专利名称：全数字井壁取芯控制仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油勘探领域，涉及一种获取油井内岩芯样品的装置。
背景技术：
目前国内普遍使用的井壁取芯用的取芯枪为爆炸式取芯枪。这种取芯枪装有36个左右的取芯筒，每个取芯筒下有一个炸药包，当井壁取芯控制仪选中某一个炸药包时，对应的炸药包便被通电点燃，发生爆炸，将取芯筒射入地层即可获取岩芯。现在使用较多的井壁取芯控制仪是由电磁线圈或者电动机带动的步进开关，其缺点是由于带有机械运动部件，在爆炸产生强烈振动时经常出现卡档和乱档等问题，造成取芯深度错误或不能取芯。实用新型专利数控井壁取芯仪(专利号97218126.1)发明的井壁取芯控制仪虽没有机械运动部件，但其不能进行药包测试，智能化程度也较低。
发明内容
本实用新型的目的是设计一种采用全数字控制、电子触发且具有半双工数字通讯功能的井壁取芯控制仪，它克服了现有装置带有机械运动部件和不能进行双向通讯的弊端，使取芯控制仪能够集高可靠性、实时性于一身。由于采用了计算机控制技术，其药包测试和药包点火的通电时间长度可比以往手操作业方式更精确、操作却十分灵活、简便。
本实用新型技术方案是这样实现的。全数字井壁取芯控制仪由井上控制电路和井下控制电路两部分构成。井上控制电路包括控制单元(1)、键盘和数码管显示单元(2)、信号调制与解调单元(3)、电源单元四个部分。直流电源单元为井上控制电路提供直流电。键盘和数码管显示单元(2)完成人机交互，包括预选药包的选择和显示、药包测试和药包点火命令的触发、药包测试和药包点火的结果显示等。控制单元(1)使整个功能得以实现。信号调制与解调单元(3)完成与井下控制电路的双向数字通讯。井下控制电路包括控制单元(4)、直流电源单元和信号调制与解调单元(5)，另外还包括点火开关(6)、药包检测电路(7)、点火变压器(13)、复位误触发保护电路(8)、以及光电耦合器与可控硅组成的开关阵列(9)。井上与井下设备仅由一根双芯电缆(10)连接。
本技术方案的特殊之处是①.井上控制电路的调制与解调单元(3)的调制开关串联在向井下供电的电缆(10)，调制与解调单元(3)的解调信号检测器也与向井下供电的电缆(10)相连；②.井下控制电路的调制与解调单元(5)的调制开关串联在向井下供电的电缆(10)，调制与解调单元(5)的解调信号检测器也与向井下供电的电缆(10)相连，电源单元(12)与调制与解调单元(5)的调制开关串联后接电缆；③、井上控制电路的控制单元(1)分别和键盘和显示单元(2)、调制与解调单元(3)连接；④.井下控制电路的控制单元(5)分别与药包检测电路(7)、复位误触发保护电路(8)、光电耦合器与可控硅开关阵列(9)相连接，由电源单元(12)为它们供电，复位误触发保护电路(8)和点火开关(6)的控制端连接，点火开关(6)和点火变压器(13)的原端连接，点火变压器(13)的副端和药包检测电路(7)连接，药包检测电路(7)和光电耦合器及可控硅开关阵列(9)连接。
升上和井下控制电路的双向数字通讯采用了电源与数据传输共用同一通道的电源自调制半双工数字通信技术。电源自调制数据传输是指按照所传二进制数据对50HZ电源电压正/负半周实行的有选择性通断控制，以实现信息传输的一种技术。这样井上与井下只需通过两根电缆，既能传递电能也也能传递数据，节省了电缆。为了防止系统上电复位时，信号的误跳变使点火开关打开导致某些药包通电产生误炸，井下控制控制电路中采用了复位误触发保护电路。其原理为使点火开关的供电晚于CPU上电复位结束时刻，即图3中，比较器U41A的输出端在CPU复位后由“低”进入“高”。为了在点火前测试药包是否接触良好以及点火后药包是否发生爆炸，井下控制电路中采用了药包检测电路，其原理为在点火变压器(13)的低压端(副端)串入检测电路(U41、D9、D5、R73、T40等)当T40关闭时为药包检测状态，此时U41将检测到的信号送入控制单元(4)。
