專利名稱：一種高精度智能雙核井深測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及勘探測(cè)井技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，用于測(cè)量井下探頭深度以及其他場(chǎng)所測(cè)量深度或者長(zhǎng)度、距離。
背景技術(shù)：
目前，在勘探測(cè)井過(guò)程中測(cè)量井下探頭等的深度時(shí)，采用有如下方式I、使用標(biāo)有長(zhǎng)度標(biāo)記的測(cè)量繩進(jìn)行測(cè)量，手動(dòng)記錄或者目測(cè)測(cè)量繩放下的深度，該方法效率低，深度測(cè)量誤差大； 2、另外一種，鋼絲繩經(jīng)過(guò)滑輪，滑輪上采用霍爾傳感器構(gòu)建的傳感電路，其輸出信號(hào)通過(guò)C51單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，C51單片機(jī)還需要與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊和LED顯示驅(qū)動(dòng)。因?yàn)橛苫魻杺鞲衅鳂?gòu)建傳感電路一般分辨率有限，例如滑輪每轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器輸出脈沖數(shù)一般為32，分辨率明顯偏低；另外，采用C51單片機(jī)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)和通訊、以及深度顯示同時(shí)處理，會(huì)導(dǎo)致脈沖計(jì)數(shù)誤差很大，因?yàn)镃51單片機(jī)運(yùn)行最高頻率有限和單核方式，會(huì)導(dǎo)致在進(jìn)行其他操作，例如與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊的時(shí)候，會(huì)丟失計(jì)數(shù)脈沖。因此，此種方法深度測(cè)量誤差極大。在實(shí)際應(yīng)用中，如果鋼絲繩收放的速度過(guò)快，深度測(cè)量誤差比第一種測(cè)量方式還要大，并且非常難以控制。因此，現(xiàn)有井深測(cè)量方案存在效率低、測(cè)量誤差大、測(cè)量分辨率低、使用不靈活等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提供一種高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，其測(cè)量效率高，測(cè)量誤差小，測(cè)量分辨率高?！N高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，包括鋼絲繩、滑輪、支架、增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器、電動(dòng)鋼絲繩絞車及深度測(cè)量控制中心，鋼絲繩的一端連接測(cè)井探頭，另一端從上方包經(jīng)滑輪的局部輪面后與電動(dòng)鋼絲繩絞車連接，所述滑輪通過(guò)滑動(dòng)軸承設(shè)置在支架上，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器與所述滑輪傳動(dòng)連接，滑輪每旋轉(zhuǎn)一周，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器軸承旋轉(zhuǎn)輸出相位差90°的兩路脈沖A相和B相脈沖信號(hào)，深度測(cè)量控制中心包括實(shí)時(shí)接收上述兩路脈沖信號(hào)并進(jìn)行相關(guān)處理的實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核、多線程處理核和外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元。如上所述的高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，所述快速測(cè)量處理核包括濾波去抖動(dòng)和整形模塊、計(jì)數(shù)模塊、計(jì)數(shù)輸入模塊、計(jì)數(shù)值輸出模塊，所述濾波去抖動(dòng)和整形模塊用于執(zhí)行實(shí)時(shí)快速濾波去抖動(dòng)和整形處理，輸出計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)和增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)，計(jì)數(shù)模塊對(duì)脈沖信號(hào)根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向極性，進(jìn)行加I或者減I累加計(jì)數(shù)，脈沖累加計(jì)數(shù)值為η ;所述快速測(cè)量處理核采用計(jì)數(shù)輸入模塊通過(guò)多線程處理核對(duì)計(jì)數(shù)初值進(jìn)行預(yù)制，并通過(guò)計(jì)數(shù)輸出模塊將脈沖累加計(jì)數(shù)值η輸出到多線程處理核，然后進(jìn)行計(jì)算和顯示處理。[0009]如上所述的高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，所述外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元包括分別與多線程處理核連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、顯示單元、鍵盤輸入單元RS232通訊單元、非易失性存儲(chǔ)單元。如上所述的高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，所述快速測(cè)量處理核采用可編程門陣列數(shù)字處理芯片。如上所述的高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，多線程處理核采用ARM7單核處理器
