一种多路温度压力数据采集系统的制作方法

本实用新型涉及石油测试技术领域，尤其涉及一种多路温度压力数据采集系统。

背景技术：

目前，多点温度压力动态监测技术在石油测试等领域中得到了广泛的应用，其工艺实现过程是将多组测温热电偶和测压毛细管预制到一根连续管内形成连续管电缆，并将预制好的连续管电缆下入井中，井口通过连续管电缆密封转换连接器密封测试用连续油管，并引出多组测温热电偶和测压毛细管，再将测温热电偶和测压毛细管与地面数据采集系统连接，以实现温度压力数据的采集。同时，为了保证压力测试的准确性，测试人员需要定期向测压毛细管中注入传压介质——氮气。在地面数据采集系统得到温度压力数据后，测试人员可对数据进行拷贝，并上传到互联网或局域网中，以便于数据的传输。

可见，当前在多点温度压力动态监测技术中，补充氮气以及数据传输等方式上还需要过多的人工干涉，使得多点温度压力动态监测过程较为繁琐，人工成本较高，特别是一些恶劣环境，给多点温度压力动态监测带来了困难。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种多路温度压力数据采集系统，以实现多点温度压力动态监测的数据智能采集和上传，以及向测压毛细管自动定期补充氮气。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多路温度压力数据采集系统，所述多路温度压力数据采集系统包括多路温度压力数据采集处理装置、自动定期补氮装置、压力变送器组和无线远传终端；

所述多路温度压力数据采集处理装置与多路测温热电偶连接，以采集多路测温热电偶的各路温度信号；

所述多路温度压力数据采集处理装置还通过压力变送器组和自动定期补氮装置与多路测压毛细管连接，以采集多路测压毛细管的各路压力信号；

所述多路温度压力数据采集处理装置还与所述自动定期补氮装置连接，所述自动定期补氮装置连接氮气瓶，以向多路测压毛细管中定期补充氮气；

所述多路温度压力数据采集处理装置还与所述无线远传终端连接，所述无线远传终端与公网服务器连接，以将各路温度信号和各路压力信号的温度压力数据包传输至公网服务器上。

具体的，所述多路温度压力数据采集系统还包括不间断电源和外部电源接口；所述外部电源接口用于接入外接电源，并与所述不间断电源连接，以通过外接电源为不间断电源供电；所述不间断电源还与所述无线远传终端和多路温度压力数据采集处理装置连接，以对外接电源进行稳压，并为所述无线远传终端和多路温度压力数据采集处理装置供电。

具体的，所述多路温度压力数据采集系统还包括一防护保温箱；所述多路温度压力数据采集处理装置、自动定期补氮装置、压力变送器组、无线远传终端、不间断电源和外部电源接口设置于所述防护保温箱内部；

所述防护保温箱上设置有外接电源通孔、接测压毛细管孔、接测温热电偶孔、接氮气瓶孔以及无线远传终端天线孔；

所述无线远传终端的天线穿过所述无线远传终端天线孔与公网服务器通信连接。

具体的，所述多路温度压力数据采集系统还包括加热装置和加热装置温控系统；所述加热装置设置于所述防护保温箱的内壁处；所述加热装置温控系统分别与所述外部电源接口和加热装置连接；

所述加热装置温控系统用于监测防护保温箱内的温度；在防护保温箱内的温度低于预先设置的低温限值时，控制加热装置的电源接通以进行加热；在防护保温箱内的温度高于预先设置的高温限值时，控制加热装置的电源断开以停止加热；在防护保温箱内的温度高于预先设置的警戒温度值时，自动跳闸。

具体的，所述自动定期补氮装置包括与各路测压毛细管和压力变送器组中的各路压力变送器对应的测压管路；各测压管路靠近测压毛细管的一侧设置有第一手动阀；在各测压管路上第一手动阀远离测压毛细管的一侧连接有带有第二手动阀的手动阀管路和带有电磁阀的电磁阀管路；所述第二手动阀和电磁阀的两个联通端分别连接所述测压管路和氮气瓶出口的氮气瓶手动阀；所述电磁阀的控制端连接所述多路温度压力数据采集处理装置；

在自动定期补氮装置正常工作时，所述第一手动阀和氮气瓶手动阀处于常开状态，所述第二手动阀处于常闭状态，所述电磁阀被所述多路温度压力数据采集处理装置控制而定期开关。

具体的，所述多路温度压力数据采集处理装置包括嵌入式微处理器电路、压力信号处理电路、温度信号处理电路、时钟处理电路、数据存储电路、工作状态记忆存储电路、显示电路、键盘电路、外部接口处理电路、电源处理电路和补氮装置控制电路；

