一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置，包括电流采样电路、高共模电压放大电路、差分处理电路、带有AD模块和DA模块的CPU、信号放大电路、程控电源、电缆和负载；所述电流采样电路用于采集负载的电流信号，并将该电流信号传送给高共模电压放大电路，高共模电压放大电路输出的信号经过差分处理电路后变为差分信号进入处理器的AD模块，处理器根据采集的电流值计算电缆上的压降，并调整输出电压后通过DA模块将信号经信号放大电路输出给程控电源实现自动调压，本实用新型简化了电路，增加了可靠性，降低了成本。
【专利说明】
一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置
技术领域
[0001]本实用新型属于供电系统领域，具体涉及一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置。
【背景技术】
[0002]精细注水技术是目前各大油田针对分层注水井调配的新方法，通过分层注水，一些薄差层、难动用层的能量得到了有效补充，油藏采收率得到了提高，新一代精细注水分层流量测调系统由地面控制仪和下井仪器组成，地面控制仪集仪器供电、控制、数据采集、数据处理于一身，可以实时的监控井下仪器的测调、验封操作，仪器在进行开、收臂，坐、解封，正、负调等操作时需要启动电机运转，需要消耗比较大的电流，且在不同的负载下，电流变化比较明显，负载电流变化导致电缆上压降的变化，因此地面控制仪需要根据负载电流调节供电电压，本实用新型就是用来实现地面控制仪根据负载电流自动调节输出电压的一种装置，电流采样部分涉及到高压回路，传统的做法是用隔离放大器实现，存在电路结构复杂，可靠性较低且成本高的问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的提供一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置，此装置用于精细注水流量测调系统的地面控制仪，本装置通过对供电电流进行采样，得到仪器的负载电流，并考虑上电缆的电阻值，自动计算应该输出的电压值，通过DA电路控制一个程控电源，完成自动调节输出电压的功能，本实用新型简化了电路，增加了可靠性，降低了成本。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置，包括电流采样电路、高共模电压放大电路、差分处理电路、带有AD模块和DA模块的CPU、信号放大电路、程控电源、电缆和负载；
[0005]所述电流采样电路用于采集负载的电流信号，并将该电流信号传送给高共模电压放大电路，高共模电压放大电路输出的信号经过差分处理电路后变为差分信号进入处理器的AD模块，处理器根据采集的电流值计算电缆上的压降，并调整输出电压后通过DA模块将信号经信号放大电路输出给程控电源实现自动调压。
[0006]所述电流采样电路为低通滤波电路。
[0007]包括串联在程控电源接地端与负载反馈端之间的第一电阻Rl，第一电阻Rl上并联有第二电阻R2与电容Cl串联组成的低通滤波电路，电容Cl与电阻R2连接的一端同时连接至高共模电压放大电路的同相电源输入端，电容Cl另一端连接至高共模电压放大电路的反相电源输入端，高共模电压放大电路的同相参考电源输入端和反相参考电源输入端均连接至参考电源，高共模电压放大电路的输出端连接至第一运算放大器U2A的同相输入端，第一运算放大器U2A的输出端分别连接其反相输入端、CPU中AD模块的反相端和第三电阻R3的一端，第三电阻R3另一端连接有第二运算放大器U2B的反相输入端，第二运算放大器U2B的同相输入端通过第五电阻R5连接参考电源，第二运算放大器U2B的输出端通过第四电阻R4连接至其反相输入端，第二运算放大器U2B的输出端还连接至CPU中AD模块的同相端，CPU的DA模块通过第八电阻R8连接至第三运算放大器U3A的同相输入端，第三运算放大器U3A的输出端通过第六电阻R6分别连接其反相输入端和第七接地电阻R7，第三运算放大器U3A的输出端还连接第四运算放大器U3B的同相输入端，第四运算放大器U3B的输出端分别连接至其反相输入端以及程控电源的控制端，程控电源的输出端通过电缆连接负载输入端。
[0008]所述差分信号处理电路包括第一运算放大器U2A、第二运算放大器U2B、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。
[0009]所述信号放大器包括第三运算放大器U3A、第四运算放大器U3B、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。