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心/T O本實(shí)用新型中的實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核和多線程處理核組成了深度測(cè)量控制中心的智能雙處理核心，實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核專門負(fù)責(zé)增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號(hào)的濾波和計(jì)數(shù)處理，且該實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核采用可編程門陣列芯片，其具有處理速度快，實(shí)時(shí)性·強(qiáng)特點(diǎn)，從而大大減少數(shù)據(jù)丟失降低了測(cè)量誤差，提高了測(cè)量的實(shí)時(shí)性；而多線程處理核主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互，實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低，而在深度測(cè)量智能化上具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用了雙核心智能運(yùn)算處理方式，具有實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)丟失少、測(cè)量誤差小、測(cè)量分辨率高、測(cè)量效率高、通信通道多、驅(qū)動(dòng)控制靈活和使用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

圖I為本實(shí)用新型其中一實(shí)施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型的整體控制電路框圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核201的電路框圖；圖4為本實(shí)用新型外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元203的電路框圖。圖5為本實(shí)用新型實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核201中濾波去抖動(dòng)和整形模塊401輸出脈沖濾波去抖動(dòng)和方向識(shí)別的示意圖；圖6為本實(shí)用新型的整體詳細(xì)控制電路框圖。圖中101-鋼絲繩，102-滑輪，103-支架，104-增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器，105-電動(dòng)鋼絲繩絞車，106-深度測(cè)量控制中心，201-實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核，202-多線程處理核，203-外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元，301-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，302-顯示單元，303-鍵盤輸入單元，304-RS232通訊單元，305-非易失性存儲(chǔ)單元，401-濾波去抖動(dòng)和整形模塊，402-計(jì)數(shù)模塊，403-計(jì)數(shù)輸入模塊，404-計(jì)數(shù)值輸出模塊。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。請(qǐng)參考圖1，本實(shí)用新型提供一種高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，包括鋼絲繩101、滑輪102、支架103、增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104、電動(dòng)鋼絲繩絞車105和深度測(cè)量控制中心106，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104與深度測(cè)量控制中心106連接。請(qǐng)參考圖2，所述深度測(cè)量控制中心106包括依次連接的實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核201、多線程處理核202、及外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元203。鋼絲繩101的一端連接測(cè)井探頭，另一端從上方包經(jīng)滑輪102的局部輪面后與電動(dòng)鋼絲繩絞車105連接，鋼絲繩101可由電動(dòng)鋼絲繩絞車105上提或下放。在鋼絲繩101上提或下放過(guò)程中，鋼絲繩101帶動(dòng)滑輪102相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；滑輪102通過(guò)滑動(dòng)軸承設(shè)置在支架103上；增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104固定在支架103上；增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104通過(guò)其軸與滑輪102傳動(dòng)連接，滑輪102每旋轉(zhuǎn)一周帶動(dòng)增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104軸承旋轉(zhuǎn)一周。增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104軸承旋轉(zhuǎn)輸出相位差90°的兩路脈沖A相和B相脈沖信號(hào)(如圖5所示)，連接到實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核201，進(jìn)行脈沖去抖動(dòng)濾波、旋轉(zhuǎn)方向識(shí)別和脈沖計(jì)數(shù)等，通過(guò)兩路相位差的正負(fù)可確定上述滑輪102的滑動(dòng)方向，每個(gè)完整脈沖周期對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)定的基本長(zhǎng)度，其中增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104輸出的兩路相位相差90°的脈沖信號(hào)一個(gè)完整周期才產(chǎn)生一個(gè)輸出計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)；然后多線程處理核202讀取脈沖累加計(jì)數(shù)值，并通過(guò)外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元203輸入配置滑輪102直徑D參數(shù)以及增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104每旋轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)N參數(shù)，通過(guò)深度計(jì)算公式深度D印th=(O *D) /N) *n,其中η為實(shí)時(shí)脈沖累加計(jì)數(shù)值,從而得到實(shí)時(shí)深度值Depth。