一路压力AD采集，两路通道互为备用。 CS5532独自外接转换时钟，其频率为4. 9152MHz的有源晶振，可W独立进行AD转换，主控 MCU可随时向其获取最新的AD转换数据，舍弃数据的低8位，取高16位。
[0026] 深度采集模块包括一单片机和第H前端处理电路，所述第H前端处理电路将钩载 传感器和深度编码器接收的信号上传至单片机，经单片机处理后上传至所述SPI总线。，其 工作是钩载的AD采集、深度编码器计数值的采集、钻具坐卡、解卡状态的判断W及断电时 保存深度编码器的计数值。深度采集模块采用C8051F500单片机进行控制，单片机通过SPI 接口与主控模块的MCU进行通信。
[0027] 本发明所使用的前端处理电路、接口电路都是现有技术，为本领域技术人员的常 规技术选择。
[0028]PC机预装地面软件及相关驱动。PC机地面软件系统负责管理其它设备，下发命 令、接收处理数据、显示相关信息，是人机对话及命令发布的中必系统。PC机和接口箱供电 电源为~220V市电。接口箱将电源转换为相应的电源，通过相关电缆输出给井下设备（直 连接时）、司钻显示器、压力传感器、钩载传感器、深度编码器等。PC机与接口箱之间可W通 过串口线、USB线或网线进行连接。
[0029] 司钻显示器用来显示井深、井斜、方位、工具面、立管压力、日期、时间、开泉时间、 关泉时间、命令信息等相关内容。
[0030] 接口箱与其它户外设备的连接通过电缆转接盒进行了转接。户外设备包括司钻显 示器、压力传感器、钩载传感器和深度编码器等，接口箱引出的连接电缆按功能分成了主电 缆和深度电缆。主电缆通过电缆转接盒分成了压力电缆和司显电缆；深度电缆通过电缆转 接盒分成了钩载电缆和编码器电缆。根据现场工作情况和要求，所有户外设备均要求具有 防水功能，电缆接头采用防水航插。
[0031] 司钻显示器显示工具面、井斜、方位、井深、压力、日期、时间、开关泉指令、开关泉 时间等相关信息。
[0032] 压力传感器、钩载传感器、深度编码器等地面传感器分别测量立管泥浆压力、游车 载重、游车高度等。根据现场的工作情况，选用4-20mA信号输出的压力传感器和钩载传感 器。钩载传感器采用测量死绳张力的传感器来测量钩载。此方式安装拆卸方便，能正确判 断出钻具坐卡、解卡的状态，满足功能需求。深度编码器采用相位相差90度的两路脉冲信 号输出的增量式光电编码器，通过编码器的脉冲计数来判断游车高度。
[0033] 为了让地面系统可靠工作，排出经常供电的不稳定和干扰，本发明采用UPS电源， 功率为200瓦。
[0034] 该地面系统各个部分的技术指标如下：
[0035] a.压力传感器技术指标
[0036]
[0037]
[0038] b.钩载传感器技术指踪
[0039]
[0040] C.深度编码器技术指标
[0041]
[0042] d.司钻显示器技术指标
[0043]
[0044] e.地面接口箱技术指标
[0045]
[0046] f.接口箱与PC机通信技术要求
[0047]
[0048]
[0049] g.接口箱与司钻显示器通信技术要求
[0050]
[0051] h.接口箱与井下探管通信技术要求
[0052]
[0053] 另外，针对上述各部分有相应的软件设计。地面硬件系统的软件设计中，包括主控 MCU的软件设计，深度采集模块的软件设计W及司钻显示器控制板的软件设计。主控MCU 程序主要实现模拟脉冲数据的AD转换，电流数据的AD转换，电源输出控制，通信数据的获 取、组装、发送等功能。深度采集模块控制程序主要实现钩载数据的AD转换，深度编码器数 据的计数，坐卡解卡判断，数据的接收、发送等。司钻显示器控制板程序主要接收数据，执行 相关显示命令。主控MCU程序开发使用IAR Embedded Woricbench 5. 4,网络通信部分采用 LWIP协议找。深度模块控制程序、司钻显示器控制板程序开发使用Keil uVision4。
