專(zhuān)利名稱(chēng)：用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陀螺測(cè)斜儀技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于陀螺測(cè)斜儀的多通道高精度采集控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
陀螺測(cè)斜儀采用了先進(jìn)的小體積的撓性速率陀螺儀和撓性石英加速度計(jì)構(gòu)成捷聯(lián)式數(shù)學(xué)平臺(tái)，在不需要地面參照物的情況下，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量，可測(cè)油井井斜角、方位角、工具面角、溫度等參數(shù)，與目前常用的磁通門(mén)測(cè)斜儀相比，有很大的改進(jìn):不受磁性影響、測(cè)量精度更高、測(cè)速更快、外徑更小、自我故障診斷等。在有磁性干擾環(huán)境下的套管井，配合生產(chǎn)井其他測(cè)井方法，指示測(cè)量?jī)x器的方位，確定諸如磨損、水泥膠結(jié)等情況的方位。在各向異性地層中進(jìn)行射孔作業(yè)時(shí)，采用陀螺儀定向，避免了盲目射孔，增加射孔出油效率，提高了經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)有的測(cè)井陀螺測(cè)斜儀采集控制電路都采用多個(gè)多路AD采集芯片，無(wú)法進(jìn)行工作模式的切換，電路板體積大，成本高，效率低，耗時(shí)長(zhǎng)，采樣精度低，通常都高于3mv，最終達(dá)不到系統(tǒng)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)了小體積采樣，成本低。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)，包括模擬信號(hào)采集模塊、RC濾波器、多路選擇器、AD轉(zhuǎn)換模塊、DSP主控模塊和上位機(jī)。模擬信號(hào)采集模塊用于與陀螺測(cè)斜儀的各路檢測(cè)信號(hào)輸出端連接，分別采集陀螺測(cè)斜儀輸出的各路檢測(cè)信號(hào)，并分別將所述各路檢測(cè)信號(hào)傳送至RC濾波器。RC濾波器用于對(duì)各路檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行低通濾波預(yù)處理，并將預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)傳送給多路選擇器。多路選擇器用于接收DSP主控模塊的選通控制指令，根據(jù)該選通控制指令對(duì)預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行選通，再將選通信號(hào)傳送給AD轉(zhuǎn)換模塊。AD轉(zhuǎn)換模塊接收DSP主控模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制指令，將選通信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)發(fā)送給DSP主控模塊。DSP主控模塊接收上位機(jī)的指令，向多路選擇器傳送選通控制指令；向AD轉(zhuǎn)換模塊傳送模數(shù)轉(zhuǎn)換指令；接收AD轉(zhuǎn)換模塊傳送的數(shù)字信號(hào)，對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，將處理結(jié)果反饋給上位機(jī)。進(jìn)一步，所述DSP主控模塊具有模式切換控制接口，該模式切換控制接口用于連接陀螺儀的點(diǎn)測(cè)/連測(cè)控制端，向陀螺測(cè)斜儀傳送點(diǎn)測(cè)/連測(cè)模式切換信號(hào)。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明采用Re濾波器對(duì)模擬信號(hào)采集模塊輸出的各路檢測(cè)信號(hào)中的高頻噪聲信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，采用多路選擇器控制每次采樣的預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)通道，采用高精度AD轉(zhuǎn)換模塊將各路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，完成小體積高精度高速共11路模擬電壓信號(hào)采樣，其采樣精度高于0.3mv。2、本發(fā)明采用16多路選擇器，減少了 AD芯片數(shù)量，其成本得到了降低。3、本發(fā)明還包括模式切換控制接口，用于與陀螺測(cè)斜儀的點(diǎn)測(cè)/連測(cè)控制端連接，向陀螺測(cè)斜儀傳送來(lái)自DSP主控模塊的點(diǎn)測(cè)/連測(cè)模式切換信號(hào)，控制陀螺測(cè)斜儀的工作模式切換，可以使得陀螺測(cè)斜連測(cè)模式下最大可測(cè)角速率達(dá)到60° /S。


圖1為本發(fā)明原理方框 圖2為本發(fā)明信號(hào)采樣流程 圖3為工作模式切換流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。參見(jiàn)圖1:用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)包括模擬信號(hào)采集模塊、RC濾波器、多路選擇器、AD轉(zhuǎn)換模塊、DSP主控模塊和上位機(jī)。模擬信號(hào)采集模塊用于與陀螺測(cè)斜儀的各路檢測(cè)信號(hào)輸出端連接，分別采集陀螺測(cè)斜儀輸出的各路檢測(cè)信號(hào)，并分別將所述各路檢測(cè)信號(hào)傳送至RC濾波器。RC濾波器采用RC低通濾波器，用于對(duì)各路檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行低通濾波預(yù)處理，并將預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)傳送給多路選擇器。RC低通濾波器只允許低頻信號(hào)通過(guò)，并對(duì)各路檢測(cè)信號(hào)中的高頻噪聲信號(hào)進(jìn)行衰減。