[发明专利]一种用于井下电源系统参数测量的多通道信号采集电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量井下电源系统参数的信号采集电路，特别是涉及一种用于井下电源系统参数测量的多通道信号采集电路。

背景技术

在石油钻井领域中，智能钻井工具采用电子控制单元完成井下信息的采集、处理和决策，由驱动单元完成相应操作，电子控制单元、驱动单元等部件的动力来源由井下电源系统负责供给，因素其工作状况的好坏会直接影响智能钻井工具能否安全、正常、稳定地工作。

由于井底温度高、振动大、工作条件恶劣，智能钻井工具多采用泥浆涡轮发电机产生交流电能，由于泥浆流量波动大，产生的交流电能变化范围宽，电子控制单元等部件对电源的稳定性要求较高，因此，通常采用稳压电源技术将交流电能转换成符合用电负载需求的稳定直流电能，但这种交流-直流-直流变换的供电方案结构复杂，涉及的中间环节较多，任何一个环节出现问题都可能造成输出电压异常，若没有对井下电源系统关键节点参数的实时监测和记录，必然会导致故障排查困难，安全隐患难以完全消除，从而延长智能钻井工具维修保养周期，降低智能钻井工具的安全性、稳定性和使用寿命。在井底复杂工作环境下，要完成多个电源参数的采集、处理、存储功能，现有的电压/电流信号采集电路的稳定性、可靠性均难以满足要求。

因此，设计一种多通道信号采集电路，在井底恶劣工作条件下能实现对井下电源的工作温度及电压、电流、发电机转速等关键参数的高精度、高可靠性测量，用于监控智能钻井工具供电系统的工作状况，为智能钻井工具的故障分析提供客观、真实的测量数据，具有重要的价值和意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于井下电源系统参数测量的多通道信号采集电路。

为了达到上述目的，本发明提供的用于井下电源系统参数测量的多通道信号采集电路包括：微处理器、参数采集电路、存储电路、时钟电路、复位电路和计算机，其中：微处理器分别与参数采集电路、存储电路3、时钟电路、复位电路和计算机相连接。

所述的参数采集电路包括多个直流电压信号采集电路、多个电流信号采集电路、发电机转速信号采集电路及井下温度信号采集电路，多个直流电压信号采集电路、多个电流信号采集电路、发电机转速信号采集电路及井下温度信号采集电路均与微处理器连接。

所述的参数采集电路中的电压信号采集电路包括：第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电解电容E1；其中：第一电阻R1的一端与第一运算放大器U1的第一端连接、另一端为输入端，与电压输入信号V_in连接；第二电阻R2的一端与第一运算放大器U1的第一端连接、另一端与地线连接；第一电解电容E1的正极与第一运算放大器U1的第一端连接、负极与地线连接；第一运算放大器U1的第三端为输出端，输出V_out1信号；第一运算放大器U1第一端接收第一电阻R1和第二电阻R2分压后的输入信号电压值，第一运算放大器U1第二端与第三端相连，所述的第一运算放大器U1的第一端为同相输入端，所述的第一运算放大器U1的第二端为反相输入端，所述的第一运算放大器U1的第三端为输出端。

所述的参数采集电路中的电流信号采集电路包括：第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第二电解电容E2；其中：第二运算放大器U2的第一端为输入端，与电流输入信号I_in连接，第二运算放大器U2的第三端为输出端，输出V_out2信号，第二电解电容E2的一端与第三运算放大器U3的第一端连接、 另一端与地线连接；第三电阻R3为采样电阻，用于从井下电源系统的输出回路中采样电流，将其转换为微小电压信号，第二运算放大器U2用于对微小电压信号进行放大，第三运算放大器U3为电压跟随器结构，第三运算放大器U3的第一端接收第二运算放大器U2的输出信号，第三运算放大器U3的第二端连接第三运算放大器U3的第三端，所述的第二运算放大器U2和第三运算放大器U3的第一端均为同相输入端、第二端均为反相输入端、第三端均为输出端。