本实用新型的优点是，由于采用无触点的可控硅控制电路，井下的取芯枪不会出现卡档和乱档等机械问题，可以确保井壁岩心取样的可靠性和成功率。同时，由于采用了电源自调制数据传输技术，只需两根电缆即可实现a电力输送，b井上与井下的半双工数字通讯。既节省电缆又能使井上随时掌握井下取芯状态，从而提高了取芯作业的智能程度。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是全数字井壁取芯控制仪原理框图。
图2是本控制仪井上部分的调制与解调电路使用原理图。
图3是本控制仪井下部分的调制与解调电路(5)与药包检测电路(7)及复位误触发保护电路(8)原理图及相互关系。
具体实施方式
首先，制作井上控制箱内电路板。控制单元选用AT89C51单片机等组成最小系统。另外，单片机的P0口通过芯片74LS07及上拉电阻实现对三个动态显示数码管的阳极控制，P2口的P2.0、P2.1、P2.2通过芯片74LS07及上拉电阻实现对三个动态显示数码管的阴极控制同时与P0口的P0.0、P0.1、P0.2配合管理六个按键。井上电路的调制与解调电路(4)的制作(参照图2)如下信号的发送采用光电耦合器TLP627和可控硅BTA08(T1)控制，光电耦合器U4输入端阳极接VCC，阴极通过电阻R15(390)后接U1的1腿。U4中的三极管发射极接T1控制极，集电极通过电阻R2(20)后接可控硅一端，再接插座J1的1腿和二极管D1(1N4007)的阴极。二极管D1的阳极接T1另一端后再接电阻R18(5)、R19(18)、R34(18)。电阻R18另一端接电阻R20(18)、R35(18)和插座J2的1腿后再与变压器TR1(15∶1)的原级线圈一端相连。插座J1的2腿和J2的2腿与变压器TR1原级线圈另一端相连。比较器U5选用LM139，U5的9腿接电阻R19、R31(18)和电容C6(0.01μ)，U5的8腿接电阻R30(20)、R23(1K)、R20和电容C5(0.01μ)，U5的5腿接电阻R35、R33(18)和电容C8(0.01μ)，U5的4腿接电阻R32(20)、R24(1K)、R34和电容C7(0.01μ)，电阻R30、R31、R32、R33和电容C5、C6、C7、C8的另一端接地。U5的14腿接电阻R23、R21(2.4K)、R25(20K)，U5的2腿接电阻R24、R22(2.4K)、R27(20K)，电阻R21、R22的另一端与R26(20K)和U5的3腿相连后一起接VCC。U5的10腿接电容C3(0.1μ)和电阻R25的另一端，U5的11腿接二极管D2的阳极、U5的7腿和电阻R26的另一端，U5的6腿接电容C4(0.1μ)和电阻R27的另一端，电容C3、C4的另一端和U5的12腿都接地。U5的13腿接电阻R28(20K)和U1的12腿，U5的1腿接电阻R29(20K)和U1的13腿，电阻R28和R29的另一端都接VCC。电源单元由变压器、整流桥及LM7805等组成它能在交流220伏输入时，产生直流5伏输出。
按照上述制作电路板，再将电路板固定在井上控制箱内。220V交流电源通过插座和电源开关进入电路板。电源和控制信号通过另一插座及电缆(两芯)进入井下电路板。
