專利名稱：孔底電動(dòng)沖擊器控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鉆探領(lǐng)域，具體涉及一種孔底電動(dòng)沖擊器的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了提高硬巖的鉆探效率，國內(nèi)外研制了多種液動(dòng)、氣動(dòng)孔底沖擊器，并取得顯著 成果。但傳統(tǒng)的液動(dòng)、氣動(dòng)沖擊器在國內(nèi)推廣使用的程度并不理想，主要有以下四個(gè)原因 一是傳統(tǒng)液動(dòng)、氣動(dòng)沖擊器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場組裝調(diào)試的技術(shù)要求高，每次拆裝費(fèi)工費(fèi)時(shí)； 二是它要求很大的泵(風(fēng)機(jī))排量和壓力——超過孔底正常鉆進(jìn)的需要，從而要求更換設(shè) 備，在孔內(nèi)鉆具上增加分流接頭，有時(shí)過大的流量還會(huì)帶來孔壁失穩(wěn)等負(fù)面效果；三是液動(dòng) 沖擊器對循環(huán)介質(zhì)的含砂量等有嚴(yán)格要求；四是由于重力對傳統(tǒng)液動(dòng)、氣動(dòng)沖擊器的配液、 配氣機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定性有影響，在大頂角斜孔和水平孔中使用有局限性?？椎纂妱?dòng)沖擊器 (如圖6所示)能夠克服以上不足，同時(shí)大幅度提高鉆探效率，應(yīng)用前景十分廣泛，而孔底電 動(dòng)沖擊器成敗的關(guān)鍵是其控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)是其核心，研究孔底電動(dòng)沖擊器的控制系統(tǒng) 具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種孔底電動(dòng)沖擊器控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對孔底 電動(dòng)沖擊器的電磁沖擊裝置的控制。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是孔底電動(dòng)沖擊器控制系統(tǒng)，其特征在于 它包括監(jiān)控系統(tǒng)用電池、主電池、一個(gè)檢測模塊、一個(gè)控制模塊；監(jiān)控系統(tǒng)用電池給檢測模 塊和控制模塊供電，主電池給控制模塊供電；檢測模塊的輸出口和控制模塊的輸入口之間 通過CAN總線相連，可完成控制命令及各部分檢測數(shù)據(jù)的通訊； 所述檢測模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、放大電路、第一 AD轉(zhuǎn)換器、電阻分壓 電路、電壓比較器、滲漏傳感器、第一微處理器；第一微處理器設(shè)置在孔底電動(dòng)沖擊器的控 制系統(tǒng)密封筒25內(nèi)；溫度傳感器設(shè)置在孔底電動(dòng)沖擊器的電磁沖擊裝置的線圈29內(nèi)(封 在線圈29內(nèi))，溫度傳感器的輸出端與第一微處理器的輸入端相連；壓力傳感器設(shè)置在孔 底電動(dòng)沖擊器的鉆井液倉35內(nèi)(鉆井液倉與外相連通，能獲得泥漿壓力信號(hào))，壓力傳感器 的輸出端與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與第一AD轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，第 一AD轉(zhuǎn)換器的輸出端與第一微處理器的輸入端相連；電阻分壓電路設(shè)置在主電池19上，電 阻分壓電路的輸入端與主電池的輸出端相連，電阻分壓電路的輸出端與電壓比較器的輸入 端相連，電壓比較器的輸出端與第一微處理器的輸入端相連；滲漏傳感器設(shè)置在孔底電動(dòng) 沖擊器的電磁沖擊裝置密封筒30的底端，滲漏傳感器的輸出端與第一微處理器的輸入端 相連； 所述控制模塊包括第二微處理器、可編程控制器(現(xiàn)有的GAL器件)、IGBT全橋控 制電路、毫歐電阻、儀表放大器、第二 AD轉(zhuǎn)換器；第二微處理器的輸出端與可編程控制器的 輸入端相連，可編程控制器的輸出端與IGBT全橋控制電路的輸入端相連，IGBT全橋控制電路的控制輸出端與電磁沖擊裝置8的線圈29相連；IGBT全橋控制電路的控制電流信號(hào)輸
出端與毫歐電阻的輸入端相連，毫歐電阻的輸出端與儀表放大器的輸入端相連，儀表放大
器的輸出端與第二 AD轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，第二 AD轉(zhuǎn)換器的輸出端與第二微處理器的數(shù)