所述压力信号处理电路包括I/V转换器和第一A/D变换器；所述I/V转换器与所述压力变送器组连接，以接收压力变送器组转变来的压力电信号，经I/V转换器放大后，经所述第一A/D变换器变换为数字量传输到所述嵌入式微处理器电路；

所述温度信号处理电路包括仪表放大器和第二A/D变换器；所述仪表放大器接收多路测温热电偶的温度电信号，经过仪表放大器进行放大处理后，经所述第二A/D变换器变换为数字量传输到所述嵌入式微处理器电路；

所述时钟处理电路包括时钟后备电源和日历时钟电路；所述时钟后备电源连接所述日历时钟电路，所述日历时钟电路与所述嵌入式微处理器电路连接；

所述数据存储电路包括电平变换器和记录数据存储器；所述记录数据存储器与所述电平变换器连接，所述电平变换器与所述嵌入式微处理器电路连接；

所述工作状态记忆存储电路包括数据备份电路和工作状态记忆存储器；所述数据备份电路和所述工作状态记忆存储器连接，所述工作状态记忆存储器与所述嵌入式微处理器电路连接；

所述显示电路包括液晶显示屏和串并转换电路；所述液晶显示屏与所述串并转换电路连接，所述串并转换电路与所述嵌入式微处理器电路连接；

所述键盘电路包括键盘扫描矩阵电路和键盘动作讯响器，所述键盘扫描矩阵电路和键盘动作讯响器分别与所述嵌入式微处理器电路连接；

所述外部接口处理电路包括Modbus协议处理电路和光电隔离RS232接口；所述光电隔离RS232接口与所述无线远传终端和Modbus协议处理电路连接，所述Modbus协议处理电路与所述嵌入式微处理器电路连接；

所述电源处理电路包括抗干扰线路滤波器、开关电源、模拟和数据5V稳压电源、电压基准源、通讯接口稳压电源和压力变送器稳压电源；所述抗干扰线路滤波器与所述不间断电源连接；所述抗干扰线路滤波器还分别连接模拟和数据5V稳压电源、通讯接口稳压电源和压力变送器稳压电源；所述模拟和数据5V稳压电源连接所述嵌入式微处理器电路和电压基准源，所述电压基准源连接所述嵌入式微处理器电路；所述通讯接口稳压电源与所述光电隔离RS232接口连接；所述压力变送器稳压电源与所述压力变送器组连接；

所述补氮装置控制电路与所述嵌入式微处理器电路连接，并通过补氮装置控制信号控制连接所述电磁阀。

本实用新型实施例提供的一种多路温度压力数据采集系统，系统中多路温度压力数据采集处理装置与多路测温热电偶连接，以采集多路测温热电偶的各路温度信号；多路温度压力数据采集处理装置还通过压力变送器组和自动定期补氮装置与多路测压毛细管连接，以采集多路测压毛细管的各路压力信号；多路温度压力数据采集处理装置还与自动定期补氮装置连接，自动定期补氮装置连接氮气瓶，以向多路测压毛细管中定期补充氮气；多路温度压力数据采集处理装置还与无线远传终端连接，无线远传终端与公网服务器连接，以将各路温度信号和各路压力信号的温度压力数据包传输至公网服务器上。可见，本实用新型实施例可以实现多点温度压力动态监测的数据智能采集和上传，以及向测压毛细管自动定期补充氮气的有益效果，避免了现有技术中的多点温度压力动态监测过程较为繁琐，人工成本较高，特别是一些恶劣环境，给多点温度压力动态监测带来困难的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种多路温度压力数据采集系统的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的一种多路温度压力数据采集系统的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例中的自动定期补氮装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中的多路温度压力数据采集处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种多路温度压力数据采集系统00，多路温度压力数据采集系统00包括多路温度压力数据采集处理装置01、自动定期补氮装置02、压力变送器组03和无线远传终端04。

多路温度压力数据采集处理装置01与从井下引出的多路测温热电偶21连接，以采集多路测温热电偶21的各路温度信号。

多路温度压力数据采集处理装置01还通过压力变送器组03和自动定期补氮装置02与从井下引出的多路测压毛细管22连接，以采集多路测压毛细管22的各路压力信号。

其中，压力变送器组03主要功能是将多路测压毛细管22的压力信号转变成0-5V或4-20mA的电信号，再传输给多路温度压力数据采集处理装置01。多路温度压力数据采集处理装置01为压力变送器组03提供24V稳态电源。

