專利名稱：一種實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法及其供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖形式的雙極性供電方法及其供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著油田的開發(fā)逐漸進入到中后期，剩余油監(jiān)測是各油田進行高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要手段。在石油測井這類特殊行業(yè)中，由于測井情況復(fù)雜，有的井下儀器不光需要正向供電，對于有些電磁泵系統(tǒng)還需要負脈沖形式的供電方式。目前，能夠透過鋼質(zhì)套管去測量油井周圍地層電阻率的過套管電阻率測井儀是進行剩余油監(jiān)測的主要儀器，過套管電阻率測井儀由于需要特殊的機構(gòu)將電極系扎入到套管壁上進行測量，所以電極和套管的接觸情況將直接影響測量結(jié)果，目前過套管電阻率測井儀大都采用液壓推靠方式，動力裝置來自于電磁鐵，電磁鐵的驅(qū)動需要提供負脈沖電壓，而井下儀器供電需要正電壓；現(xiàn)有供電系統(tǒng)無法簡單有效、穩(wěn)定地實現(xiàn)正負脈沖電壓供電?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有供電系統(tǒng)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，并采用簡明的供電系統(tǒng)(電路)，穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)兩種極性電壓的供電輸出。本發(fā)明的基本技術(shù)方案如下一種實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，包括以下環(huán)節(jié)地面提供正、負兩路電源，共同輸入由功率場效應(yīng)管構(gòu)建的半H橋電路；控制器輸出控制信號，該控制信號采用占空比和頻率可調(diào)的脈沖波形；經(jīng)邏輯門電路將控制信號傳送至用以驅(qū)動所述功率場效應(yīng)管的驅(qū)動單元；驅(qū)動單元驅(qū)動半H橋電路中的功率場效應(yīng)管，將所述兩路電源變換為所需的正、負兩路脈沖電壓送至相應(yīng)的井下負載?；谏鲜龌炯夹g(shù)方案，本發(fā)明還可以作如下優(yōu)化上述正、負兩路電源采用直流電源；或者上述正、負兩路電源采用交流電源，電源輸入至半H橋電路之前先經(jīng)過整流處理。取輸出的所述正、負兩路脈沖電壓作為兩路反饋信號送至所述控制器，構(gòu)成反饋調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。在功率場效應(yīng)管的后級加有濾波和吸收電路，從而消除來自井下負載的尖峰脈沖。地面的上位機通過軟件對上述控制器輸出的脈沖波形的占空比和頻率進行調(diào)節(jié)。兩路反饋信號送至所述控制器，還進行采樣轉(zhuǎn)換，實時發(fā)送至地面的上位機監(jiān)控軟件，使不同極性下消耗的電壓和電流在上位機監(jiān)控軟件中顯示。上述控制器優(yōu)選采用單片機。根據(jù)以上實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，本發(fā)明還設(shè)計了一種雙極性供電系統(tǒng)。該供電系統(tǒng)包括變換部分和控制部分，其中，變換部分包括由地面提供的正、負兩路電源和由功率場效應(yīng)管構(gòu)建的半H橋電路，正、負兩路電源的兩個極性輸出端對應(yīng)接入半H橋電路；控制部分包括依次連接的控制器、邏輯門電路和驅(qū)動單元，驅(qū)動單元的輸出端連接至半H橋電路中的功率場效應(yīng)管，半H橋電路的正脈沖電壓輸出端、負脈沖電壓輸出端分別接至相應(yīng)的井下負載；所述正、負兩路電源采用直流電源；或者所述正、負兩路電源采用交流電源，則電源輸出端均經(jīng)過整流電路對應(yīng)接入半H橋電路?；谏鲜龉╇娤到y(tǒng)的基本技術(shù)方案，還可以作如下優(yōu)化自所述正脈沖電壓輸出端、負脈沖電壓輸出端分別引出反饋信號，接入控制器的反饋輸入端，構(gòu)成反饋調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。在功率場效應(yīng)管的后級加有濾波和吸收電路，從而消除來自井下負載的尖峰脈沖。
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在地面還設(shè)置有上位機，上位機的指令輸出端連接至控制器的輸入端，用以對控制器輸出的脈沖波形的占空比和頻率進行調(diào)節(jié)；控制器中設(shè)置有采樣轉(zhuǎn)換模塊，用以將反饋輸入端接收的兩路反饋信號采樣轉(zhuǎn)換后發(fā)送至地面的上位機。本發(fā)明具有以下優(yōu)點I.依照本發(fā)明的方法可搭建結(jié)構(gòu)簡明的供電系統(tǒng)，能夠簡單有效、穩(wěn)定地實現(xiàn)正負脈沖電壓供電。2.相比一般井下的直流供電方式，這種由地面提供脈沖形式的供電方法故障率低，即使出問題在地面就可方便解決，而且不會對井下儀器造成損壞。3.輸出正負脈沖電壓大小可根據(jù)實際需要進行任意調(diào)節(jié)。4.脈沖占空比和頻率可在上位機軟件中任意設(shè)定。


圖I為本發(fā)明的原理圖。其中I和2——地面提供的正、負兩路電源；3——整流器；4——功率場效應(yīng)管；5——驅(qū)動單元；6—邏輯門電路；7—微控制器；8和9—放大器電路；10—濾波和吸收電路。