字信號(hào)反饋輸入端相連。 本發(fā)明的有益效果是 1)通過檢測地表泥漿泵以一定順序開合在鉆孔內(nèi)產(chǎn)生的一定順序的泥漿壓力脈 沖信號(hào)，并對該檢測信號(hào)進(jìn)行解析，進(jìn)而獲得地表控制命令，從而控制孔底電動(dòng)沖擊器的執(zhí) 行機(jī)構(gòu)電磁沖擊裝置實(shí)現(xiàn)不同動(dòng)作的控制系統(tǒng)；本發(fā)明能很好的完成孔底電動(dòng)沖擊器的電 磁沖擊裝置不同頻率的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或停止動(dòng)作的控制，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對孔底電動(dòng) 沖擊器的電磁沖擊裝置的控制。同時(shí)本控制系統(tǒng)還能完成孔底電動(dòng)沖擊器的電池電量、溫 度、滲漏、電磁沖擊裝置工作電流等工作參數(shù)的監(jiān)測，并能根據(jù)各種參數(shù)調(diào)整對沖擊器的控 制。具有防止?jié)B漏、溫度過高、電流等方面的保護(hù)功能。 2)傳統(tǒng)的液動(dòng)、氣動(dòng)沖擊器在井下開始工作后無法通過地表控制，沖擊頻率等工 作參數(shù)一經(jīng)確定無法在井下調(diào)整；遇到緊急情況需停止工作時(shí)，必須關(guān)閉泥漿泵(風(fēng)機(jī))， 可能造成燒鉆等事故。本控制系統(tǒng)可以控制孔底電動(dòng)沖擊器根據(jù)鉆進(jìn)地層和孔底電動(dòng)沖擊 器工作情況的不同，在地表遙控孔底電動(dòng)沖擊器實(shí)現(xiàn)沖擊頻率和沖擊功的調(diào)整以及停機(jī)等 工作，控制靈活，操作簡便，具有很高的自動(dòng)化程度。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)框圖； 圖2為檢測模塊框圖； 圖3為控制模塊框圖； 圖4為IGBT管引腳定義圖； 圖5為圖3中的IGBT全橋控制電路圖； 圖6為孔底電動(dòng)沖擊器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5中的標(biāo)識(shí)說明1-第 一 基于555定時(shí)器(IC555) ， 2_第 一 柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110(ICIR2110)，3-全橋控制信號(hào)輸入端(即IGBT全橋控制電路的輸入端)，4-第一功 率管(IGBT)，5-第二功率管(IGBT)，6-保險(xiǎn)管，7-主電池正極，8-電磁沖擊裝置，9-第二柵 級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110(ICIR2110)，10-第三功率管(IGBT)，ll-第四功率管(IGBT) ， 12-毫歐 電阻輸出信號(hào)正極，13-毫歐電阻輸出信號(hào)負(fù)極，14-第二基于555定時(shí)器(IC555) ， 15-主 電池負(fù)極，16-毫歐電阻； 圖6中17-上接頭；18-水眼；19-主電池(主電池組)；20_主電池(主電池組)
密封筒；21-外殼；22-電線；23-水密接頭；24_壓力傳感器；25_控制系統(tǒng)密封筒；26-監(jiān)控 系統(tǒng)用電池；27-檢測模塊；28-控制模塊；29-電磁沖擊裝置的線圈；30-電磁沖擊裝置密 封筒；31-密封圈；32-壓蓋；33-磁桿；34-沖錘；35-鉆井液倉。
具體實(shí)施例方式
參見圖1、圖2、圖3，孔底電動(dòng)沖擊器控制系統(tǒng)，它包括監(jiān)控系統(tǒng)用電池、主電池、 一個(gè)檢測模塊、一個(gè)控制模塊；監(jiān)控系統(tǒng)用電池給檢測模塊和控制模塊供電，主電池給控制模塊供電；檢測模塊的輸出口和控制模塊的輸入口之間通過CAN總線相連，可完成控制命 令及各部分檢測數(shù)據(jù)的通訊； 所述檢測模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、放大電路、第一 AD轉(zhuǎn)換器、電阻分壓 電路、電壓比較器、滲漏傳感器、第一微處理器；第一微處理器設(shè)置在孔底電動(dòng)沖擊器的控 制系統(tǒng)密封筒25內(nèi)；溫度傳感器設(shè)置在孔底電動(dòng)沖擊器的電磁沖擊裝置的線圈29內(nèi)(封 在線圈29內(nèi))，溫度傳感器的輸出端與第一微處理器的輸入端相連；壓力傳感器設(shè)置在孔 底電動(dòng)沖擊器的鉆井液倉35內(nèi)(鉆井液倉與外相連通，能獲得泥漿壓力信號(hào))，壓力傳感器 的輸出端與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與第一AD轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，第 一AD轉(zhuǎn)換器的輸出端與第一微處理器的輸入端相連；電阻分壓電路設(shè)置在主電池19上，電 阻分壓電路的輸入端與主電池的輸出端相連，電阻分壓電路的輸出端與電壓比較器的輸入 端相連，電壓比較器的輸出端與第一微處理器的輸入端相連；滲漏傳感器設(shè)置在孔底電動(dòng) 沖擊器的電磁沖擊裝置密封筒30的底端，滲漏傳感器的輸出端與第一微處理器的輸入端 相連； 所述控制模塊包括第二微處理器、可編程控制器(現(xiàn)有的GAL器件)、IGBT全橋控 制電路、毫歐電阻、儀表放大器、第二 AD轉(zhuǎn)換器；第二微處理器的輸出端與可編程控制器的 輸入端相連，可編程控制器的輸出端與IGBT全橋控制電路的輸入端相連，IGBT全橋控制電 路的控制輸出端與電磁沖擊裝置8的線圈29相連；IGBT全橋控制電路的控制電流信號(hào)輸 出端與毫歐電阻的輸入端相連，毫歐電阻的輸出端與儀表放大器的輸入端相連，儀表放大 器的輸出端與第二 AD轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，第二 AD轉(zhuǎn)換器的輸出端與第二微處理器的數(shù) 字信號(hào)反饋輸入端相連。 