多路温度压力数据采集处理装置01还与自动定期补氮装置02连接，自动定期补氮装置02连接氮气瓶23，以向多路测压毛细管22中定期补充氮气。

多路温度压力数据采集处理装置01还与无线远传终端04连接，无线远传终端04与公网服务器24连接，以将各路温度信号和各路压力信号的温度压力数据包传输至公网服务器24上。

具体的，如图2所示，该多路温度压力数据采集系统00还包括不间断电源(Uninterruptible Power System，简称UPS)05和外部电源接口06；外部电源接口06用于接入外接电源25(如采用220V外接电源)，并与不间断电源05连接，以通过外接电源25为不间断电源05供电；不间断电源05还与无线远传终端04和多路温度压力数据采集处理装置01连接，以对外接电源06进行稳压，并为无线远传终端04和多路温度压力数据采集处理装置01供电。不间断电源05具有蓄电功能，可提供30分钟等时间的电量储备。

具体的，如图2所示，该多路温度压力数据采集系统00还包括一防护保温箱07。多路温度压力数据采集处理装置01、自动定期补氮装置02、压力变送器组03、无线远传终端04、不间断电源05和外部电源接口06设置于防护保温箱07内部。在石油资源丰富的地区有很多环境寒冷恶劣的地方，因此为了保证多路温度压力数据采集系统00内部器件的正常工作，需要设置防护保温箱07。

防护保温箱07上设置有外接电源通孔、接测压毛细管孔、接测温热电偶孔、接氮气瓶孔以及无线远传终端天线孔。

无线远传终端04的天线穿过无线远传终端天线孔与公网服务器24通信连接，此种设置是由于防护保温箱07是全封闭结构，电磁信号被屏蔽，因此需要引出无线远传终端04的天线。此外，外接电源通孔用于外部电源接口06接入外接电源25；接测压毛细管孔用于自动定期补氮装置02连接多路测压毛细管22；接测温热电偶孔用于多路温度压力数据采集处理装置01与从井下引出的多路测温热电偶21连接；接氮气瓶孔用于自动定期补氮装置02和氮气瓶23连接。

具体的，如图2所示，该多路温度压力数据采集系统00还包括加热装置08和加热装置温控系统09。加热装置08设置于防护保温箱07的内壁处。加热装置温控系统09分别与外部电源接口06和加热装置08连接。

加热装置温控系统09用于监测防护保温箱07内的温度；在防护保温箱07内的温度低于预先设置的低温限值时，控制加热装置08的电源接通以进行加热；在防护保温箱07内的温度高于预先设置的高温限值时，控制加热装置08的电源断开以停止加热；在防护保温箱07内的温度高于预先设置的警戒温度值时，自动跳闸。同样的，在石油资源丰富的地区有很多环境寒冷恶劣的地方，因此为了保证多路温度压力数据采集系统00内部器件的正常工作，可在防护保温箱07的内壁处设置加热装置08，并由加热装置温控系统09进行加热控制。

具体的，如图3所示，该自动定期补氮装置02包括与各路测压毛细管22和压力变送器组03中的各路压力变送器对应的测压管路201；各测压管路201靠近测压毛细管22的一侧设置有第一手动阀202；在各测压管路201上第一手动阀202远离测压毛细管22的一侧连接有带有第二手动阀203的手动阀管路204和带有电磁阀205的电磁阀管路206；第二手动阀203和电磁阀205的两个联通端分别连接测压管路201和氮气瓶23出口的氮气瓶手动阀231；电磁阀205的控制端连接多路温度压力数据采集处理装置01。

在自动定期补氮装置02正常工作时，第一手动阀202和氮气瓶手动阀231处于常开状态，第二手动阀203处于常闭状态，电磁阀205被多路温度压力数据采集处理装置01控制而定期开关。

具体的，如图4所示，该多路温度压力数据采集处理装置01包括嵌入式微处理器电路101、压力信号处理电路102、温度信号处理电路103、时钟处理电路104、数据存储电路105、工作状态记忆存储电路106、显示电路107、键盘电路108、外部接口处理电路109、电源处理电路110和补氮装置控制电路111。

该嵌入式微处理器电路101可采用51系列微处理器，51系列微处理器的配套C语言计算能力较强，可完成较为复杂的浮点运算，器件的种类繁多，开发过程中内存不够时可更换升级。

