本發(fā)明涉及一種供電模塊，尤其涉及一種隨鉆中子孔隙度測井儀直流不間斷供電模塊。

背景技術：

近年來，隨著測井技術的不斷發(fā)展，具有明顯優(yōu)勢的隨鉆測井儀器逐漸成為行業(yè)中關注的焦點。孔隙度測量儀器隨鉆測井儀器中的關鍵組成部分。在原有的中子孔隙度測井儀器的理論基礎上，開發(fā)隨鉆中子孔隙度測井儀器時，要有針對性的遵照隨鉆儀器的特性需求對儀器各部分進行開發(fā)設計。隨鉆中子孔隙度測井儀器有許多不同于電纜測井的特性。首先，儀器要在井下持續(xù)工作150～350 小時，且由于井下環(huán)境的特殊，儀器要有較強的抗震抗沖擊性和耐溫性。其次，沒有電纜可以為儀器供電，也無法通過電纜將數(shù)據(jù)實時上傳，需要在井下對數(shù)據(jù)進行存儲，所以要保證井下存儲部分始終不會斷電； 另一方面鑒于脈沖中子發(fā)生器的工作原理， 中子發(fā)生器的燈絲部分要始終保持激活狀態(tài)，井下控制部分也要始終處于工作狀態(tài)。根據(jù)隨鉆中子孔隙度儀器的以上種種特性， 有針對性的設計出儀器可以使用的多路輸出的不間斷供電模塊。

隨鉆中子孔隙度儀器的井下儀器部分由中子發(fā)生器、探測器、控制存儲及超聲測距四個部分構成。根據(jù)各部分不同的需求，供電模塊需要為各部分提供不同的供電電壓。其中中子發(fā)生器和超聲測距部分需要30V 的直流電壓，探測器部分需要±12V的直流電壓，控制存儲和超聲測距部分由于用到DSP 和FPGA等芯片，需要3．3V 及5V 的直流電壓。其中3．3V 和5V 的電壓輸出要保證不會因為泥漿發(fā)電機的停止工作而間斷。在泥漿發(fā)電機正常工作時，泥漿發(fā)電機作為供電模塊的輸入，當泥漿發(fā)電機停止工作時，瞬間切換為由電池組作為輸入。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了使隨鉆中子孔隙度測井儀在井下連續(xù)工作150～350小時時防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問題，設計了一種隨鉆中子孔隙度測井儀直流不間斷供電模塊。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

隨鉆中子孔隙度測井儀直流不間斷供電模塊由兩路輸入、3路隔離濾波、不間斷切換及三個變壓模塊構成。其中隔離濾波部分和不間斷電源切換部分為模塊的核心部分，保證模塊在穩(wěn)定不間斷的輸出儀器所需電壓的同時又不會對其他設備產(chǎn)生干擾。

所述的不間斷切換電路選擇使用泥漿發(fā)電機和鋰電池結合的方式來實現(xiàn)供電，選取二極管自動切換式不間斷電源電路，采用鋰電池組作備用電源，鋰電池的最大工作電流（即電池放電電流）為2A，額定功率25Ahr。

所述的隔離濾波部分采用EMI濾波來完成隔離與濾波，其作用是允許設備正常工作時的頻率信號進入設備，而對高頻的干擾信號有較大的阻礙作用。

本發(fā)明的有益效果是：

經(jīng)過優(yōu)化的二極管不間斷供電電源模塊的設計，可以較好地應用于隨鉆中子孔隙度測井儀器， 其電氣性能以及其所適用的環(huán)境因素均能適應隨鉆中子儀器井下長時間不間斷工作的需求。同時，該模塊可以根據(jù)不同的應用需求進行相應的修改，更廣泛地應用于其他隨鉆儀器中。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是隨鉆中子孔隙度測井儀直流不間斷供電模塊結構框圖。

