专利名称：便携式数控测井仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及测井设备技术领域，具体涉及一种便携式数控测井仪。
背景技术：
我国测井行业使用的主要测井设备均来自于国内自行研制的大型数控测井设备， 如SL3000数控测井地面系统、SKC9800数控测井地面系统等。系统能够对测井过程自动进 行监控，实时测量、显示、处理、存储常规测井曲线，并具有测井资料现场快速解释的功能， 可以基本满足常规测井项目的需要。但是，现有的数控测井系统包含直流电平隔离模块、电源模块、信号分离模块、不 同信号分别配备的数据处理仪和工业计算机，因此设备体积庞大，均采用机柜方式，必须配 备仪器载车，运输及安装极为不便，尤其不适用于海洋石油的测井作业。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式数控测井仪，以克服现有技术存在的体积庞大、 运输及安装极为不便的问题。为了克服现有技术存在的问题，本发明解决问题所采用的技术方案是一种便携 式数控测井仪，包括直流电平隔离模块和信号分离模块，信号分离模块输出模拟量信号、脉 冲量信号和编码信号，其特征在于还包括用来对模拟量信号进行处理的主处理模块、对脉 冲量信号和编码信号进行处理的从处理模块，主处理模块和从处理模块输出的差分信号接 入CANUSB转换器，CANUSB转换器将差分信号转换为数字信号输出；信号分离模块、主处理 模块、从处理模块和USBCAN转换器采用两线制的CAN总线方式连接。上述主处理模块和从处理模块中分别以芯片Ul和芯片U2为核心，芯片Ul和芯片 U2的型号均为TMS320F2812PGFA ；主处理模块中，模拟量信号输入至型号为ADS8507的芯片 U3的第1脚，将模拟信号转换为数字信号后由芯片U3的第18脚、第19脚和第23脚分别 输入到芯片Ul的第109脚、第41脚和第106脚，数字信号由芯片Ul的第87脚和第89脚 输出到型号为SN75LBC031的芯片U4，将数字信号转换成差分信号，输出到两线制的CAN总 线；从处理模块中，脉冲量信号和编码信号分别经整形电路整形后输入型号均为⑶45 的 芯片U5和芯片U6,芯片U5的第7脚和第9脚输出的适合芯片U2的脉冲信号分别输入到芯 片U2的第60脚和第109脚，芯片U6的第7脚和第9脚输出的符合标准的曼彻斯特II码信 号分别输入到芯片U2的第106脚和第107脚，数字信号由芯片U2的第87脚和第89脚输 出到型号为SN75LBC031的芯片U10，将数字信号转换成差分信号，输出到两线制的CAN总 线；从处理模块4输出的脉冲、编码和深度的数字信号经CAN总线以差分信号方式送到主处 理模块中处理，另一部分的切换命令信号也经CAN总线以差分信号方式输出到信号分离模 块进行信号类型切换。上述主处理模块中包括两个型号均为INAl 18的芯片U7和芯片U8，张力信号和磁 记号信号分别输入芯片U7和芯片U8，经芯片U7和U8放大处理后的模拟信号由芯片U7和芯片U8的第6脚输出到芯片Ul的第173脚和第172脚，由U2芯片内部的模数转换模块将 模拟信号转换成数字信号；上述从处理模块中还包括型号为74HC04的芯片U9，深度信号经 调幅电路进行电压幅值限制处理后的脉冲信号输入芯片U9，处理后的脉冲信号由芯片U9 的第2脚和第12脚输出到芯片U2的第57脚和第59脚，经U2内部的正交脉冲处理单元处 理后，转换成深度的数字信号。上述主处理模块中还包括一个型号为MLC04的芯片Ul 1，芯片Ull中存储的设置 参数以数字信号方式经芯片Ull的第5脚和第6脚输出到芯片Ul的第洲脚和第四脚。芯 片Ul根据这些仪器参数数据自动选择仪器测量、放大倍数等信息。与现有技术相比，本发明的优点是