如圖5所示，IGBT全橋控制電路包括第一基于555定時(shí)器(IC555) 1、第一柵級(jí)驅(qū) 動(dòng)芯片IR2110(ICIR2110)2、第一功率管(IGBT)4、第二功率管(IGBT) 5、保險(xiǎn)管6、第二柵級(jí) 驅(qū)動(dòng)芯片IR2110(ICIR2110)9、第三功率管(IGBT)10、第四功率管(IGBT) 11、第二基于555 定時(shí)器(IC555) 14、第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第 六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第i^一電阻Rll、第十二 電阻R12、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、 第七電容C7、第八電容C8、第九電容C9、第十電容C10、第i^一電容C11、第十二電容C12、 第十三電容C13、第十四電容C14、第十五電容C15、第十六電容C16、第一二極管Dl、第二二 極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、第 八二極管D8、第九二極管D9、第十二極管D10、第一穩(wěn)壓二極管ZD1、第二穩(wěn)壓二極管ZD2、第 三穩(wěn)壓二極管ZD3、第四穩(wěn)壓二極管ZD4、第五穩(wěn)壓二極管ZD5、第六穩(wěn)壓二極管ZD6 ;
第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110(圖5中的U2)2的12腳(為IGBT全橋控制電路的輸 入端，即全橋控制信號(hào)輸入端3)分別與可編程控制器(現(xiàn)有的GAL器件)的輸出端、第二 柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110(ICIR2110)9的IO腳相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的13腳與第 一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的9腳之間串聯(lián)一第十六電容C16，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102 的9腳與+5V電源相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的13腳接地GNDA，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯 片IR21102的11腳接地GNDA，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的10腳與第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110(ICIR2110)9的12腳相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的7腳串聯(lián)第六電阻R6后與 第一功率管Q1(IGBT)4的G極相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的6腳分別與第二二極管D2的陰極、第三二極管D3的陰極、第四電容C4的一端相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的 5腳分別與第五電容C5的一端、第三電阻R3的一端、第二穩(wěn)壓二極管ZD2的陽極相連，第 一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的3腳與第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的2腳之間串聯(lián)一第六電容 C6，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的3腳與+15V電源相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的2腳 接地GNDA，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的1腳串聯(lián)第四電阻R4后與第二功率管Q2(IGBT)5 的G極相連； 第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110(圖5中的U3)9的12腳(為IGBT全橋控制電路的 輸入端，即全橋控制信號(hào)輸入端)與可編程控制器(現(xiàn)有的GAL器件)的輸出端{(lán)同 時(shí)與第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110(ICIR2110)2的10腳相連}相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110(ICIR2110)9的13腳與第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的9腳之間串聯(lián)一第八電容C8， 