[0010]所述CPU选用ATMEL公司的XMEGA系列的单片机。
[0011]所述信号放大电路的增益为2倍。
[0012]本实用新型通过对供电电流进行采样，自动计算电缆压降并自动调整控制器输出电压，使井下仪器获得基本恒定的缆头电压，通过一个高共模电压的放电路对采样信号进行放大;高共模电压的放电路输出的信号经过一个差分处理电路变为差分信号，进入处理器的ADC差分采集模块;处理器根据采集的电流值，自动计算电缆上的压降，并调整输出电压，本实用新型采用合理的电路设计，简化了电路，降低了成本，极大程度增加了其工作的可靠性，采用高共模电压的差分放大器对采样信号进行处理，省去了昂贵的隔离放大器。
【附图说明】
[0013]图1为地面控制仪的自动调压供电装置示意图；
[0014]图2为地面控制仪的自动调压供电装置电路图示意图。
[0015]附图中:1-电流采样电路，2-高共模电压放大电路，3-差分处理电路，4-CPU，5_信号放大电路，6-程控电源，7-电缆，8-负载。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。
[0017]如图1所示，自动调压的供电装置包括电流采样电路1、高共模电压放大电路2、差分处理电路3、带有AD和DA模块的CPU4、信号放大电路5、程控电源6、电缆7和负载8，电流采样电路I用于采集负载8的电流信号，并将该电流信号传送给高共模电压放大电路2，高共模电压放大电路2输出的信号经过差分处理电路3后变为差分信号进入CPU4的AD模块，CPU^g据采集的电流值计算电缆7上的压降，并调整输出电压后通过DA模块将信号经信号放大电路5输出给程控电源6实现自动调压。
[0018]如图2所示，本实用新型包括串联在程控电源6接地端与负载8反馈端之间的第一电阻Rl，第一电阻Rl上并联有第二电阻R2与电容Cl串联组成的低通滤波电路，电容Cl与电阻R2连接的一端同时连接至高共模电压放大电路2的同相电源输入端，电容Cl另一端连接至高共模电压放大电路2的反相电源输入端，高共模电压放大电路2的同相参考电源输入端和反相参考电源输入端均连接至参考电源，高共模电压放大电路2的输出端连接至第一运算放大器U2A的同相输入端，第一运算放大器U2A的输出端分别连接其反相输入端、CPU4中AD模块的反相端和第三电阻R3的一端，第三电阻R3另一端连接有第二运算放大器U2B的反相输入端，第二运算放大器U2B的同相输入端通过第五电阻R5连接参考电源，第二运算放大器U2B的输出端通过第四电阻R4连接至其反相输入端，第二运算放大器U2B的输出端还连接至CPU4中AD模块的同相端，CPU4的DA模块通过第八电阻R8连接至第三运算放大器U3A的同相输入端，第三运算放大器U3A的输出端通过第六电阻R6分别连接其反相输入端和第七接地电阻R7，第三运算放大器U3A的输出端还连接第四运算放大器U3B的同相输入端，第四运算放大器U3B的输出端分别连接至其反相输入端以及程控电源6的控制端，程控电源6的输出端通过电缆连接负载8输入端。
[0019]在本实施例中，负载8电流流经采样第一电阻Rl后产生一个直流电压信号，该直流电压信号经第二电阻R2和电容Cl组成的低通网络滤波后进入差分放大器Ul，其为高共模电压放大电路2的差分放大器，其共模电压范围高达±600V，因此可以用在设计高压回路的电流检测电路，取代传统的隔离放大器，差分放大器Ul采用±12V的双电源供电，正负参考端接1.25V基准电压，差分放大器Ul输出信号到后级的差分处理电路3;差分处理电路3包括第一运算放大器U2A、第二运算放大器U2B、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，差分放大器Ul输出接到第一运算放大器U2A的同向输入端；第一运算放大器U2A接为跟随器，其输出进入CPU4中AD模块的反相端；同时第一运算放大器U2A的输出经第三电阻R3接到第二运算放大器U2B的反相输入端;第二运算放大器U2B的输出经过作为反馈电阻的第四电阻R4接到其反向输入端，并同时进入CPU4中AD模块的同相端；1.25V基准电压经第五电阻R5接到第二运算放大器U2B的同向输入端。