多路選擇器采用16路多路選擇器，用于接收DSP主控模塊的選通控制指令，根據(jù)該選通控制指令對(duì)預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行選通，再將選通信號(hào)傳送給AD轉(zhuǎn)換模塊。AD轉(zhuǎn)換模塊接收DSP主控模塊的模數(shù)控制指令，將選通信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)傳送給DSP主控模塊。DSP主控模塊接受上位機(jī)的指令；向多路選擇器傳送選通控制指令；向AD轉(zhuǎn)換模塊傳送模數(shù)轉(zhuǎn)換控制指令；接收AD轉(zhuǎn)換模塊傳送的數(shù)字信號(hào)，對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和解算，解算陀螺儀位置姿態(tài)包括井斜角、方位角等，將解算結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)。在DSP主控模塊上具有模式切換控制接口，該模式切換控制接口即DSP主控模塊的GPIO 口，其用于與陀螺測(cè)斜儀的點(diǎn)測(cè)/連測(cè)控制端連接，向陀螺測(cè)斜儀傳送來(lái)自DSP主控模塊的點(diǎn)測(cè)/連測(cè)模式切換信號(hào)，控制陀螺測(cè)斜儀點(diǎn)測(cè)工作模式和連測(cè)工作模式的切換。本實(shí)施例中，模擬信號(hào)采集模塊與陀螺測(cè)斜儀的各路檢測(cè)信號(hào)輸出端連接，其用于分別采集陀螺測(cè)斜儀的11路原始檢測(cè)信號(hào)，11路原始檢測(cè)信號(hào)分別為:1)加表X軸；2)加表Y軸；3)加表Z軸；4)捷聯(lián)陀螺X軸；5)捷聯(lián)陀螺Y軸；6)捷聯(lián)陀螺Z軸；7)尋北陀螺X軸；8)尋北陀螺Z軸；9)TZ電機(jī)堵轉(zhuǎn)；10)WK大陀螺溫度；11)WK1小陀螺溫度。16路多路選擇器采用Analog Devices公司提供的ADG506芯片。ADG506芯片是具有CC2M0S8—/16_通道的高特性模擬傳輸器，其具有16個(gè)模擬量輸入端，四個(gè)數(shù)據(jù)選擇端，一個(gè)模擬量輸出端，以及其他的控制輸入端。16路多路選擇器可以將16路模擬信號(hào)選擇其一經(jīng)過(guò)由輸出端進(jìn)行輸出，在本實(shí)施例中，16路多路選擇器的選通由DSP主控模塊控制，對(duì)11路預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行選通，每次只允許中的一路信號(hào)由輸出端輸出，傳送給AD轉(zhuǎn)換模塊。AD轉(zhuǎn)換模塊中的AD芯片采用CIRRUS公司的CS5101A，2通道采樣、SPI接口、轉(zhuǎn)換時(shí)間8us、線(xiàn)性誤差±0.001% FS、具有上電自校正功能、低功耗320mW，16位無(wú)誤碼輸出。AD采樣模塊接收DSP主控模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制指令，對(duì)輸入的選通信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后，通過(guò)串行通信把數(shù)字信號(hào)發(fā)送給DSP主控模塊的EEEPR0M存儲(chǔ)。DSP主控模塊采用TMS320F28335型數(shù)字信號(hào)處理器芯片，其采用高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)；高性能的32位CPU (單精度的浮點(diǎn)單元，具有哈佛總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，支持16
X 16的雙向介質(zhì)訪問(wèn)層操作(MAC)，能進(jìn)行快速中斷響應(yīng)和處理以及具有統(tǒng)一的內(nèi)存規(guī)劃
模型)；對(duì)ADC、McBSP, ePWM、XINTF和SARAM實(shí)行6通道DMA控制；具有12位的外部接口
(此接口的地址范圍超過(guò)2MX 16位);芯片上內(nèi)存為256KX 16的Flash存儲(chǔ)器，34KX 16的
SARAM存儲(chǔ)器以及IKX 16的一次性可編程ROM ;具有8KX 16的使用軟件方式(通過(guò)SCI，
SPI, CAN, 12C, McBSP, XINTF和并行I/O接口)引導(dǎo)ROM ;支持動(dòng)態(tài)PLL比率變換的時(shí)鐘和系統(tǒng)控制(具有片上振蕩器以及看門(mén)狗定時(shí)模塊)。DSP主控模塊的兩路串口 SCIB，SCIC分別做RS232電平變換，I路連接至遙測(cè)板作為數(shù)據(jù)上傳，I路與上位機(jī)相連，用來(lái)調(diào)試和參數(shù)配置。DSP主控模塊的SPI通信接口作為擴(kuò)展EEPR0M，用于AD轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，通過(guò)片選信號(hào)來(lái)控制選通。EEPROM容量為256Kbit，可以隨時(shí)讀寫(xiě)，掉電數(shù)據(jù)不丟失，用來(lái)存儲(chǔ)校正參數(shù)(可存8000個(gè)32Bit浮點(diǎn)數(shù))。DSP主控模塊的3個(gè)GPIO 口通過(guò)緩沖送出至總線(xiàn)。其信號(hào)電壓為3.3V，用于控制信號(hào)的發(fā)送。其中用于輸出控制信號(hào):1) DX (3.3V):控電機(jī)轉(zhuǎn)向；2) TZ (3.3V):電機(jī)停轉(zhuǎn)信號(hào)；3) ZH (3.3V):控尋北捷聯(lián)切換。