[发明专利]泥浆正脉冲信号驱动系统及方波脉宽调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于智能钻井工具钻井液正脉冲信号的驱动系统，特别是涉及一种泥浆正脉冲信号驱动系统及方波脉宽调制方法。

背景技术

在智能钻井工具中，采用钻井液泥浆作为传输介质的无线传输方式以其可靠性好、传输距离远等优点已获得广泛应用。其中，泥浆正脉冲传输方式是通过控制泥浆脉冲发生器的针阀动作来改变泥浆流道的横截面积，由此产生压力脉冲信号。由于智能钻井工具在井底工作过程中存在剧烈的冲击、振动等现象，因此泥浆流量波动范围较大，采用泥浆涡轮发电机提供驱动力的泥浆脉冲发生器存在供电电压波动大，稳定性差，影响对脉冲信号发生器的驱动能力，造成泥浆脉冲传输过程中的丢帧、无信号的情况，从而导致地面解码错误甚至无法解码。

因此，设计一种基于单片机控制的智能钻井工具钻井液正脉冲信号驱动系统及方波脉冲调制方法，在井底恶劣工作条件下，保证对脉冲信号发生器有足够的驱动能力，保证探管测量、编码数据能够正确、稳定地上传，具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种泥浆正脉冲信号驱动系统及方波脉宽调制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的泥浆正脉冲信号驱动系统包括：泥浆涡轮发电机、整流滤波电路、电压采集电路、微处理器、电压转换电路、信号驱动电路和脉冲信号发生器；泥浆涡轮发电机通过整流滤波电路与电压采集电路的输入端连接、电压采集电路的输出端与微处理器连接，微处理器分别与电压转换电路和信号驱动电路连接，信号驱动电路与电压采集电路及脉冲信号发生器的输入端连接。

所述的泥浆正脉冲信号驱动系统所采用的方波脉宽调制方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤一：微处理器接收到有效信号时，驱动脉冲信号发生器工作需较大电流，当脉冲信号发生器动作而产生编码脉冲后，在有效信号时间T内，只需很小的电流即可保持该工作状态，前一时间段记为起始时间T1，后一时间段记为保持时间T2，T＝T1+T2，根据所述的整流滤波电路输出电压的阈值范围分别建立插值表：

A[n]＝{a₁,a₂,……,a_n}，n为大于1的自然数

B[m]＝{b₁,b₂,……,b_m}，m为大于1的自然数

其中，A为起始时间T1内脉宽调制方波插值表，当i<j时，有a_i>a_j，1≤i≤n，1≤j≤n，B为保持时间T2内脉宽调制方波插值表，当k<l时，有a_k>a_l，1≤k≤m，1≤l≤m；

步骤二：根据电压采集电路测量得到的整流滤波电路输出电压值计算该输出电压值对应的插值表序列的位置坐标：

i＝*(p+(V_in-V_min)/H)

其中，p为插值表序列的起始地址，V_in为整流滤波电路输出电压值，V_min为整流滤波电路输出电压的阈值下限，H为常数，计算方法为：

H＝(V_max–V_min)/n

其中，V_max为整流滤波电路输出电压的阈值上限；

步骤三：根据步骤二中得到的整流滤波电路输出电压值对应的插值表序列的位置坐标计算占空比值：

D＝(PWMPER-B[i]×PWMPER/100)/PWMPER×100％

其中，D为脉宽调制波形的占空比值，PWMPER为占空比值量化上限；

步骤四：当微处理器接收到电压转换电路输出的有效信号时，在T1时间段内，根据步骤二至步骤三查询起始时间T1内脉宽调制方波插值表A计算输出脉宽调制方波的占空比值，在T2时间段内，根据步骤二至步骤三查询保持时间T2内脉宽调制方波插值表B计算输出脉宽调制方波的占空比值，驱动脉冲信号发生器正常动作；当微处理器未接收到电压转换电路输出的有效信号时，无脉宽调制方波输出，脉冲信号发生器无动作。

本发明的有益效果是，将整流滤波电路输出电压作为脉冲信号发生器的驱动电压，微处理器接收该电压信号，利用插值算法计算脉宽调制方波的占空比值，结构简单，易于实现，对于宽输入电压范围的泥浆发电电压，可保证脉冲信号发生器驱动电压的稳定性，提高脉冲信号发生器的驱动能力，降低编码脉冲传输时出现丢帧、无信号的风险。

附图说明