一种用于井下电源系统参数测量的多通道信号采集电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种用于测量井下电源系统参数的信号采集电路，特别是涉及一 种用于井下电源系统参数测量的多通道信号采集电路。
【背景技术】
[0002] 在石油钻井领域中，智能钻井工具采用电子控制单元完成井下信息的采集、处理 和决策，由驱动单元完成相应操作，电子控制单元、驱动单元等部件的动力来源由井下电源 系统负责供给，因素其工作状况的好坏会直接影响智能钻井工具能否安全、正常、稳定地工 作。
[0003] 由于井底温度高、振动大、工作条件恶劣，智能钻井工具多采用泥浆涡轮发电机产 生交流电能，由于泥浆流量波动大，产生的交流电能变化范围宽，电子控制单元等部件对电 源的稳定性要求较高，因此，通常采用稳压电源技术将交流电能转换成符合用电负载需求 的稳定直流电能，但这种交流-直流-直流变换的供电方案结构复杂，涉及的中间环节较 多，任何一个环节出现问题都可能造成输出电压异常，若没有对井下电源系统关键节点参 数的实时监测和记录，必然会导致故障排查困难，安全隐患难以完全消除，从而延长智能钻 井工具维修保养周期，降低智能钻井工具的安全性、稳定性和使用寿命。在井底复杂工作环 境下，要完成多个电源参数的采集、处理、存储功能，现有的电压/电流信号采集电路的稳 定性、可靠性均难以满足要求。
[0004] 因此，设计一种多通道信号采集电路，在井底恶劣工作条件下能实现对井下电源 的工作温度及电压、电流、发电机转速等关键参数的高精度、高可靠性测量，用于监控智能 钻井工具供电系统的工作状况，为智能钻井工具的故障分析提供客观、真实的测量数据，具 有重要的价值和意义。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于井下电源系统参数测量 的多通道信号采集电路。
[0006] 为了达到上述目的，本实用新型提供的用于井下电源系统参数测量的多通道信号 采集电路包括：微处理器、参数采集电路、存储电路、时钟电路、复位电路和计算机，其中： 微处理器分别与参数采集电路、存储电路3、时钟电路、复位电路和计算机相连接。
[0007] 所述的参数采集电路包括多个直流电压信号采集电路、多个电流信号采集电路、 发电机转速信号采集电路及井下温度信号采集电路，多个直流电压信号采集电路、多个电 流信号采集电路、发电机转速信号采集电路及井下温度信号采集电路均与微处理器连接。
[0008] 所述的参数采集电路中的电压信号采集电路包括：第一运算放大器U1、第一电阻 R1、第二电阻R2和第一电解电容E1 ;其中：第一电阻R1的一端与第一运算放大器U1的第 一端连接、另一端为输入端，与电压输入信号Vin连接；第二电阻R2的一端与第一运算放大 器U1的第一端连接、另一端与地线连接；第一电解电容E1的正极与第一运算放大器U1的 第一端连接、负极与地线连接；第一运算放大器U1的第三端为输出端，输出信号；第一 运算放大器U1第一端接收第一电阻R1和第二电阻R2分压后的输入信号电压值，第一运算 放大器U1第二端与第三端相连，所述的第一运算放大器U1的第一端为同相输入端，所述的 第一运算放大器U1的第二端为反相输入端，所述的第一运算放大器U1的第三端为输出端。
[0009] 所述的参数采集电路中的电流信号采集电路包括：第二运算放大器U2、第三运算 放大器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第二电解电 容E2 ;其中：第二运算放大器U2的第一端为输入端，与电流输入信号Iin连接，第二运算放 大器U2的第三端为输出端，输出V。^信号，第二电解电容E2的一端与第三运算放大器U3 的第一端连接、另一端与地线连接；第三电阻R3为采样电阻，用于从井下电源系统的输出 回路中采样电流，将其转换为微小电压信号，第二运算放大器U2用于对微小电压信号进行 放大，第三运算放大器U3为电压跟随器结构，第三运算放大器U3的第一端接收第二运算放 大器U2的输出信号，第三运算放大器U3的第二端连接第三运算放大器U3的第三端，所述 的第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的第一端均为同相输入端、第二端均为反相输 入端、第三端均为输出端。