第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的13腳接地GNDA，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的9腳與+5V電 源相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的11腳接地GNDA，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的1腳串 聯(lián)第十電阻R10后與第三功率管Q3(IGBT)10的G極相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的2 腳與第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的3腳之間串聯(lián)一第九電容C9，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 的2腳接地GNDA，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的3腳與+15V電源相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110的5腳分別與第十二電阻R12的一端、第十二電容C12的一端、第五穩(wěn)壓二極管ZD5 的陽極相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的6腳分別與第八二極管D8的陰極、第九二極管D9 的陰極、第十一電容C11的一端相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的7腳串聯(lián)第九電阻R9后 分別與第三功率管Q3(IGBT) 10的G極、IGBT全橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b、第四功率管 Q4(IGBT)11的G極相連； 第一功率管4的C極分別與主電池正極7、第四二極管D4的陰極、第七二極管D7 的陰極、第三功率管10的C極相連，第四二極管D4的陽極與IGBT全橋控制電路的第一輸出 端點(diǎn)a相連，第七二極管D7的陽極與IGBT全橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b相連，第一功率 管4的E極與IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a相連，第二功率管5的C極與IGBT全 橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a相連，第二功率管5的E極分別與第二電阻R2的一端、第七 電容C7的一端、第三穩(wěn)壓二極管ZD3的陽極、第五電阻R5的一端、第五二極管D5的陽極、 第六二極管D6的陽極、第四功率管11的E極、毫歐電阻16的一端、第七電阻R7的一端、第 十電容C10的一端、第四穩(wěn)壓二極管ZD4的陰極、第十一電阻R11的一端相連，第五二極管 D5的陰極與IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a相連，第六二極管D6的陰極與IGBT全 橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b相連；IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a前設(shè)有保險(xiǎn)管6 ; IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a與電磁沖擊裝置的線圈29的一接線端(正極)相連； IGBT全橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b與電磁沖擊裝置的線圈29的另一接線端(負(fù)極)相 連； 第五電阻R5的另一端、第十一電阻R11的另一端分別與+15V電源相連，
第一基于555定時(shí)器(IC555，圖5中的Ul) 1的1腳分別與第一電容Cl的一端、第 三電容C3的一端、第二電阻R2的另一端、第一穩(wěn)壓二極管ZD1的陽極相連，第一基于555定 時(shí)器的2腳分別與第一基于555定時(shí)器的6腳、第一電容Cl的另一端、第一電阻Rl的一端 相連，第一基于555定時(shí)器的3腳分別與第一電阻Rl的另一端、第二電容C2的一端相連， 第一基于555定時(shí)器的4腳、第一基于555定時(shí)器的8腳分別與IGBT全橋控制電路的第一
8輸出端點(diǎn)a相連，第三電容C3的另一端、第一穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極、第二穩(wěn)壓二極管ZD2 的陰極、第五電容C5的另一端、第四電容C4的另一端、第一二極管D1的陽極分別與IGBT 全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a相連，第二電容C2的另一端分別與第一二極管Dl的陰極、 第二二極管D2的陽極相連，第三二極管D3的陽極與+15V電源相連，第三電阻R3的另一端 接地GNDA，第七電容C7的另一端、第三穩(wěn)壓二極管ZD3的陽極接地GNDA ;