請(qǐng)參考圖3，所述快速測(cè)量處理核201包括濾波去抖動(dòng)和整形模塊401、計(jì)數(shù)模塊402、計(jì)數(shù)輸入模塊403、計(jì)數(shù)值輸出模塊404，濾波去抖動(dòng)和整形模塊401與增量式光電旋 轉(zhuǎn)編碼器104的輸出端連接，濾波去抖動(dòng)和整形模塊401的輸出端與計(jì)數(shù)模塊402連接，計(jì)數(shù)輸入模塊403、計(jì)數(shù)值輸出模塊404分別與計(jì)數(shù)模塊402連接。所述快速測(cè)量處理核201首先將增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104輸出的兩路相位相差90°的脈沖信號(hào)通過(guò)濾波去抖動(dòng)和整形模塊401執(zhí)行實(shí)時(shí)快速濾波去抖動(dòng)和整形處理，輸出計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)和增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)；然后計(jì)數(shù)模塊402對(duì)脈沖信號(hào)根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向極性，進(jìn)行加I或者減I累加計(jì)數(shù)，累加計(jì)數(shù)值為η ;所述快速測(cè)量處理核201采用計(jì)數(shù)輸入模塊403通過(guò)多線程處理核202對(duì)計(jì)數(shù)初值進(jìn)行預(yù)制，并通過(guò)計(jì)數(shù)輸出模塊404將累加計(jì)數(shù)值η輸出到多線程處理核202，然后進(jìn)行計(jì)算和顯示處理。請(qǐng)參考圖4，所述外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元203包括分別與多線程處理核202連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元301、顯示單元302、鍵盤輸入單元303、RS232通訊單元304、非易失性存儲(chǔ)單元305。多線程處理核202將上述計(jì)算出的實(shí)時(shí)深度值Depth送至外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元203的顯示單元302進(jìn)行顯示。電動(dòng)鋼絲繩絞車105與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元301連接，采用自動(dòng)控制方式，其速度通過(guò)上位系統(tǒng)靈活配置。本實(shí)用新型詳細(xì)的電路框圖請(qǐng)參見(jiàn)圖6。本實(shí)用新型具體實(shí)施中，滑輪102直徑D選取為150mm，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104每旋轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)N參數(shù)選取為1000。這兩個(gè)參數(shù)采用鍵盤輸入單元303或者通過(guò)上位系統(tǒng)采用RS232通訊單元304進(jìn)行輸入配置。該參數(shù)配置完成后，通過(guò)多線程處理核202存入非易失性存儲(chǔ)單元305，在下次上電使用時(shí)可無(wú)需再次配置。根據(jù)上述選取的參數(shù)，則井深測(cè)量的分辨率為(π *D)/N，即O. 471mm ;增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104每旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)的深度是471mm，即O. 471m。對(duì)于井深測(cè)量，需要通過(guò)鍵盤輸入單元303或者通過(guò)上位系統(tǒng)采用RS232通訊單元304進(jìn)行井深的初值配置。本實(shí)用新型在實(shí)施中，測(cè)井探頭在一個(gè)井深80m的井口時(shí)，設(shè)置初始深度為0，然后下放到接近井底，顯示測(cè)井深度為79. 523m,然后再次上拉到井口，顯示測(cè)井深度為
O.OOlm0通過(guò)多次反復(fù)下放探頭和上拉探頭進(jìn)行井深測(cè)量，具有一致性。該井深測(cè)量分辨率、測(cè)量精度準(zhǔn)確性滿足井深測(cè)量要求。本實(shí)用新型在實(shí)施中，采用電動(dòng)鋼絲繩絞車105自動(dòng)控制方式，通過(guò)鍵盤輸入單元303或者通過(guò)上位系統(tǒng)采用RS232通訊單元304進(jìn)行測(cè)井探頭下放和上拉速度的配置后，井深測(cè)量將自動(dòng)進(jìn)行，無(wú)需人工干預(yù)，提高了井深測(cè)量效率。本實(shí)用新型光電旋轉(zhuǎn)編碼器采用的是增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104，所以對(duì)于井深測(cè)量最大深度沒(méi)有限制，而在本實(shí)用新型實(shí)施中通過(guò)程序做了限定，限定最深深度為999. 999m，有效顯示最小1mm，即O. OOlm0所述快速測(cè)量處理核201可采用可編程門陣列數(shù)字處理芯片，多線程處理核202可采用ARM7單核處理器芯片。