气体检测腔室10内，用于对气体检测腔室10内的气体的温度进行检测；温度调节装置20，贴合于气体检测腔室10的外侧；数据采集补偿电路30，与温度传感器12和温度调节装置20相连接，用于当温度传感器12探测到的温度偏离预设温度区间时，控制温度调节装置20对气体检测腔室10内的温度进行控制，以使其稳定在预设温度区间内。
[0035]以下对本实施例红外全烃鉴定系统的各个组成部分进行详细说明。
[0036]本实施例中气体检测腔室10、红外气体传感器11、进气接口 41、气体干燥过滤器42、气泵43和流量调节计44等部件与现有技术中的相应部件相同，此处不再进行详细说明。
[0037]请参照图2，红外气体传感器11密封于气体检测腔室10内的下方，温度传感器12是集成于红外气体传感器11中的温度传感器，但本发明并不以此为限。在本发明其他实施例中，温度传感器也可以是相对于红外气体传感器独立的温度传感器。
[0038]本实施例中，红外气体传感器11采用IR12GJ芯片U23。图3为图2所示红外全烃鉴定系统中红外气体传感器IR12GJ芯片的管脚示意图。请参照图3，该IR12GJ芯片U23中，气体检测腔室内的温度以模拟信号的形式通过管脚7-TEMP CH3连接至数据采集补偿电路。如此设置，可以由红外气体传感器11统一向外界输出信号，从而简化了气体检测腔室10内的线路构造，减小了由于向外连线而导致气体检测腔室10密封失效的风险。
[0039]此外，图3 所示 IR12GJ 芯片 U23 中，AVCC 管脚、LAMP 管脚、LAMPRET 管脚、PYR01IN管脚、PYR02IN管脚和AGND管脚均为通用的管脚。本领域技术人员应当清楚的知道这些管脚的连接关系，容此不再赘述。
[0040]在气体检测腔室10的外侧，贴装有温度调节装置20。图4为图2所示红外全烃鉴定系统中温度调节装置的结构示意图。请参照图4，该温度调节装置20呈具有一弧度的片状，且该弧度与气体检测腔室10的外侧面的弧度相匹配。其中，该温度调节装置呈左右对称的构造，其覆盖气体检测腔室10外表面约40%的面积。该温度调节装置的材料为金属。
[0041]本实施例中，该温度调节装置为单纯的加热装置。该加热装置包括加热片及正负电源线。当温度传感器12探测到的气体检测腔室内的温度低于预设温度时，数据采集补偿电路30控制加热装置对气体检测腔室10加热；当温度传感器探测到的温度达到恒定值后，停止加热，从而保证气体检测腔室处于恒温状态。其中，该预设温度为45°C。
[0042]本发明的温度调节装置并不局限于上述的加热装置。本发明中，该温度调节装置还可以是致冷装置，或是加热装置和致冷装置的集合体。同时，该温度调节装置也不局限于位于气体检测腔室的外侧，其同样可以位于气体检测腔室10内，并且其覆盖气体检测腔室10的面积可以根据需要进行调整，愈大愈好，本领域技术人员应当很清楚其设置方式，此处不再进行详细说明。
[0043]在本发明的另一个实施例中，温度调节装置为致冷装置。该致冷装置包括:致冷片，通过正负电源线电性连接至数据采集补偿电路。当温度传感器12探测到的温度高于预设温度时，数据采集补偿电路30控制该致冷装置对气体检测腔室10进行冷却。其中，该预设温度为25°C。
[0044]在本发明的再一个实施例中，温度调节装置为致冷装置和加热装置的集合体。该集合体同样为片状，其包括:加热片及致冷片，两者分别通过正负电源线电性连接至数据采集补偿电路，分别贴合于气体检测腔室10的左右两侧或上下两部分。对于该集合体，当温度传感器12探测到的温度高于预设温度时，数据采集补偿电路30给该集合体致冷片提供电源，从而对气体检测腔室10进行冷却。当温度传感器12探测到的温度低于预设温度时，数据采集补偿电路30给该集合体加热片提供电源，从而对气体检测腔室10进行加热。其中，该预设温度区间为25 °C?45 °C。
[0045]图5为图2所示红外全烃鉴定系统中数据采集补偿电路的电路图。请参照图5，该数据采集补偿电路包括:滤波电路模块，用于对温度传感器IR12GH芯片传输来的温度信号进行滤波；信号放大模块，与滤波电路模块相连接，用于对滤波电路模块输出的温度信号进行放大；模数转换模块，与信号放大模块相连接，用于将信号放大模块输出的温度信号进行模数转换；控制芯片，与模数转换模块相连接，用于将模数转换模块输出的温度信号与预设的温度范围进行比较，当其偏离预设温度区间时，控制温度调节装置20对气体检测腔室10内的温度进行控制，以使其稳定在预设温度区间内，从而保证气体检测腔室处于恒温状态。
[0046]以下对数据采集补偿电路中的各个部分进行详细说明。
[0047]图6为图5所示数据采集补偿电路中滤波电路模块的电路图。请参照图6，该滤波电路模块包括:第三十二电阻R32，其第一端作为本滤波电路模块的输入端，连接至图3所示IR12GJ芯片的管脚7 ;第三十六电容C36，其第一端连接至第三十二电阻R32的第二端，其第二端接地-AGND ;第二十六电容C26，其第一端通过第二十六电阻R26连接至第三十二电阻R32的第二端；其第二端接地-AGND ;该第二十六电容C26的第一端作为本滤波电路模块的输出端。