第二基于555定時(shí)器(IC555，圖5中的U4) 14的1腳分別與第十五電容C15的一 端、第十四電容C14的一端、第七電阻R7的另一端、第六穩(wěn)壓二極管ZD6的陽極相連，第二 基于555定時(shí)器14的2腳分別與第二基于555定時(shí)器14的6腳、第十五電容C15的另一 端、第八電阻R8的一端相連，第二基于555定時(shí)器14的3腳分別與第八電阻R8的另一端、 第十三電容C13的一端相連，第二基于555定時(shí)器14的4腳、第二基于555定時(shí)器14的 8腳分別與IGBT全橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b相連，第十四電容C14的另一端、第六穩(wěn) 壓二極管ZD6的陰極、第十二電容C12的另一端、第五穩(wěn)壓二極管ZD5的陰極、第十一電容 Cll的另一端、第十二極管D10的陽極分別與IGBT全橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b相連，第 九二極管D9的陽極分別與第十二極管DIO的陰極、第十三電容C13的另一端相連，第八二 極管D8的陽極與+15V電源相連，第十二電阻R12的另一端接地GNDA，第十電容CIO的另一 端、第四穩(wěn)壓二極管ZD4的陽極分別接地GNDA。 在控制IGBT全橋驅(qū)動(dòng)長時(shí)間(極低頻率)導(dǎo)通時(shí)， 一般需要在系統(tǒng)中高端部分采 用獨(dú)立電源供電，會(huì)增加系統(tǒng)成本，同時(shí)體積較大。在本發(fā)明的控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了基于555 定時(shí)器的電荷泵高端浮動(dòng)自舉電路，實(shí)現(xiàn)了高壓浮動(dòng)IGBT/MOSFET柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110在 極低頻率下對全橋電路的驅(qū)動(dòng)。 所述檢測模塊通過檢測壓力傳感器獲得進(jìn)入鉆井液倉35內(nèi)的泥漿壓力信號(hào)，該 泥漿壓力信號(hào)經(jīng)過放大電路和AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸給第一微處理器MCU-1 ;第 一微處理器MCU-1獲得該數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而對壓力脈沖命令進(jìn)行檢測、解析，并通過CAN總線 接口通知控制模塊執(zhí)行相應(yīng)的命令；通過電阻分壓電路和電壓比較器，對主電池的電量進(jìn) 行檢測，并將相關(guān)結(jié)果送給第一微處理器MCU-1 ;由滲漏傳感器輸出開關(guān)量給第一微處理 器MCU-1，檢測孔底電動(dòng)沖擊器的滲漏情況；溫度傳感器檢測孔底電動(dòng)沖擊器的溫度，并將 相應(yīng)信號(hào)送給第一微處理器MCU-1，獲得工作溫度情況。當(dāng)孔底電動(dòng)沖擊器的電量不足或者 發(fā)生滲漏、溫度過高等情況，第一微處理器MCU-1將通過CAN總線接口發(fā)送相應(yīng)控制命令給 控制模塊，通知控制模塊做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 所述檢測模塊主要實(shí)現(xiàn)壓力脈沖命令的檢測、解析，并通過CAN總線通知控制模 塊執(zhí)行相應(yīng)的命令；負(fù)責(zé)檢測系統(tǒng)的滲漏、控制用電池電量、工作溫度等狀態(tài)參數(shù)。
所述控制模塊的第二微處理器MCU-2通過CAN總線接口接收檢測模塊發(fā)送來的 控制命令，根據(jù)控制命令的不同通過GAL器件、IGBT全橋控制電路來控制電磁沖擊裝置帶 動(dòng)沖錘以不同的頻率做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)打擊鐵砧完成沖擊或者停止運(yùn)動(dòng)；IGBT全橋控制電 路主要通過控制4個(gè)IGBT管的通斷，實(shí)現(xiàn)電磁沖擊裝置的正反雙向工作，其輸出的控制電 流信號(hào)通過毫歐電阻、儀表放大器、AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后反饋到第二微處理器 MCU-2，第二微處理器MCU-2處理該數(shù)字信號(hào)結(jié)合檢測模塊發(fā)送的控制命令做出相應(yīng)的動(dòng) 作，防止電流過大引起IGBT全橋控制電路過熱或者燒毀電磁沖擊裝置；其中保險(xiǎn)管是為了 防止電流過大而燒毀電磁沖擊裝置，起保護(hù)作用。