接下来，制作井下控制电路板(参照附图3)。控制单元选用AT89C51单片机等组成最小系统。另外，单片机的P1口通过六个三极管(2N5401)配合单片机P2口(前六位)控制光电耦合器及可控硅开关阵列(9)。电路的调制与解调电路(5)的制作(参照图3中的调制与解调电路部分)如下光电耦合器U37(TLP627)和可控硅T37(BTA08)构成发送信号电路，U37输入端阳极接VCC，阴极通过电阻R67(390)后接调制控制信号，输出端发射极接T37的控制极，输出端集电极通过电阻R37(20)接可控硅一端后再与二极管D1阴极和双芯电缆相连。可控硅T37另一端与二极管D1阳极、电阻R38(39)、可控硅T39的2脚、电阻R65(40)、R60(18)、R64(18)。电阻R65的另一端与电阻R61(18)、R63(18)相连。比较器U38选用LM139，U38的9腿接电阻R60、R59(18)和电容C4(0.01μ)，U38的8腿接电阻R57(20)、R55(1K)、R61和电容C3(0.01μ)，U38的11腿接电阻R63、R62(18)和电容C6(0.01μ)，U38的10腿接电阻R58(20)、R56(1K)、R64和电容C5(0.01μ)，电阻R57、R58、R59、R62和电容C3、C4、C5、C6的另一端接地。U38的14腿接电阻R55、R54(2.4K)、R49(20K)，U38的13腿接电阻R56、R53(2.4K)、R52(20K)，电阻R53、R54的另一端与R50(20K)和U38的3腿相连后一起接VCC。U38的4腿接电容C1(0.1μ)和电阻R49的另一端，U38的5腿接二极管D3的阳极、U38的7腿和电阻R50的另一端，U38的6腿接电容C2(0.1μ)和电阻R52的另一端，电容C1、C2的另一端和U38的12腿都接地。U38的2腿接电阻R48(20K)并将解调信号送出，U38的1腿接电阻R51(20K)并将解调信号送出，电阻R48和R51的另一端都接VCC。点火开关由光电耦合器MOC3023(U42)和可控硅T39等组成，U42输入端阴极接三极管Q7(2N5401)的集电极，Q7的发射极接地，基极通过电阻R46(50K)后接点火控制端，U42的输出极分别接电阻R38和可控硅T39的控制极3脚，T39的1脚接到点火变压器TR1的原端，点火变压器TR1的原级线圈另一端接双芯电缆的另一端。药包检测电路(7)的制作(参照图3中的检测电路部分)如下点火变压器次极线圈的一端接地，另一端接可控硅T40的1脚、二极管D9的阴极和光电耦合器TLP627(U41)输入端阳极。U41输出端集电极接输出测试信号并通过电阻R72(1K)后接VCC，U41输出端发射极接地。U41输入端阴极接二极管D5阳极，D5阴极接D9阳极和电阻R73(1K)。R73的另一端接电阻R39并和可控硅开关阵列相连。U43输入端阳极通过510欧电阻接VCC，阴极接三极管Q8的发射极。Q8的集电极接地，基极接电阻R69(20K)，电阻R69的另一端接U39的28脚。复位误触发保护电路(8)由比较器U40(LM193)等组成，其制作(参照图3中的相应部分)如下比较器U40(LM193)的2脚接电阻R70(50K)和二极管D4的阴极，4脚和电阻R70的另一端接地，3脚接电阻R71(82K)和二极管D2的阳极，8脚与电阻R71的另一端一起接VCC。二极管D2的阴极与电容E2的负极一起接地。U40的1脚接电阻R68(390)、电容E2阳极和光电耦合器MOC3023(U42)输入端阳极，D4的阳极与单片机的复位端(9脚)相连。
按上述制作井下控制电路板，然后将其安装在井下取芯枪内，再通过电缆将井上控制箱和井下电路板连接在一起。