1、实现了系统的高速性、高可靠性及高稳定性本系统利用信号分而治之思想，采用 主从式双DSP处理模块架构，并以高速、高可靠性的控制局域网总线CAN (Control Area Network)作为系统内部数据通信网络，通过安装在便携式电脑上数控测井系统监控软件， 通过CANUSB转换器将测井控制命令由USB方式转换到系统内部CAN总线上，模块的命令与 数据的通信采用CAN总线完成，保证了整个系统的数据通信速率和可靠性。2、本设备体积小、重量轻功能完善、操作简洁，不仅适用于海洋石油的测井作业， 也适合国内老式测井车及现役常规的大型车载式数控测井系统的替换、改造和升级。3、本设备不仅提高了测井信号处理的速度，同时将测井任务分而治之，主、从模块 互相诊测，一旦有一方工作不正常，另一方自动接管与测控软件的数据通信，并告知故障模 块，从而可以大大降低系统提高系统的故障时间，提高系统实时性、可靠性和抗干扰性。
图1是主从式数控测井系统结构框架图； 图2是主处理模块3内部原理框架图3是从处理模块4内部原理框架图； 图4是主从式数控测井系统的原理示意1——直流电平隔离模块，2——信号分离模块，3——主处理模块、4——从DSP处理模 块，5——USBCAN转换器。具体的实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细地说明。参见图广图3，一种便携式数控测井仪，包括直流电平隔离模块1、输出模拟量信 号、脉冲量信号和编码信号的信号分离模块2、用来对模拟量信号进行处理的主处理模块 3、对脉冲量信号和编码信号进行处理的从处理模块4，主处理模块3和从处理模块4输出的 差分信号接入CANUSB转换器5，CANUSB转换器5将差分信号转换为数字信号输出；信号分 离模块2、主处理模块3、从处理模块4和USBCAN转换器5采用总线连接方式。上面所说的主处理模块3和从处理模块4中分别以芯片Ul和芯片U2为核心，芯 片Ul和芯片U2的型号均为TMS320F2812PGFA ；主处理模块3中，模拟量信号输入型号为 ADS8507的芯片U3的第1脚，将模拟信号转换为数字信号后由芯片U3的第18脚、第19脚 和第23脚分别输入到芯片Ul的第109脚、第41脚和第106脚，数字信号由芯片Ul的第87 脚和第89脚输出到型号为SN75LBC031的芯片U4，将数字信号转换成差分信号，输出到两线制的CAN总线；从处理模块4中，脉冲量信号和编码信号分别经整形电路整形后输入型号均 为⑶45 的芯片U5和芯片U6，芯片U5的第7脚和第9脚输出的适合芯片U2的脉冲信号 分别输入到芯片U2的第60脚和第109脚，芯片U6的第7脚和第9脚输出的符合标准的曼 彻斯特II码信号分别输入到芯片U2的第106脚和第107脚，数字信号由芯片U2的第87脚 和第89脚输出到型号为SN75LBC031的芯片U10，将数字信号转换成差分信号，输出到两线 制的CAN总线；从处理模块4输出的脉冲、编码和深度的数字信号经CAN总线以差分信号方 式送到主处理模块3中处理，另一部分的切换命令信号也经CAN总线以差分信号方式输出 到信号分离模块2进行信号类型切换。上面所说的主处理模块3中包括两个型号均为INAl 18的芯片U7和芯片U8，张力 信号和磁记号信号分别输入芯片U7和芯片U8,经芯片U7和U8放大处理后的模拟信号由芯 片U7和芯片U8的第6脚输出到芯片Ul的第173脚和第172脚，由U2芯片内部的模数转 换模块将模拟信号转换成数字信号。上述从处理模块4中还包括型号为74HC04的芯片U9， 深度信号经调幅电路进行电压幅值限制处理后的脉冲信号输入芯片U9，处理后的脉冲信号 由芯片U9的第2脚和第12脚输出到芯片U2的第57脚和第59脚，经U2内部的正交脉冲 处理单元处理后，转换成深度的数字信号。上面所说的主处理模块3中还包括一个MLC04的芯片U11，该芯片存储着常用井 下仪器测量的一些设置参数，这些参数以数字信号方式经芯片Ull的第5脚和第6脚输出 到Ul芯片的第观脚和第四脚，Ul根据这些仪器参数数据自动选择仪器测量、放大倍数等 信息。本发明的设计思想是该系统主中的直流电平隔离模块1，信号分离模块2，主处理模 块3、从处理模块4是利用CAN总线组成网络的，以主处理模块3为中心，从处理模块4为 辅。