所述控制模塊主要根據(jù)檢測模塊發(fā)送來的控制命令，來控制電磁沖擊裝置帶動(dòng)沖 錘以不同的頻率做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)打擊鐵砧完成沖擊或者停止運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)了基于555定時(shí)器 和IR2110的IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路。 工作過程如下通過在地表按一定順序開合泥漿泵在鉆孔內(nèi)產(chǎn)生一定順序的泥漿 壓力脈沖編碼，孔底電動(dòng)沖擊器控制系統(tǒng)的檢測模塊對該泥漿壓力脈沖編碼進(jìn)行檢測和解 析后獲得地表的控制命令，然后檢測模塊將該控制命令通過CAN總線發(fā)送給控制模塊，控 制模塊根據(jù)命令的不同控制孔底電磁沖擊裝置完成不同的動(dòng)作，如快速、慢速、停止等等。 同時(shí)本控制系統(tǒng)完成孔底電動(dòng)沖擊器各種工作參數(shù)的監(jiān)測，在滲漏等危險(xiǎn)情況發(fā)生時(shí)能切 斷電源，具備一定的自保護(hù)能力。 如圖6所示，孔底電動(dòng)沖擊器包括上接頭17、主電池(主電池組)密封筒20、外殼 21、控制系統(tǒng)密封筒25、電磁沖擊裝置密封筒30、壓蓋32、沖錘34、電磁沖擊裝置；電磁沖 擊裝置包括電磁沖擊裝置的線圈29、磁桿33，電磁沖擊裝置的線圈29位于電磁沖擊裝置密 封筒30內(nèi)，磁桿33的上端穿過壓蓋32、電磁沖擊裝置密封筒30的底部、線圈29，磁桿33 與電磁沖擊裝置密封筒30的底部之間采用密封圈31密封，磁桿33的下端與沖錘34連接 (鉸接)；電磁沖擊裝置密封筒30位于外殼21內(nèi)并固定，外殼21的下端為開口端，沖錘34 位于外殼21的下端部，壓蓋32分別與電磁沖擊裝置密封筒30、外殼21固定連接；電磁沖 擊裝置的線圈29的上方是控制系統(tǒng)密封筒25，監(jiān)控系統(tǒng)用電池26、檢測模塊27、控制模塊 28分別位于控制系統(tǒng)密封筒25內(nèi)，控制系統(tǒng)密封筒25的上方是鉆井液倉35，鉆井液倉35 的上方是主電池(主電池組)密封筒20，主電池(主電池組)19位于主電池(主電池組) 密封筒20內(nèi)，主電池由電線與控制模塊相連，主電池密封筒位于外殼21內(nèi)并固定；外殼21 的上端與上接頭17相連；外殼21上設(shè)有水眼18，水眼18分別與鉆井液倉35、上接頭17相 連通。線圈29接通電與斷開電，控制磁桿33做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
孔底電動(dòng)沖擊器控制系統(tǒng)，其特征在于它包括監(jiān)控系統(tǒng)用電池、主電池、一個(gè)檢測模塊、一個(gè)控制模塊；監(jiān)控系統(tǒng)用電池給檢測模塊和控制模塊供電，主電池給控制模塊供電；檢測模塊的輸出口和控制模塊的輸入口之間通過CAN總線相連；所述檢測模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、放大電路、第一AD轉(zhuǎn)換器、電阻分壓電路、電壓比較器、滲漏傳感器、第一微處理器；第一微處理器設(shè)置在孔底電動(dòng)沖擊器的控制系統(tǒng)密封筒(25)內(nèi)；溫度傳感器設(shè)置在孔底電動(dòng)沖擊器的電磁沖擊裝置的線圈(29)內(nèi)，溫度傳感器的輸出端與第一微處理器的輸入端相連；壓力傳感器設(shè)置在孔底電動(dòng)沖擊器的鉆井液倉(35)內(nèi)，壓力傳感器的輸出端與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與第一AD轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，第一AD轉(zhuǎn)換器的輸出端與第一微處理器的輸入端相連；電阻分壓電路設(shè)置在主電池(19)上，電阻分壓電路的輸入端與主電池的輸出端相連，電阻分壓電路的輸出端與電壓比較器的輸入端相連，電壓比較器的輸出端與第一微處理器的輸入端相連；滲漏傳感器設(shè)置在孔底電動(dòng)沖擊器的電磁沖擊裝置密封筒(30)的底端，滲漏傳感器的輸出端與第一微處理器的輸入端相連；所述控制模塊包括第二微處理器、可編程控制器、IGBT全橋控制電路、毫歐電阻、儀表放大器、第二AD轉(zhuǎn)換器；第二微處理器的輸出端與可編程控制器的輸入端相連，可編程控制器的輸出端與IGBT全橋控制電路的輸入端相連，IGBT全橋控制電路的控制輸出端與電磁沖擊裝置(8)的線圈(29)相連；IGBT全橋控制電路的控制電流信號(hào)輸出端與毫歐電阻的輸入端相連，毫歐電阻的輸出端與儀表放大器的輸入端相連，儀表放大器的輸出端與第二AD轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，第二AD轉(zhuǎn)換器的輸出端與第二微處理器的數(shù)字信號(hào)反饋輸入端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔底電動(dòng)沖擊器控制系統(tǒng)，其特征在于IGBT全橋控制電路 包括第一基于555定時(shí)器、第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110、第一功率管、第二功率管、保險(xiǎn)管、第 二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110、第三功率管、第四功率管、第二基于555定時(shí)器、第一電阻、第二 電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、 第十一電阻、第十二電阻、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、 第七電容、第八電容、第九電容、第十電容、第i^一電容、第十二電容、第十三電容、第十四電 容、第十五電容、第十六電容、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極 