使用时，打开井上控制箱后面板上的电源开关，接通电源。前控制面板有三个数码管，分别为“状态”、“个位”、“十位”。“状态”以不同的显示表示测试时药包是否接触或点火时药包是否爆炸了。“个位”显示所要测试或点火的药包颗数的个位，“十位”显示药包颗数的十位，前面板右边有6个薄膜按键，其中“十位”表示目前需要变动颗数的十位数字，“个位”表示需要变动颗数的个位数字，“增加”表示使个位或十位数字增一，“减少”则反之。“测试”表示测试药包是否接触良好，“点火”表示使某一颗药包接通电流。电源接通后，颗数将显示为“00”，此时按下“测试”键，取芯控制仪将连续测试取芯枪内的每一颗药包是否接触良好，数码管将没有接触好或没装药包的颗数编号依次显示出来。通过“增加”和“减少”按键可以将数码管显示的数字调整到需要操作的颗数，再通过“测试”和“点火”键完成操作，“状态”数码管将显示成功与否。
权利要求1.一种全数字井壁取芯控制仪，由井上和井下两部分电路组成，井上与井下控制电路由两芯电缆(10)连接，其特征为①.井上控制电路的调制与解调单元(3)的调制开关串联在向井下供电的电缆(10)；②.井下控制电路的调制与解调单元(5)的调制开关串联在向井下供电的电缆(10)；③、井下控制电路的控制单元(4)分别与药包检测电路(7)、复位误触发保护电路(8)、光电耦合器与可控硅开关阵列(9)相连接，由电源单元(12)为它们供电，复位误触发保护电路(8)和点火开关(6)的控制端连接，点火开关(6)和点火变压器(13)原端连接，点火变压器(13)副端和药包检测电路(7)连接，药包检测电路(7)和光电耦合器及可控硅开关阵列(9)连接。
2.据权利要求1所述的全数字井壁取芯控制仪，其特征为①.药包检测电路(7)点火变压器TR1的次极线圈的一端接地，另一端接可控硅T40的1脚、二极管D9的阴极和光电耦合器U41(TLP627)输入端阳极，U41输出端集电极接电阻R72(1K)，电阻R72的另一端接VCC，U41输出端发射极接地，U41输入端阴极接二极管D5阳极，D5阴极接D9阳极和电阻R73(1K)，R73的另一端接T40的2脚和电阻R39并接入由光电耦合器与可控硅组成的开关阵列，U43输入端阳极通过电阻RP1(510)后接VCC，阴极接三极管Q8的发射极，Q8的集电极接地，基极接电阻R69(20K)，电阻R69的另一端接检测控制信号；②.复位误触发保护电路(8)电阻R66(2K)、二极管D7的阴极和D4的阳极相连，D7的阳极和电阻R66的另一端接地，电容E1的正极接VCC，比较器U40(LM193)的2脚接电阻R70(50K)和二极管D4的阴极，4脚和电阻R70的另一端接地，U40的3脚接电阻R71(82K)和二极管D2的阳极，U40的8脚与电阻R71的另一端一起接VCC，二极管D2的阴极与电容E2的负极一起接地，U40的1脚接电阻R68(390)、电容E2阳极和光电耦合器MOC3023(U42)输入端阳极；③.井上调制与解调单元(3)中，U4中的三极管发射极接T1控制极，集电极通过电阻R2(20)后接可控硅一端，再接两芯电缆的一芯，再接二极管D1(1N4007)的阴极，电缆的另一芯与交流电源的一端相接，二极管D1的阳极接T1另一端后再接电阻R18(5)、R19(18)、R34(18)及二极管D4的正极、二极管D3的负极，电阻R18另一端接电阻R20(18)、R35(18)、二极管D4的负极、二极管D3的正极及交流电源的另一端，比较器U5选用LM139，U5的9腿接电阻R19、R31(18)利电容C6(0.01μ)，U5的8腿接电阻R30(20)、R23(1K)、R20和电容C5(0.01μ)，U5的5腿接电阻R36(43K)、电容C11(0.1μ)及二极管D5(1N60)的正极，电阻R36的另一端、电容C11的另一端及二极管D5(1N60)的负极接电阻R35、R33(18)和电容C8(0.01μ)，U5的4腿接电阻R32(20)、R24(1K)、R34和电容C7(0.01μ)，电阻R30、R31、R32、R33和电容C5、C6、C7、C8的另一端接地，U5的14腿接电阻R23、R21(2.4K)、R25(20K