测井信号经测井电缆上传至系统，由于测井信号则是载波在直流电源上，因此需要直 流电平隔离模块1将直流电源与测井信号有效的隔离，然后再由信号分离模块2将信号按 照信号类型，分别送至主处理模块3和从处理模块4，信号分离模块2中的分离功能命令则 是由主处理模块3，通过CAN总线发送至信号分离模块2。分离后的信号的模拟信号及外部 的张力信号、磁记号信号均由主处理模块3处理；脉冲信号、编码信号及深度信号均有从处 理模块3处理。两个模块数据处理完成后，从处理模块4将处理后的数字信号经CAN总线 发送至主处理模块3，由主处理模块3将数字信号统一组成一定的帧格式，转换成差分信号 输出到CAN总线，差分信号由CANUSB转换器5转换成数字信号以USB方式送至便携式计算 机。同理便携式计算机发送控制命令以数字方式经CANUSB转换器5转换成差分方式发送 至主处理模块3，再由主处理模块3完成统一调度。需要提出的是，若是主处理模块3发生 故障，从处理模块4诊测到后，就会接管主处理模块3任务，直至主处理模块3恢复工作，从 处理模块4会退出接管状态。所说的主处理模块3完成模拟量信号的采集及数据通信，其技术方案包括芯片 U1、U3、U4、U7、U8和U11。主处理模块3的芯片Ul采用的型号是TMS320F2812PGFA，其运行 程序固化在Ul内部的FLASH中。在主处理模块3上电开始运行后，若是有磁记号、张力信 号，则利用U7和U8芯片，其型号为INAl 18，进行信号放大，再利用中断方式，通过Ul芯片内 部的A/D器转换成数字信号；主处理模块3中利用U4芯片，采用的型号是SN75LBC031及Ul 片内的CAN控制器，组建CAN网络，就可以接收便携式计算机发来的命令，同时也可以发送 数据至便携式计算机。若主处理模块3接收到采集模拟测井信号命令后，主处理模块3首先对Ull芯片MLC04中存储的测井仪器的参数进行查询，选择合适的参数，并通过CAN总 线发送命令至信号分离模块2将模拟信号按照参数要求分离出来，并启动U3芯片ADS7807 进行模数转换，最后将转换后的数据暂时保存起来，等待接收到从处理模块4的数据后，组 成一帧数据发送至便携式计算机。 从处理模块4主要完成深度信号、脉冲量信号和编码信号的处理、诊测主处理模 块3。其技术方案包括从芯片U2、U5、TO、U9和U11，以及整形电路和限幅电路。同样从处理 模块5的芯片U2也采用的型号是TMS320F2812PGFA。其运行程序固化在U2内部的FLASH 中。若是测井仪器是采用脉冲量信号或编码信号，便携式计算机发送信号分离命令至主处 理模块3，由主处理模块3查询测量仪器的参数后，通知信号分离模块2将脉冲量信号或编 码信号分离出来，分离后的脉冲量信号或编码信号，首先经过整形电路作整形处理后，再由 U5和U6芯片⑶45 进行展宽处理，使得脉冲量信号或编码信号适合U2芯片内部的QEP电 路、两个脉冲捕捉单元的处理，U2芯片上电开始运行后，深度信号首先经过限幅电路，以保 护U2芯片，再由U9芯片74HC04整形，再由U2内部一个事件管理器处理，U2内部的另外一 个事件管理器则负责处理脉冲量信号或编码信号，两个事件管理器完成处理任务后，利用 Ull芯片SN75LBC031及U2片内的CAN控制器，同时将所有处理后的数据经CAN网络发送至 主处理模块3进行数据组帧。系统内部总线采用CAN2. OB协议，它在保证高通信速率的基 础之上，增强了系统内部通信的可靠性，稳定性；系统外部总线采用USB2. 0协议实现，它的 使用明显改善了系统的数据传输瓶颈，提高了测井数据实时处理的能力，有效起到便携式 电脑与测井通信数据之间的隔离作用。系统利用主多架构，提高了系统的抗干扰能力，将模 拟信号和数字信号处理分开，并将模拟信号处理部分和数字信号处理部分以标准接口的形 式挂接到系统母板上，而对于不同的生产测井仪器，以测井信号的类型为对象，接入与之匹 配的标准测量接口面模块，即扩展功能插槽，从而完成控制测量工作，保证了整个系统的兼 容性及可扩展性。