[0048]其中，第三十二电阻R32的阻值为1.5kQ ;第三十六电容C36的电容值为0.1，;第二十六电阻R26的电阻值为IkQ ;第二十六电容C26的电容值为0.01 μ F。
[0049]信号放大模块分为一级信号放大模块和二级信号放大模块。图7Α为一级信号放大模块的电路图。图7Β为二级信号放大模块的电路图。
[0050]请参照图7Α，该一级信号放大模块为单路仪表放大电路，包括:AD620仪表放大器芯片U5。该AD620仪表放大器芯片U5中，管脚3作为正相输入端，通过第七电阻R7连接至滤波电路模块的输出端-+INA ;管脚2作为反相输入端，接地-AGND ;管脚6作为U5的输出端-AD IN。
[0051]此外，该AD620仪表放大器芯片U5其他管脚的连接关系如下:管脚I通过第三十三电阻R33连接至其管脚8 ;管脚3通过第五电容C5接地；管脚4连接至电源负电压-8V，并且通过第十一电容Cl I接地；管脚7连接至电源正电压+8V，并且通过第十三电容C13接地。
[0052]其中，第三十三电阻的阻值为5.49kQ ;第七电阻R7的阻值为100 Ω ;第五电容C5的电容值为2.2nF，第i^一电容Cll的电容值为0.1，，第十三电容C13的电容值为0.1，。
[0053]请参照图7B，该二级信号放大模块为双路运算放大电路，包括:级连的第一0P2177双路运算放大器芯片U4A和第二 0P2177双路运算放大器芯片U4B。
[0054]对于第一 0P2177双路运算放大器芯片U4A，其管脚2作为反相输入端，通过第十电阻RlO连接至图7A所示AD620仪表放大器芯片U5的管脚6-AD IN,通过第九电阻R9连接至参考电压_VMf，;其管脚3连接至地-AGND ;其管脚4连接至电源负电压一8V，并通过第九电容C9连接至地-AGND ;其管脚8连接至电源正电压_+8V，并通过第十电容ClO连接至地-AGND ;其管脚I通过第十一电阻连接至管脚2，形成反相闭环放大器，该管脚I作为该第一 OP2177双路运算放大器芯片U4A的输出端。，
[0055]对于第二 0P2177双路运算放大器芯片U4B，其管脚6作为反相输入端，通过第十二电阻R12连接至该第一 0P2177双路运算放大器芯片U4A的管脚I ;其管脚5作为正相输入端，连接至地-AGND ;其管脚7通过第13电阻R13连接至管脚6，形成反相闭环放大器，并通过第八电阻R8输出，作为本U4B的输出端，该输出端通过第六电容C6连接至地-AGND。
[0056]该双路运算放大电路中，第八电阻R8的阻值为100Ω ;第九电阻R9和第十电阻RlO的阻值均为20kQ ;第^^一电阻R11、第十二电阻R12和第十三电阻R13的阻值均为1kQ ;第六电容C6的电容值为2.2nF;第九电容C9和第十电容ClO的电容值均为0.1，；
[0057]图8为图5所示数据采集补偿电路中模数转换模块的电路图。请参照图8，该模数转换模块包括:ADS8325模数转换芯片U13，其管脚2作为模拟信号输入端连接至图7B所示二级信号放大模块的输出端-ADIN+ ;其管脚6作为数字信号输出端。
[0058]由于ADS8325模数转换芯片已经为本领域技术人员所熟知，对于其除管脚2和管脚6之外的其他管脚:如管脚1-VREF、管脚3—In、管脚4-GND、管脚5-C0NV、管脚7-CLK、管脚8-+VCC等的连接关系，按照通常的连接进行处理即可，此处不再赘述。此外，除了ADS8325模数转换芯片之外，还可以采用其他芯片来实现模数转换的功能，此处不再赘述。
[0059]图9为图5所示数据采集补偿电路中LM3S600控制芯片的电路图。请参照图9，该LM3S600控制芯片U19中，其管脚21作为温度数字信号输入端连接至图8所示ADS8325模数转换器的管脚6 ;其管脚46连接至温度调节装置。对于LM3S600控制芯片中除管脚21和管脚46之外的其他管脚，本领域技术人员应当很清楚其连接方式，鉴于其与本发明的关系不密切，此处不再赘述。
[0060]图10为图9所示LM3S600控制芯片中控制程序流程图，在该LM3S600控制芯片中烧制有控制程序，来利用管脚21输入的温度信号控制管脚46输出，其控制程序的流程包括:
[0061]步骤A，判断由管脚21输入的温度信号是否低于45°C，如果是，执行步骤B，否则，执行步骤C ；
[0062]步骤B，控制管脚46输出加热电流，温度调节装置的加热片在电流作用下发热，实现对气体检测腔室10的升温，执行步骤C ；
[0063]步骤C，判断由管脚21输入的温度信号是否等于或高于45°C，如果是，执行步骤D，否则，执行步骤B;