圖2是二極管自動切換式電源電路。

圖3是切換電路優(yōu)化。

圖4是隔離濾波部分。

具體實施方式

如圖1所示，隨鉆中子孔隙度測井儀直流不間斷供電模塊由兩路輸入、3路隔離濾波、不間斷切換及三個變壓模塊構成。其中隔離濾波部分和不間斷電源切換部分為模塊的核心部分，保證模塊在穩(wěn)定不間斷的輸出儀器所需電壓的同時又不會對其他設備產(chǎn)生干擾?？紤]使用鋰電池來進行供電，但隨鉆中子儀器的功率較大，井下溫度又較高，單獨使用鋰電池來供電會使得鋰電池性能和壽命都大幅度降低，甚至無法工作，另外，頻繁的更換鋰電池也會降低鉆井效率。為此選擇使用泥漿發(fā)電機和鋰電池結合的方式來實現(xiàn)供電。為了完成兩種供電方式的切換，選取二極管自動切換式不間斷電源電路。此設計方案的優(yōu)勢在于，所選用的器件二極管耐高溫性能好，體積小，成本低，電路實現(xiàn)方式簡潔且各項指標完全符合隨鉆儀器在井下特殊環(huán)境中工作的需求。

如圖2所示，二極管自動切換式電源電路原理為：D1和D2為兩只1N4007型硅整流管，其最大工作電流為1A，正向導通壓降約06V，反向耐壓值為50V，采用泥漿發(fā)電機供電時D1導通，D2截止，由6節(jié)393V鋰電池串聯(lián)而成的2358V 備用電池組不工作。發(fā)電機輸出電壓V1＝30V，經(jīng)過D1降為294V，向儀器供電。一旦泥漿發(fā)電機停止工作，V1急劇下降，使D1截止，D2迅速導通，此時改由備用電池組向系統(tǒng)供電。當發(fā)電機再次恢復正常時，D1迅速導通，D2自動截止，備用電源即不起作用。因此，D1和D2可起到在瞬間自動切換直流電源的作用。

如圖3所示，切換時間約為9567μs，此切換時間完全符合儀器供電的需求，對儀器的正常工作不會產(chǎn)生影響。為了使輸出跳變更加的平緩，選擇在切換電路輸出端并聯(lián)一電容。

如圖4所示，通常情況下電源線是干擾傳入設備和傳出設備的主要途徑，通過電源線，供電設備的干擾可以傳入設備，干擾設備的正常工作， 同樣設備產(chǎn)生的干擾也可能通過電源線傳到供電設備上，干擾其他設備的正常工作。另一方面按照儀器的設計方案，供電部分要有多路的輸出， 在各路輸出之間也會產(chǎn)生相互的干擾。因此供電模塊中要在發(fā)電機與各路輸出之間增加隔離和濾波部分的設計。我們選擇采用EMI 濾波來完成隔離與濾波。EMI濾波電路通常由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成， 其作用是允許設備正常工作時的頻率信號進入設備， 而對高頻的干擾信號有較大的阻礙作用。該濾波電路不同于RC等其他濾波電路的優(yōu)勢在于在負載電流較大或較小時均有良好的濾波作用。是直流電源中常用的濾波裝置。電感之所以能夠對脈動產(chǎn)生濾波的作用是由于電感的直流電阻很小，交流阻抗很大，因此直流分量經(jīng)過電感后基本沒有損失，但是對于交流分量，在感抗jωL和負載RL上分壓以后，很大一部分交流分量降落在電感上， 因而降低了輸出電壓中的脈動部分。L愈大，RL愈小，則濾波效果愈好，所以電感濾波適用于負載電流比較大的場合。采用電感濾波電流的波形比較平滑，可以避免過大的沖擊電流。同時可以減小負載電流的突變對發(fā)電機及其他支路的影響，起到很好的隔離效果。電容通交流隔直流的特性與電感同時作用更好的濾掉紋波。濾波電容的估算遵照公式：RLC≥（3～5）*T/2濾波電感的估算遵照公式：f＝2*π*sqrt（1/LC）其中T 為電網(wǎng)交流電壓的周期。我們目前的交流電網(wǎng)通常頻率f為50Hz。