本實(shí)用新型在實(shí)施中，在野外鉆孔現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，井深測(cè)量不受周圍環(huán)境的影響，具有 抗干擾性特點(diǎn)。本實(shí)用新型也可適用于其他場(chǎng)所測(cè)量距離或長(zhǎng)度。以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，其特征在于包括鋼絲繩(101)、滑輪(102)、支架(103)、增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(104)、電動(dòng)鋼絲繩絞車(105)及深度測(cè)量控制中心(106)，鋼絲繩(101)的一端連接測(cè)井探頭，另一端從上方包經(jīng)滑輪(102)的局部輪面后與電動(dòng)鋼絲繩絞車(105)連接，所述滑輪(102)通過(guò)滑動(dòng)軸承設(shè)置在支架(103)上，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(104)與所述滑輪(102)傳動(dòng)連接，滑輪(102)每旋轉(zhuǎn)一周，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(104)軸承旋轉(zhuǎn)輸出相位差90°的兩路脈沖A相和B相脈沖信號(hào)，深度測(cè)量控制中心(106)包括實(shí)時(shí)接收上述兩路脈沖信號(hào)并進(jìn)行相關(guān)處理的實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核(201)、多線程處理核(202)和外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元 (203)。
2.如權(quán)利要求I所述的高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，其特征在于所述快速測(cè)量處理核(201)包括濾波去抖動(dòng)和整形模塊(401)、計(jì)數(shù)模塊(401)、計(jì)數(shù)輸入模塊(403)、計(jì)數(shù)值輸出模塊(404)，所述濾波去抖動(dòng)和整形模塊(401)用于執(zhí)行實(shí)時(shí)快速濾波去抖動(dòng)和整形處理，輸出計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)和增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(104)旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)，計(jì)數(shù)模塊(402)對(duì)脈沖信號(hào)根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向極性，進(jìn)行加I或者減I累加計(jì)數(shù)，脈沖累加計(jì)數(shù)值為η ;所述快速測(cè)量處理核(201)采用計(jì)數(shù)輸入模塊(403)通過(guò)多線程處理核(202)對(duì)計(jì)數(shù)初值進(jìn)行預(yù)制，并通過(guò)計(jì)數(shù)輸出模塊(404)將脈沖累加計(jì)數(shù)值η輸出到多線程處理核(202)，然后進(jìn)行計(jì)算和顯示處理。
3.如權(quán)利要求I所述的高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，其特征在于所述外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元(203)包括分別與多線程處理核(202)連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(301)、顯示單元(302)、鍵盤輸入單元(303)、RS232通訊單元(304)、非易失性存儲(chǔ)單元(305)。
4.如權(quán)利要求I所述的高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，其特征在于所述快速測(cè)量處理核(201)采用可編程門陣列數(shù)字處理芯片。
5.如權(quán)利要求I所述的高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，其特征在于多線程處理核(202)采用ARM7單核處理器芯片。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種高精度智能雙核井深測(cè)量裝置，包括鋼絲繩、滑輪、支架、增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器、電動(dòng)鋼絲繩絞車及深度測(cè)量控制中心，鋼絲繩的一端連接測(cè)井探頭，另一端從上方包經(jīng)滑輪的局部輪面后與電動(dòng)鋼絲繩絞車連接，所述滑輪通過(guò)滑動(dòng)軸承設(shè)置在支架上，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器與所述滑輪傳動(dòng)連接，滑輪每旋轉(zhuǎn)一周，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器軸承旋轉(zhuǎn)輸出相位差90°的兩路脈沖A相和B相脈沖信號(hào)，深度測(cè)量控制中心包括實(shí)時(shí)接收上述兩路脈沖信號(hào)并進(jìn)行相關(guān)處理的實(shí)時(shí)快速測(cè)量處理核、多線程處理核和外圍輸入輸出和驅(qū)動(dòng)單元。本實(shí)用新型用于測(cè)量井深、孔深等，具有實(shí)時(shí)性好，精度高，效率高、智能等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B47/04GK202707039SQ20122035327
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者蔡耀軍, 魏巖峻, 董亮, 孫云志, 王小波, 胡宗云, 崔淑芬, 魏一帆, 盧臨風(fēng) 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司, 水利部長(zhǎng)江勘測(cè)技術(shù)研究所