[0064]步骤D，控制管脚46停止输出加热电流；
[0065]一般情况下，由管脚21实时监测气体检测腔室内的温度变化，并且，由管脚46输出的加热电流小于5mA。
[0066]至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明红外全烃鉴定系统有了清楚的认识。
[0067]此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如:(1)片状的温度调节装置还可以改为块状形式。
[0068]综上所述，本发明红外全烃鉴定系统通过相应传感器感知环境温度，在环境温度低于预设温度时，利用该环境压力和温度对检测数据进行补偿，从而提高了检测数据的稳定性和可靠性，为现场地质录井技术人员及时发现油气和判断油气异常显示提供直接参考数据。
[0069]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种红外全烃鉴定系统，其特征在于，包括: 气体检测腔室(10); 红外气体传感器(11)，密封于所述气体检测腔室(10)内，用于对进入所述气体检测腔室(10)内的气体进行红外光学检测； 温度传感器(12)，密封于所述气体检测腔室(10)内，用于对进入所述气体检测腔室(10)内的气体的温度进行检测； 温度调节装置(20)，位于所述气体检测腔室(10)外或位于所述气体检测腔室(10)内；以及 数据采集补偿电路(30)，与所述温度传感器(12)和所述温度调节装置(20)相连接，用于当所述温度传感器(12)探测到的温度偏离预设温度区间时，控制所述温度调节装置(20)对所述气体检测腔室(10)内的温度进行控制，以使其稳定在所述预设温度区间内。
2.根据权利要求1所述的红外全烃鉴定系统，其特征在于，所述温度调节装置(20)呈具有一弧度的片状，该片状温度调节装置(20)贴合于所述气体检测腔室(10)的外侧。
3.根据权利要求2所述的红外全烃鉴定系统，其特征在于，所述温度调节装置(20)呈左右对称的结构，其覆盖所述气体检测腔室(10)的面积大于该气体检测腔室(10)外表面面积的40%。
4.根据权利要求3所述的红外全烃鉴定系统，其特征在于，所述温度调节装置(20)为左右对称的两片状金属。
5.根据权利要求2所述的红外全烃鉴定系统，其特征在于: 所述预设温度区间为预设温度以上，所述温度调节装置为加热装置； 所述预设温度区间为预设温度以下，所述温度调节装置为致冷装置；或 所述预设温度区间为两预设温度之间的一范围，所述温度调节装置为同时具有加热功能和致冷功能的集合体。
6.根据权利要求1所述的红外全烃鉴定系统，其特征在于，所述数据采集补充电路(30)包括: 滤波电路模块，用于对温度传感器的温度信号进行滤波； 信号放大模块，与所述滤波电路模块相连接，用于对其输出的温度信号进行放大； 模数转换模块，与所述信号放大模块相连接，用于对其输出的温度信号进行模数转换；以及 控制芯片，与所述模数转换模块相连接，用于将其输出的温度信号与预设的温度范围进行比较，当其偏离预设温度区间时，控制所述温度调节装置(20)对所述气体检测腔室(10)内的温度进行调节，以使其稳定在所述预设温度区间内。
7.根据权利要求6所述的红外全烃鉴定系统，其特征在于，所述控制芯片为LM3S600芯片，所述温度调节装置为加热片； 所述温度信号从该LM3S600芯片的管脚21输入，加热电流由该LM3S600芯片的管脚46输出，所述加热片在该加热电流的作用下对所述气体检测腔室(10)内的气体进行加热。
8.根据权利要求7所述的红外全烃鉴定系统，其特征在于，所述LM3S600芯片的控制流程包括: 步骤A，判断由管脚21输入的温度信号是否低于45°C，如果是，执行步骤B，否则，执行步骤C ; 步骤B，控制管脚46输出加热电流，温度调节装置的加热片在电流作用下发热，实现对气体检测腔室(10)的升温，执行步骤C ; 步骤C，判断由管脚21输入的温度信号是否等于或高于45°C，如果是，执行步骤D，否贝U，执行步骤B;以及 步骤D，控制管脚46停止输出加热电流。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的红外全烃鉴定系统，其特征在于，所述温度传感器(12)为集成于所述红外气体传感器(11)中的温度传感器。
10.根据权利要求9所述的红外全烃鉴定系统，其特征在于，所述红外气体传感器为集成了温度传感器的IR12GJ芯片(U23)，其中，温度信号通过该IR12GJ芯片(U23)的管脚7输出。
【文档编号】G01N21/3504GK104515744SQ201410183091
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】丁开蕾, 郭晋冉, 丁开亮 申请人:北京奥斐德石油技术有限公司