[发明专利]一种用于石油钻井绞车设备的编码方法及其编码器

说明书

技术领域

本发明属于石油钻井设备检测技术领域，涉及一种用于石油钻井绞车设备的编码方法及其编码器，特别涉及一种基于八倍频计数用于石油钻井绞车设备的编码方法及其编码器,

背景技术

石油钻井是石油气资源开采中的重要一步，其投入费用占石油勘探开发总投入的50%以上。钻井工程中需要通过录井设备监控钻井液、各项仪器设备工作状况等信息，并对信息进行分析和处理，以达到寻找并评价石油气资源、实时跟踪建井过程、监测预报井下故障等辅助钻井生产和管理的作用。绞车设备则是录井的重要监测对象。

然而，现有与绞车设备配套的编码器采用有线通讯方式，在地理偏远、塘区分散、交通闭塞的钻井现场带来了繁重的安装拆卸工作，设备本身也易受井场搬迁及拆卸安装工作的影响而损坏，有线通信录井设备检测装置的不足日益显现；另一方面，近年来飞速发展的无线传感器及其网络技术在军事测控、环境科学、经贸商业等领域广泛应用，被评为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。因此，研发稳定性更高、信息采集更准确、信号传输更迅速、中心处理更可靠的石油录井设备的无线化系统有着极强的现实意义。

另外，编码器通常使用分立元件及一些门电路实现对编码信号多倍频测量，使用的元件较多，电路稳定性不佳；而采用集成芯片的电路设计多将编码信号直接接入微控制器（以下简称MCU）输入端，再由软件完成鉴相和计数等工作，加重了MCU负担，易产生漏计或误计现象。除此之外，根据实际工程需要，目前使用的编码器一般仅局限于四倍频测频计数，计数精度有待提高、计数算法有待优化。因此，优化编码电路并创新编码算法，提高编码器稳定性和测频精度，对于石油钻井绞车设备监测具有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种安装简便、性能优良的用于石油钻井绞车设备的无线编码器及其编码算法设计方案。

通常对于编码信号的倍频处理，是在原有信号的基础上构造一定的相关信号，在外界计数时钟的触发下，同时对原信号和相关信号的边沿进行检测，从而实现倍频的效果。在目前常用的四倍频算法中，由于编码信号为A/B两路频率相同、相差90度的脉冲信号，对两路信号的上升沿和下降沿进行检测即在计数上表现出四倍频。在构造相关信号时，通常使用门电路将原信号取反，或者构造A⊕B,这样虽然实现了四倍频计数，但由于原信号和相关信号有一个时间差、外界触发时钟周期与编码信号不一定是整数倍关系，在对信号边沿的计数过程中可能出现漏计或误计现象，导致精度损失。

本发明的技术方案如下：

一种基于八倍频计数用于石油钻井绞车设备的编码方法，其是将两路相差90度的编码信号A和编码信号B使用外部触发计数时钟的上升沿构造六路相对编码信号A和编码信号B的延时信号，分别为延时信号A、延时信号A1、延时信号A2和延时信号B、延时信号B1、延时信号B2,其中延时信号A1相对延时信号A延时一个触发时钟周期、延时信号A2相对延时信号A1延时一个触发时钟周期，延时信号B、延时信号B1、延时信号B2间延时关系同理，由于绞车正转时脉冲到来的时间顺序为：从延时信号A→延时信号A1→延时信号A2→延时信号B→延时信号B1→延时信号B2；绞车反转时脉冲到来的时间顺序为：从延时信号B→延时信号B1→延时信号B2→延时信号A→延时信号A1→延时信号A2，每种转向分别对应这六路信号的8种电平关系从而实现绞车设备编码信号的八倍频精确测量。

本发明的编码算法中，在ENCODER_A/ENCODER_B两路相差90度的原编码信号基础上，使用外部触发计数的时钟构造六路相对ENCODER_A/ENCODER_B的延时信号（A/A1/A2和B/B1/B2）,其中A1相对A延时一个触发时钟周期、A2相对A1延时一个触发时钟周期，B/B1/B2间延时关系同理，这样使信号边沿整齐、相对延时严格、稳定性高。由于绞车正转反转时分别对应这六路信号的8种电平关系，即脉冲到来的时间顺序分别为正转A/A1/A2/B/B1/B2和反转B/B1/B2/A/A1/A2，通过对这些关系的判断带动编码计数器的加减计数，即可实现绞车设备转向判别及八倍频精确计数。具体逻辑如表1、公式1和公式2。

表1八倍频与方向检测逻辑表

综上得：

其中COUNTER表示编码计数器计数值。