信號(hào)采樣流程圖參見(jiàn)圖2:在AD初始化后，DSP主控模塊控制16路多路選擇器，設(shè)置當(dāng)前采集通道號(hào)，每次只允許I路預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)輸出，輸出的預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)由AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)通過(guò)串行通信發(fā)送到DSP主控模塊的EEEPR0M存儲(chǔ)，DSP主控模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，判斷是否完成11路預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，如果沒(méi)有完成，DSP主控模塊控制16路多路選擇器設(shè)置當(dāng)前采集的通道號(hào)，對(duì)剩余的預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行選通和模數(shù)轉(zhuǎn)換，直至完成了 11路預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，當(dāng)DSP主控模塊檢查到已完成11路預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，則對(duì)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和解算，解算陀螺儀位置姿態(tài)包括井斜角、方位角等，將解算結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)。工作模式切換流程圖參見(jiàn)圖3 =DSP主控模塊獲取上位機(jī)點(diǎn)測(cè)工作模式或連測(cè)工作模式指令，通過(guò)模式切換控制接口向陀螺儀傳送模式切換控制指令。如果是點(diǎn)測(cè)工作模式，則將模式切換到GPIO 口高電平，開(kāi)始點(diǎn)測(cè)解算，并將解算結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)。如果獲取的是連測(cè)工作模式指令，則將模式切換到GPIO 口為低電平，進(jìn)行連測(cè)解算，并將解算結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)。最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，盡管申請(qǐng)人參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)，其特征在于，包括模擬信號(hào)采集模塊、RC濾波器、多路選擇器、AD轉(zhuǎn)換模塊、DSP主控模塊和上位機(jī)； 模擬信號(hào)采集模塊用于與陀螺測(cè)斜儀的各路檢測(cè)信號(hào)輸出端連接，分別采集陀螺測(cè)斜儀輸出的各路檢測(cè)信號(hào)，并分別將所述各路檢測(cè)信號(hào)傳送至RC濾波器； RC濾波器用于對(duì)各路檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行低通濾波預(yù)處理，并將預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)傳送給多路選擇器； 多路選擇器用于接收DSP主控模塊的選通控制指令，根據(jù)該選通控制指令對(duì)預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行選通，再將選通信號(hào)傳送給AD轉(zhuǎn)換模塊； AD轉(zhuǎn)換模塊接收DSP主控模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制指令，將選通信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)發(fā)送給DSP主控模塊； DSP主控模塊接收上位機(jī)的指令，向多路選擇器傳送選通控制指令；向AD轉(zhuǎn)換模塊傳送模數(shù)轉(zhuǎn)換指令；接收AD轉(zhuǎn)換模塊傳送的數(shù)字信號(hào)，對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，將處理結(jié)果反饋給上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)，其特征在于，所述RC濾波器為RC低通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多路選擇器為16路多路選擇器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP主控模塊具有模式切換控制接口，該模式切換控制接口用于連接陀螺儀的點(diǎn)測(cè)/連測(cè)控制端，向陀螺測(cè)斜儀傳送點(diǎn)測(cè)/連測(cè)模式切換信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)，其特征在于，所述AD轉(zhuǎn)換模塊中的AD芯片采用CIRRUS公司的CS5101A。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP主控模塊采用TMS320F28335型數(shù)字信號(hào)處理器芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于陀螺測(cè)斜儀的多通道采集控制系統(tǒng)，包括模擬信號(hào)采集模塊、RC濾波器、多路選擇器、AD轉(zhuǎn)換模塊、DSP主控模塊和上位機(jī)；DSP主控模塊接收上位機(jī)的指令，向多路選擇器傳送選通控制指令；向AD轉(zhuǎn)換模塊傳送模數(shù)轉(zhuǎn)換指令；接收AD轉(zhuǎn)換模塊傳送的數(shù)字信號(hào)，對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，將處理結(jié)果反饋給上位機(jī)；采用RC濾波器對(duì)模擬信號(hào)采集模塊輸出的各路檢測(cè)信號(hào)中的高頻噪聲信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，采用多路選擇器控制每次采樣的預(yù)處理檢測(cè)信號(hào)通道，采用高精度AD轉(zhuǎn)換模塊將各路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，完成小體積高精度高速共11路模擬電壓信號(hào)采樣，其采樣精度高于0.3mv。
文檔編號(hào)E21B47/02GK103195409SQ20131010734
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者謝箭, 王福亮, 呂豐寶, 李紅良 申請(qǐng)人:重慶華渝電氣儀表總廠