管、第六二極管、第七二極管、第八二極管、第九二極管、第十二極管、第一穩(wěn)壓二極管、第二 穩(wěn)壓二極管、第三穩(wěn)壓二極管、第四穩(wěn)壓二極管、第五穩(wěn)壓二極管、第六穩(wěn)壓二極管；第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的12腳分別與可編程控制器(現(xiàn)有的GAL器件)的輸出 端、第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的IO腳相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的13腳與第一柵 級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的9腳之間串聯(lián)一第十六電容，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的9腳與 +5V電源相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的13腳接地GNDA，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102 的11腳接地GNDA，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的10腳與第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的12 腳相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的7腳串聯(lián)第六電阻后與第一功率管的G極相連，第一 柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的6腳分別與第二二極管的陰極、第三二極管的陰極、第四電容的一 端相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的5腳分別與第五電容的一端、第三電阻的一端、第二 穩(wěn)壓二極管的陽極相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的3腳與第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102 的2腳之間串聯(lián)一第六電容，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的3腳與+15V電源相連，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的2腳接地GNDA，第一柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR21102的1腳串聯(lián)第四電阻后 與第二功率管的G極相連；第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的12腳與可編程控制器的輸出端相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110的13腳與第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的9腳之間串聯(lián)一第八電容，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯 片IR2110的13腳接地GNDA，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的9腳與+5V電源相連，第二柵級(jí) 驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的11腳接地GNDA，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的1腳串聯(lián)第十電阻后與 第三功率管的G極相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的2腳與第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的 3腳之間串聯(lián)一第九電容，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的2腳接地GNDA，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110的3腳與+15V電源相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的5腳分別與第十二電阻的 一端、第十二電容的一端、第五穩(wěn)壓二極管的陽極相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的6腳 分別與第八二極管的陰極、第九二極管的陰極、第十一電容的一端相連，第二柵級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110的7腳串聯(lián)第九電阻后分別與第三功率管的G極、IGBT全橋控制電路的第二輸出端 點(diǎn)b、第四功率管的G極相連；第一功率管的C極分別與主電池正極、第四二極管的陰極、第七二極管的陰極、第三功 