[0010] 所述的参数采集电路中的发电机转速信号采集电路包括：第一与非门NA1、第二 与非门NA2、二极管D1、稳压二极管D2、第八电阻R8、第九电阻R9和第三电解电容E3 ;其中： 二极管D1的阳极为输入端，接收转速输入信号V_、阳极与第八电阻R8的第一端连接，第八 电阻R8第二端同时与第一与非门NA1的第一端和第二端相连接，稳压二极管D2的阴极与 第八电阻R8第二端连接、阳极与地线连接，第九电阻R9的第一端与第八电阻R8第二端连 接、第二端与地线连接，第三电解电容E3的阳极与第八电阻R8第二端连接、阳极与地线连 接，第二与非门NA2的第一端和第二端同时与第一与非门NA1的第三端连接、第三端为输出 端，输出乂_ 3信号；二极管D1进行半波整流，将发电机转速信号由交流信号转换为直流信 号，由第八电阻R8和第九电阻R9对半波整流后电压进行分压，由稳压二极管D2对分压后 电压进行钳位，第一与非门NA1的第一端和第二端同时接收半波整流后的输出电压，第二 与非门NA2与第一与非门串联连接，第二与非门NA2的第一端和第二端接收第一与非门NA1 的第三端信号，第二与非门NA2的第三端输出方波信号，所述的第一与非门NA1的第一端和 第二端为输入端，所述的第一与非门NA1的第三端为输出端，所述的第二与非门NA2的第一 端和第二端为输入端，所述的第二与非门NA2的第三端为输出端。
[0011] 所述的微处理器为飞思卡尔公司的HC9S12系列微处理器芯片。
[0012] 所述的存储电路采用M25P16芯片及其外围电路，通过SPI接口与所述的微处理器 连接。
[0013] 所述的时钟电路采用PCF2127A芯片及其外围电路，外接晶振频率为32. 768KHz， 通过I2C接口与所述的微处理器连接。
[0014] 所述的复位电路包括：复位芯片U4、第十电阻R10、第十一电阻R11和电容C1 ;复 位芯片U4采用MAX708MJA芯片及其外围电路。
[0015] 本实用新型提供的用于井下电源系统参数测量的多通道信号采集电路的效果：在 智能钻井工具的供电电源中，通过增设信号采集电路，可监测井下电源系统的工作状态，记 录电源系统各环节的电压、电流值变化情况，为智能钻井工具电源系统的故障分析、维修保 养提供客观、真实的测量数据，避免了仅依靠地面检测造成的故障误判、风险失察等隐患， 缩短了智能钻井工具的维修保养周期，提高了智能钻井工具井下工作的安全性、稳定性和 使用寿命。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型提供的用于井下电源系统参数测量的多通道信号采集电路结 构框图。
[0017] 图2为参数采集电路中的电压信号采集电路原理图。
[0018] 图3为参数采集电路中的电流信号采集电路原理图。
[0019] 图4为参数采集电路中的发电机转速信号采集电路原理图。
[0020] 图5为复位电路原理图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的用于井下电源系统参数测量的 多通道信号采集电路进行详细说明。
[0022] 如图1所示，本实用新型提供的用于井下电源系统参数测量的多通道信号采集电 路包括：
[0023] 微处理器1、参数采集电路2、存储电路3、时钟电路4、复位电路5和计算机6,其 中：微处理器1分别与参数采集电路2、存储电路3、时钟电路4、复位电路5和计算机6相 连接。
[0024] 参数采集电路2包括多个直流电压信号采集电路21、多个电流信号采集电路22、 发电机转速信号采集电路23及井下温度信号采集电路24,多个直流电压信号采集电路21、