[0054] 上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是发明并不限于上述的实施方 式，在本领域普遍技术人员所具备的知识范围内，还可W在不脱离本发明宗旨的前提下作 出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种随钻测量地面系统，其特征在于：包括以下几个部分：地面接口箱、PC机、司钻 显示器、立管压力传感器、钩载传感器以及深度编码器；地面接口箱包括主控模块、深度采 集模块、压力采集模块、与PC机通信接口模块；主控模块、与PC机通信接口模块之间通过第 一USART通信，所述主控模块与压力采集模块、深度采集模块共用一条SPI总线；所述PC机 通过所述与PC机通信接口模块、所述主控模块与地面接口箱连接，所述立管压力传感器将 采集到的信号上传至所述压力采集模块，所述钩载传感器、深度编码器与所述深度采集模 块连接，所述司钻显示器、井下探管与所述主控模块连接。2. 如权利要求1所述的一种随钻测量地面系统，其特征在于：所述主控模块包括MCU、 以太网PHY、第二接口电路和第三接口电路、第一前端处理电路、电源输出控制电路、电源电 流采样电路；所述MCU通过与PC机接口模块的第一接口电路与PC机连接，所述MCU顺序通 过以太网PHY、RJ45后与PC机通信，所述MCU分别通过第二USART和第三USART连接第二 接口电路和第三接口电路，并通过第三接口电路转发命令给司钻显示器，通过第二接口电 路与井下探管通信，所述第一前端处理电路将井下探管采集的脉冲信号上传至所述MCU，所 述MCU通过电源输出控制电路为井下探管供电，所述电源电流采样电路将提供给井下探管 的电流反馈给所述MCU。3. 如权利要求2所述的一种随钻测量地面系统，其特征在于：所述压力采集模块包括 第二前端处理电路和双通道A/D转换器，第二前端处理电路将从立管压力传感器接收的信 号通过A/D转换器上传至SPI总线。4. 如权利要求3所述的一种随钻测量地面系统，其特征在于：所述深度采集模块包括 一单片机和第三前端处理电路，所述第三前端处理电路将钩载传感器和深度编码器接收的 信号上传至单片机，经单片机处理后上传至所述SPI总线。5. 如权利要求4所述的一种随钻测量地面系统，其特征在于：所述压力传感器和所述 钩载传感器信号输出的电流大小为4-20mA。6. 如权利要求1-5中任一项所述的一种随钻测量地面系统，其特征在于：所述地面接 口箱与司钻显示器、压力传感器、钩载传感器、深度编码器的连接通过电缆转接盒进行了转 接。7. 如权利要求1-5中任一项所述的一种随钻测量地面系统，其特征在于：所述PC机和 所述地面接口箱供电电源为220V市电。8. 如权利要求1-5中任一项所述的一种随钻测量地面系统，其特征在于：所述PC机和 所述地面接口箱供电电源采用UPS电源，功率为200瓦。
【专利摘要】本发明提供一种随钻测量地面系统，包括以下几个部分：地面接口箱、PC机、司钻显示器、立管压力传感器、钩载传感器以及深度编码器；地面接口箱包括主控模块、深度采集模块、压力采集模块、与PC机通信接口模块；PC机通过与PC机通信接口模块、主控模块与地面接口箱连接，立管压力传感器将采集到的信号上传至压力采集模块，钩载传感器、深度编码器与深度采集模块连接，司钻显示器、井下探管与主控模块连接。本发明用于随钻测量的地面系统，通过接口箱内主控模块控制相应的传感器、深度编码器、井下探管、司钻显示器工作，实现了随钻测井中对井下信息的采样、处理、存储、显示等功能，本方案结构模块化，易于实现，实用性强，稳定性高。
【IPC分类】E21B47/04, E21B47/00, E21B47/12, E21B47/06
【公开号】CN105401932
【申请号】CN201410468604
【发明人】何明, 李英波, 刘金柱
【申请人】北京环鼎科技有限责任公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2014年9月15日