率管的C極相連，第四二極管的陽極與IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a相連，第七二 極管的陽極與IGBT全橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b相連，第一功率管的E極與IGBT全橋 控制電路的第一輸出端點(diǎn)a相連，第二功率管的C極與IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn) a相連，第二功率管的E極分別與第二電阻的一端、第七電容的一端、第三穩(wěn)壓二極管的陽 極、第五電阻的一端、第五二極管的陽極、第六二極管的陽極、第四功率管的E極、毫歐電阻 的一端、第七電阻的一端、第十電容的一端、第四穩(wěn)壓二極管的陰極、第十一電阻的一端相 連，第五二極管的陰極與IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a相連，第六二極管的陰極與 IGBT全橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b相連；IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a前設(shè)有保 險(xiǎn)管；IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a與電磁沖擊裝置的線圈的一接線端相連；IGBT 全橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b與電磁沖擊裝置的線圈的另一接線端相連；第五電阻的另一端、第十一電阻的另一端分別與+15V電源相連，第一基于555定時(shí)器的1腳分別與第一電容的一端、第三電容的一端、第二電阻的另一 端、第一穩(wěn)壓二極管的陽極相連，第一基于555定時(shí)器的2腳分別與第一基于555定時(shí)器的 6腳、第一電容的另一端、第一電阻的一端相連，第一基于555定時(shí)器的3腳分別與第一電阻 的另一端、第二電容的一端相連，第一基于555定時(shí)器的4腳、第一基于555定時(shí)器的8腳 分別與IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a相連，第三電容的另一端、第一穩(wěn)壓二極管的 陰極、第二穩(wěn)壓二極管的陰極、第五電容的另一端、第四電容的另一端、第一二極管的陽極 分別與IGBT全橋控制電路的第一輸出端點(diǎn)a相連，第二電容的另一端分別與第一二極管的 陰極、第二二極管的陽極相連，第三二極管的陽極與+15V電源相連，第三電阻的另一端接 地GNDA，第七電容的另一端、第三穩(wěn)壓二極管的陽極接地GNDA ;第二基于555定時(shí)器的1腳分別與第十五電容的一端、第十四電容的一端、第七電阻 的另一端、第六穩(wěn)壓二極管的陽極相連，第二基于555定時(shí)器的2腳分別與第二基于555定 時(shí)器的6腳、第十五電容的另一端、第八電阻的一端相連，第二基于555定時(shí)器的3腳分別 與第八電阻的另一端、第十三電容的一端相連，第二基于555定時(shí)器的4腳、第二基于555 定時(shí)器的8腳分別與IGBT全橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b相連，第十四電容的另一端、第六穩(wěn)壓二極管的陰極、第十二電容的另一端、第五穩(wěn)壓二極管的陰極、第十一電容的另一 端、第十二極管的陽極分別與IGBT全橋控制電路的第二輸出端點(diǎn)b相連，第九二極管的陽 極分別與第十二極管的陰極、第十三電容的另一端相連，第八二極管的陽極與+15V電源相 連，第十二電阻的另一端接地GNDA，第十電容的另一端、第四穩(wěn)壓二極管的陽極分別接地 G薩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種孔底電動(dòng)沖擊器的控制系統(tǒng)?？椎纂妱?dòng)沖擊器控制系統(tǒng)，其特征在于它包括監(jiān)控系統(tǒng)用電池、主電池、一個(gè)檢測模塊、一個(gè)控制模塊；監(jiān)控系統(tǒng)用電池給檢測模塊和控制模塊供電，主電池給控制模塊供電；檢測模塊的輸出口和控制模塊的輸入口之間通過CAN總線相連；所述檢測模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、放大電路、第一AD轉(zhuǎn)換器、電阻分壓電路、電壓比較器、滲漏傳感器、第一微處理器；所述控制模塊包括第二微處理器、可編程控制器、工GBT全橋控制電路、毫歐電阻、儀表放大器、第二AD轉(zhuǎn)換器。該控制系統(tǒng)能控制電磁沖擊裝置帶動(dòng)沖錘以不同的頻率做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)打擊鐵砧完成沖擊或者停止工作，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)滲漏、電量不足、溫度等等工作參數(shù)的監(jiān)測。
文檔編號(hào)E21B1/22GK101705784SQ20091027281
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者盧春華, 吳翔, 李峰飛, 蔣國盛, 鄢泰寧, 陸洪智 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)