[0020]其中，CPU4选用ATMEL公司的XMEGA系列的单片机，该单片机集成了 AD和DA模块，为了消除共模信号的干扰，该装置选用AD差分采集模式，CPU4通过对该差分信号进行采集即可得到负载8电流大小，乘以电缆7电阻计算得到电缆7上的压降，再加上设定的电压，得到地面控制仪应该输出的电压值，之后，CPU4通过DA模块产生一个直流电平信号，经信号放大电路，进入程控电源6的控制端，程控电源6接收的控制信号范围为0-5V，而CPU4的DA模块输出信号为0-2.5V，为了达到更精确的控制效果，这里采用一个增益为2倍的信号放大电路5，包括第三运算放大器U3A、第四运算放大器U3B、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，最后经过一个跟随器U3B进入程控电源控制端，完成对自动调压的整个过程。
【主权项】
1.一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置，其特征在于，包括电流采样电路(I)、高共模电压放大电路(2)、差分处理电路(3)、带有AD模块和DA模块的CPU(4)、信号放大电路(5)、程控电源(6)、电缆(7)和负载(8); 所述电流采样电路(I)用于采集负载(8)的电流信号，并将该电流信号传送给高共模电压放大电路(2)，高共模电压放大电路(2)输出的信号经过差分处理电路(3)后变为差分信号进入CPU(4)的AD模块，CPU(4)根据采集的电流值计算电缆(7)上的压降，并调整输出电压后通过DA模块将信号经信号放大电路(5)输出给程控电源(6)实现自动调压。2.如权利要求1所述的一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置，其特征在于，所述电流采样电路(I)为低通滤波电路。3.如权利要求1所述的一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置，其特征在于，包括串联在程控电源(6)接地端与负载(8)反馈端之间的第一电阻Rl，第一电阻Rl上并联有第二电阻R2与电容CI串联组成的低通滤波电路，电容CI与电阻R2连接的一端同时连接至高共模电压放大电路(2)的同相电源输入端，电容Cl另一端连接至高共模电压放大电路(2)的反相电源输入端，高共模电压放大电路(2)的同相参考电源输入端和反相参考电源输入端均连接至参考电源，高共模电压放大电路(2)的输出端连接至第一运算放大器U2A的同相输入端，第一运算放大器U2A的输出端分别连接其反相输入端、CPU(4)中AD模块的反相端和第三电阻R3的一端，第三电阻R3另一端连接有第二运算放大器U2B的反相输入端，第二运算放大器U2B的同相输入端通过第五电阻R5连接参考电源，第二运算放大器U2B的输出端通过第四电阻R4连接至其反相输入端，第二运算放大器U2B的输出端还连接至CPU(4)中AD模块的同相端，CPU( 4)的DA模块通过第八电阻R8连接至第三运算放大器U3A的同相输入端，第三运算放大器U3A的输出端通过第六电阻R6分别连接其反相输入端和第七接地电阻R7，第三运算放大器U3A的输出端还连接第四运算放大器U3B的同相输入端，第四运算放大器U3B的输出端分别连接至其反相输入端以及程控电源(6)的控制端，程控电源(6)的输出端通过电缆连接负载(8)输入端。4.如权利要求3所述的一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置，其特征在于，所述差分信号处理电路(3)包括第一运算放大器U2A、第二运算放大器U2B、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。5.如权利要求3所述的一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置，其特征在于，所述信号放大电路(5)包括第三运算放大器U3A、第四运算放大器U3B、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。6.如权利要求1所述的一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置，其特征在于，所述CPU( 4)选用ATMEL公司的XMEGA系列的单片机。7.如权利要求1所述的一种用于精细注水系统的自动调压的供电装置，其特征在于，所述信号放大电路(5)的增益为2倍。
【文档编号】G05F1/56GK205450856SQ201521089621
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月23日
【发明人】陈江同, 李文东, 高红军, 陈川, 贺海龙, 张志敏, 黄明艳, 张鸭杰, 周荣波, 吴玲
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团测井有限公司