进一步的，如图4所示，该压力信号处理电路102包括I/V转换器1021和第一A/D变换器1022；I/V转换器1021与压力变送器组03连接，以接收压力变送器组03转变来的压力电信号，经I/V转换器1021放大后，经第一A/D变换器1022变换为数字量传输到嵌入式微处理器电路101。

压力信号处理电路102能够同时处理多路压力信号，这里以处理4路压力信号为例。I/V转换器1021接收由压力变送器组03转变来的压力电信号，经放大后，再经A/D变换器1022变换为数字量。此外，用温度传感器将温度信号变为电信号，也经A/D变换器变为数字量，通过事先标定的系数，用计算公式算出相应的压力和温度值，在这里测量温度并不是目的，只是补偿温度对传感器漂移的影响。压力的计算采用井下电子压力计的相关国家标准中规定的方法，3次曲线拟合，加上温度的3次曲线拟合，共16个系数，系数的计算采用正交法而不是解线性方程组，保证计算的准确性。采用公共的激励恒流源和信号放大器，公共的中速A/D变换器，由CMOS模拟开关对3-压力变送器组中各路压力信号进行切换，达到简化电路，降低成本的目的。1秒钟内用五个时间段对五个测压通道轮巡一遍，一个时间端弃置不用，不论是否记录，均对压力进行计算。

进一步的，如图4所示，该温度信号处理电路103包括仪表放大器1031和第二A/D变换器1032。仪表放大器1031接收多路测温热电偶21的温度电信号，经过仪表放大器1031进行放大处理后，经第二A/D变换器1032变换为数字量传输到嵌入式微处理器电路101。

由于超长(1000m以上)热电偶内阻较大，导致传输的信号较弱，普通采集仪器无法采集，需要对信号进行特殊放大处理。这里采用的关键技术是：①热电偶测温电路的输入阻抗要很高，仪器的差分输入阻抗是2MΩ，单端对地输入阻抗是1MΩ；②为了抗住地电干扰，输入要加低通滤波器；③为了更为精确，在测量好热电偶的内阻情况下，可在仪表上输入内阻值，通过计算补偿内阻导致的误差。

温度信号处理电路103是对电偶信号进行高阻输入，差分放大，A/D变换、冷端补偿、非线性修正最后还原出温度值。

进一步的，如图4所示，该时钟处理电路104包括时钟后备电源1041和日历时钟电路1042。时钟后备电源1041连接日历时钟电路1042，日历时钟电路1042与嵌入式微处理器电路101连接。

此处，可由大容量的法拉电容做后备电源，可在停电后15天内维持时钟的运行同步，不用重置时间，采用P8563时钟芯片构成日历时钟电路，具有年月日时分秒数据，功耗极低，便于用法拉电容作为后备电源，免除锂电池或镍氢电池易于出故障，要维护的缺点。

进一步的，如图4所示，该数据存储电路105包括电平变换器1051和记录数据存储器1052；记录数据存储器1052与电平变换器1051连接，电平变换器1051与嵌入式微处理器电路101连接。

此处，可采用大容量串行flash储存记录数据，克服一般串行EEROM容量不大的缺点，只是程序编制上比较麻烦。记录时间的间隔以分钟为单位，可以是1、2、3、4、5、6、10、12、15、20、30，均为可被60整除的数值，这样当满足秒为零且分可被启示时间间隔整除时，就对测试数据进行记录。

进一步的，如图4所示，该工作状态记忆存储电路106包括数据备份电路1061和工作状态记忆存储器1062。数据备份电路1061和工作状态记忆存储器1062连接，工作状态记忆存储器1062与嵌入式微处理器电路101连接。

工作状态记忆存储电路是非易失存储器，停电后，数据不会丢失，工作参数和数据在非易失存储中有两份备份，其中一个受到仪表后面板的按钮控制，只能在按下按钮时才能更改，因此不会被意外修改，一旦发现工作参数和数据不对时，可以通过恢复操作把备份复制出来，免得重新输入和标定，这个电路就是数据备份电路。

进一步的，如图4所示，该显示电路107包括液晶显示屏1071和串并转换电路1072；液晶显示屏1071与串并转换电路1072连接，串并转换电路1072与嵌入式微处理器电路101连接。

此处，显示屏可采用半导体LED数码管做显示器，简单可靠远胜于LCD液晶显示器和VFD荧光显示器，又耐低温，采用不需要时休眠的方法节省电能，克服其功耗大于LCD的缺点。显示驱动器采用MAX7219，线路简单，驱动编程简单，体积小。对于其可靠性较低易于被干扰的缺点，采用每秒钟重新设定一次方法消除，经试验检验效果很好。