权利要求
1.一种便携式数控测井仪，包括直流电平隔离模块1和信号分离模块(2)，信号分离模 块(2)输出模拟量信号、脉冲量信号和编码信号，其特征在于还包括用来对模拟量信号进 行处理的主处理模块(3)、对脉冲量信号和编码信号进行处理的从处理模块(4)，主处理模 块(3)和从处理模块(4)输出的差分信号接入CANUSB转换器5，CANUSB转换器(5)将差分 信号转换为数字信号输出；信号分离模块(2)、主处理模块(3)、从处理模块(4)和USBCAN 转换器5采用总线连接方式。
2.如权利要求1所述的便携式数控测井仪，其特征在于所述主处理模块(3)和从处理 模块4中分别以芯片Ul和芯片U2为核心，芯片Ul和芯片U2的型号均为TMS320F2812PGFA ； 主处理模块(3)中，模拟量信号输入型号为ADS8507的芯片U3的第1脚，将模拟信号转换 为数字信号后由芯片U3的第18脚、第19脚和第23脚分别输入到芯片Ul的第109脚、第 41脚和第106脚，数字信号由芯片Ul的第87脚和第89脚输出到型号为SN75LBC031的芯 片U4，将数字信号转换成差分信号，输出到两线制的CAN总线；从处理模块(4)中，脉冲量 信号和编码信号分别经整形电路整形后输入型号均为⑶45 的芯片U5和芯片U6,芯片U5 的第7脚和第9脚输出的适合芯片U2的脉冲信号分别输入到芯片U2的第60脚和第109 脚，芯片U6的第7脚和第9脚输出的符合标准的曼彻斯特II码信号分别输入到芯片U2的 第106脚和第107脚，数字信号由芯片U2的第87脚和第89脚输出到型号为SN75LBC031 的芯片U10，将数字信号转换成差分信号，输出到两线制的CAN总线；从处理模块(4)输出的 脉冲、编码和深度的数字信号经CAN总线以差分信号方式送到主处理模块(3)中处理，另一 部分的切换命令信号也经CAN总线以差分信号方式输出到信号分离模块(2)进行信号类型 切换。
3.如权利要求1或2所述的便携式数控测井仪，其特征在于所述主处理模块(3)中 包括两个型号均为INAl 18的芯片U7和芯片U8，张力信号和磁记号信号分别输入芯片U7和 芯片U8，经芯片U7和U8放大处理后的模拟信号由芯片U7和芯片U8的第6脚输出到芯片 Ul的第173脚和第172脚，由U2芯片内部的模数转换模块将模拟信号转换成数字信号；所 述从处理模块(4)中还包括型号为74HC04的芯片U9，深度信号经调幅电路进行电压幅值限 制处理后的脉冲信号输入芯片U9，处理后的脉冲信号由芯片W的第2脚和第12脚输出到 芯片U2的第57脚和第59脚，经U2内部的正交脉冲处理单元处理后，转换成深度的数字信 号。
4.如权利要求3所述的便携式数控测井仪，其特征在于所述主处理模块(3)中还包括 一个型号为MLC04的芯片U11，芯片Ull中存储的设置参数以数字信号方式经芯片Ull的 第5脚和第6脚输出到芯片Ul的第28脚和第29脚。
全文摘要
本发明涉及测井设备技术领域，具体涉及一种便携式数控测井仪。本发明要克服现有技术存在的体积庞大、运输及安装极为不便的问题。为了克服现有技术存在的问题，本发明解决问题所采用的技术方案是一种便携式数控测井仪，包括直流电平隔离模块和信号分离模块，信号分离模块输出模拟量信号、脉冲量信号和编码信号，其特征在于还包括用来对模拟量信号进行处理的主处理模块、对脉冲量信号和编码信号进行处理的从处理模块，主处理模块和从处理模块输出的差分信号接入CANUSB转换器，CANUSB转换器将差分信号转换为数字信号输出；信号分离模块、主处理模块、从处理模块和USBCAN转换器采用总线连接方式。
文档编号E21B47/12GK102086762SQ20111006060
公开日2011年6月8日 申请日期2011年3月14日 优先权日2011年3月14日
发明者何宁, 李建安, 肖秦琨, 袁晓伟, 陈超波, 高嵩 申请人:西安工业大学