)，U5的2腿接电阻R24、R22(2.4K)、R27(20K)，电阻R21、R22的另一端和U5的3腿相连后一起接VCC(直流电源正极)，U5的10腿接电容C3(0.1μ)和电阻R25的另一端，U5的7腿接电阻R76(20K)、电阻R78(4.3K)、电阻R80(1.8K)，电阻R76的另一端接VCC，电阻R78的另一端接U5的1腿，电阻R80的另一端接地，U5的11腿接电阻R75(20K)、电阻R77(4.3K)、电阻R79(1.8K)，电阻R75的另一端接VCC，电阻R77的另一端接U5的13腿，电阻R79的另一端接地，U5的6腿接电容C4(0.1μ)和电阻R27的另一端，电容C3、C4的另一端和U5的12腿都接地，U5的13腿接电阻R28(20K)，U5的1腿接电阻R29(20K)，电阻R28和R29的另一端都接VCC；④、井下调制与解调单元(5)中，U37输入端阳极接VCC，阴极通过电阻R67(390)后接调制信号控制端，U37输出端发射极接T37的控制极，U37输出端集电极通过电阻R37(20)接可控硅一端后再与二极管D1阴极和两芯电缆的一芯连接，可控硅T37另一端与二极管D1阳极、可控硅T39的2脚、电阻R65(40)、R60(18)、R64(18)、二极管D6的正极、二极管D7的负极连接，电阻R65的另一端与电阻R61(18)、R63(18)、二极管D6的负极、二极管D7的正极和变压器T38(15∶1)原级线圈一端相连，T38原级线圈另一端接两芯电缆的另一芯，比较器U38选用LM139，U38的9腿接电阻R60、R59(18)和电容C4(0.01μ)，U38的8腿接电阻R57(20)、R55(1K)、R61和电容C3(0.01μ)，U38的11腿接电阻R63、R62(18)和电容C6(0.01μ)，U38的10腿接电阻R58(20)、R56(1K)、R64和电容C5(0.01μ)，电阻R57、R58、R59、R62和电容C3、C4、C5、C6的另一端接地，U38的14腿接电阻R55、R54(2.4K)、R49(20K)，U38的13腿接电阻R56、R53(2.4K)、R52(20K)，电阻R53、R54的另一端和U38的3腿相连后一起接VCC，U38的4腿接电容C1(0.1μ)利电阻R49的另一端，U38的5腿接电阻R76(20K)、电阻R78(4.3K)、电阻R80(1.8K)，电阻R76的另一端接VCC，电阻R78的另一端接U5的2腿，电阻R80的另一端接地，U38的7腿接电阻R75(20K)、电阻R774.3K)、电阻R79(1.8K)，电阻R75的另一端接VCC，电阻R77的另一端接U5的1腿，电阻R79的另一端接地，U38的6腿接电容C2(0.1μ)和电阻R52的另一端，电容C1、C2的另一端和U38的12腿都接地。
专利摘要本实用新型属于石油勘探领域，涉及一种全数字井壁取芯控制仪器，用于控制油井内获取岩芯。它由井上和井下两部分组成。井上部分由(1)控制单元、(2)键盘和显示、(3)数制与解调单元、(4)电源，井下部分由(1)控制单元、(2)数制与解调单元、(3)点火开关、(4)检测电路、(5)复位误触发保护电路、(6)由光电耦合器与可控硅组成的开关阵列、(7)电源单元等。井上控制电路通过两芯电缆(10)向井下控制电路供电并利用一种电源自调制半双工数字通信技术进行井上与井下的通讯。从而不仅实现了取芯控制仪器电子化数字化，克服了现有装置带有机械运动部件经常出现的卡档和乱档等问题，而且实现了控制及显示的实时性和真实性。
文档编号G05B19/02GK2620302SQ0225953
公开日2004年6月9日 申请日期2002年9月30日 优先权日2002年9月30日
发明者温强, 金海涛, 侯宝成 申请人:温强