进一步的，如图4所示，该键盘电路108包括键盘扫描矩阵电路1081和键盘动作讯响器1082，键盘扫描矩阵电路1081和键盘动作讯响器1082分别与嵌入式微处理器电路101连接。

键盘共有8个键，一对数值增减键(用于工作参数的修改和所显示的通道号的改变)，一个菜单键，一个确认键，一个退出键，一个显示键(用于显示器是否工作的切换)，一个上切换键(用于显示器内容的切换)，一个下切换键(用于通讯工作状态和记录工作状态的切换)。微处理器控制仪器的运行，将一秒钟分为6份，原因是每秒要对键盘进行6次采样，保证短时按键的动作一定被采样到一次又不会是采样到两次。

进一步的，如图4所示，该外部接口处理电路109包括Modbus协议处理电路1091和光电隔离RS232接口1092。光电隔离RS232接口1092与无线远传终端04和Modbus协议处理电路连接1091，Modbus协议处理电路1091与嵌入式微处理器电路101连接。

在工作记录状态时，定期向光电隔离RS232接口发送采集处理后的数据包，如需将数据远传至公网服务器，可与无线远传终端连接，无线远传终端接收数据包，将数据发送至公网服务器，在通讯工作状态下光电隔离RS232接口与PC机连接，进行多路温度压力数据采集处理系统的设置和将存储器中的存储数据进行回放备份。

进一步的，如图4所示，该电源处理电路110包括抗干扰线路滤波器1101、开关电源1102、模拟和数据5V稳压电源1103、电压基准源1104、通讯接口稳压电源1105和压力变送器稳压电源1106；抗干扰线路滤波器1101与不间断电源05连接。抗干扰线路滤波器1101还分别连接模拟和数据5V稳压电源1103、通讯接口稳压电源1105和压力变送器稳压电源1106。模拟和数据5V稳压电源1103连接嵌入式微处理器电路101和电压基准源1104，电压基准源1104连接嵌入式微处理器电路101；通讯接口稳压电源1105与光电隔离RS232接口1092连接；压力变送器稳压电源1106与压力变送器组03连接。

抗干扰线路滤波器中电源变压器次边绕组分为主回路5V绕组和串行口5V绕组两部分，目的是防止连接GPRS无线数据传输模块引入干扰影响仪器的测量精度和工作的可靠性等，经抗干扰处理的电源接入TopSwitch开关电源，由TopSwitch开关电源处理后输出三种电源，一种是为通讯接口提供稳压电源的通讯接口稳压电源：通讯接口稳压电源；一种是为压力变送器提供电源的压力变送器24V稳态电源：压力变送器24V稳态电源；一种是为嵌入式微处理器提供的电源，分两部分一部分是为微处理器控制处理等提供的模拟和数字5V稳压电源，一部分是用于对比采集信号以得出数字量的精密电压基准源。

进一步的，如图4所示，补氮装置控制电路111与嵌入式微处理器电路101连接，并通过补氮装置控制信号控制连接电磁阀205。例如，可以设定在每周一上午8：00开始轮流对每路测压毛细管补充氮气5分钟。

本实用新型实施例中可以有两种工作状态：在记录工作状态下，每秒钟通过串行口向外输出一组采样数据，而不管是否使用它，考虑到无线数据传输的波特率较低，这里通讯的波特率固定为9.6K。在通讯工作状态下，为了能快速传输记录的数据，波特率可在19.2K、28.8K、38.4K、57.6K间选择。

本实用新型能够用于采集多点温度压力动态监测技术中的井下多路超长(1000m)测温热电偶和测压毛细管传输的温度压力信号的处理、存储、显示等功能，并对该技术中的测压毛细管内传压介质-氮气进行自动定期补充，以保证多路压力监测的准确性，同时，将采集处理后的数据进行无线传输至公网服务器，提供给相关使用者。再者，由于本实用新型的系统是一年四季全天候在野外运转，该系统提供自动温控加热装置，以保证整套系统正常的工作温度。

本实用新型实施例可以实现多点温度压力动态监测的数据智能采集和上传，以及向测压毛细管自动定期补充氮气的有益效果，避免了现有技术中的多点温度压力动态监测过程较为繁琐，人工成本较高，特别是一些恶劣环境，给多点温度压力动态监测带来困难的问题。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。