具體實施例方式井下負載一部分為電磁鐵，需要提供負脈沖驅(qū)動，另一部分為井下儀器，需要正脈沖供電，本發(fā)明提供正、負兩路脈沖電源滿足井下需求，所以本發(fā)明從整體上分為變換、控制、采集、處理四個個方面?；诒景l(fā)明的實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，設(shè)計的一例電路結(jié)構(gòu)，如圖I所示，變換部分包括由地面提供的兩路正、負電源I和2、整流器3、功率場效應(yīng)管4 ;控制部分包括微控制器7、邏輯門電路6和驅(qū)動單元5 ;采集部分包括放大器電路8和9 ;處理部分包括后級的濾波和吸收電路10。地面提供的電源I和2可以是變壓器直接輸出的兩路交流電壓，也可以是兩路直流電源，這時就不需要整流器。微控制器7可以是單片機，也可以是其它控制器。微控制器主要提供所需的占空比和頻率可任意調(diào)節(jié)的脈沖波形，為了更直觀的看到正負電壓以及井下負載所耗電流的大小，還對采樣電壓和電流進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后將結(jié)果發(fā)送到地面監(jiān)控軟件中顯示。由于供電是脈沖形式的，會在回路中產(chǎn)生一定干擾，有可能使微控制器輸出的波形發(fā)生紊亂，故在后級加入邏輯門電路，起到鎖死輸出的作用；然后通過驅(qū)動單元驅(qū)動功率場效應(yīng)管工作，將地面提供的供電電源變換為所需的脈沖電壓。邏輯門電路6主要是為了防止脈沖變換電路對微控制器產(chǎn)生干擾，它將容易引起電路故障的控制端鎖定在安全的邏輯工作狀態(tài)。驅(qū)動單元5為功率場效應(yīng)管提供大的驅(qū)動電流，可以采用專用集成電路或者分立元件搭建，同時為了避免開關(guān)管由于頻繁工作對控制電路產(chǎn)生噪聲和擾動，驅(qū)動單元和控制電路最好相互隔離。采用功率場效應(yīng)管4構(gòu)成半H橋電路，實現(xiàn)將供電電壓轉(zhuǎn)換為兩路有極性的電源輸出。由于供電負載在井下，為了實時監(jiān)控井下儀器的工作狀態(tài)，在電路中加入了由放大器8和9構(gòu)成的反饋調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)?！び捎趯嶋H的測井環(huán)境十分復(fù)雜，電磁鐵在井下工作受溫度、壓力等各種外界因素的影響，而且它本身還是脈沖形式工作的，會在電路回路中產(chǎn)生較高的尖峰脈沖，對井下儀器會有不利影響，所以最好在后級加上濾波和吸收電路10。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，包括以下環(huán)節(jié) 地面提供正、負兩路電源，共同輸入由功率場效應(yīng)管構(gòu)建的半H橋電路； 控制器輸出控制信號，該控制信號采用占空比和頻率可調(diào)的脈沖波形；經(jīng)邏輯門電路將控制信號傳送至用以驅(qū)動所述功率場效應(yīng)管的驅(qū)動單元； 驅(qū)動單元驅(qū)動半H橋電路中的功率場效應(yīng)管，將所述兩路電源變換為所需的正、負兩路脈沖電壓送至相應(yīng)的井下負載。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，其特征在于所述正、負兩路電源采用直流電源；或者所述正、負兩路電源采用交流電源，電源輸入至半H橋電路之前先經(jīng)過整流處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，其特征在于取輸出的所述正、負兩路脈沖電壓作為兩路反饋信號送至所述控制器，構(gòu)成反饋調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，其特征在于在功率場效應(yīng)管的后級加有濾波和吸收電路，從而消除來自井下負載的尖峰脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，其特征在于地面的上位機通過軟件對所述控制器輸出的脈沖波形的占空比和頻率進行調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，其特征在于兩路反饋信號送至所述控制器，還進行采樣轉(zhuǎn)換，實時發(fā)送至地面的上位機監(jiān)控軟件，使不同極性下消耗的電壓和電流在上位機監(jiān)控軟件中顯示。
7.基于權(quán)利要求I所述方法的一種供電系統(tǒng)，包括變換部分和控制部分，其中，變換部分包括由地面提供的正、負兩路電源和由功率場效應(yīng)管構(gòu)建的半H橋電路，正、負兩路電源的兩個極性輸出端對應(yīng)接入半H橋電路；控制部分包括依次連接的控制器、邏輯門電路和驅(qū)動單元，驅(qū)動單元的輸出端連接至半H橋電路中的功率場效應(yīng)管，半H橋電路的正脈沖電壓輸出端、負脈沖電壓輸出端分別接至相應(yīng)的井下負載； 所述正、負兩路電源采用直流電源；或者所述正、負兩路電源采用交流電源，則電源輸出端均經(jīng)過整流電路對應(yīng)接入半H橋電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的供電系統(tǒng)，其特征在于自所述正脈沖電壓輸出端、負脈沖電壓輸出端分別引出反饋信號，接入控制器的反饋輸入端，構(gòu)成反饋調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的供電系統(tǒng)，其特征在于在功率場效應(yīng)管的后級加有濾波和吸收電路，從而消除來自井下負載的尖峰脈沖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的供電系統(tǒng)，其特征在于在地面還設(shè)置有上位機，上位機的指令輸出端連接至控制器的輸入端，用以對控制器輸出的脈沖波形的占空比和頻率進行調(diào)節(jié)；控制器中設(shè)置有采樣轉(zhuǎn)換模塊，用以將反饋輸入端接收的兩路反饋信號采樣轉(zhuǎn)換后發(fā)送至地面的上位機。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法及其供電系統(tǒng)。該實現(xiàn)測井儀器雙極性供電的方法，包括以下環(huán)節(jié)地面提供正、負兩路電源，共同輸入由功率場效應(yīng)管構(gòu)建的半H橋電路；控制器輸出控制信號，該控制信號采用占空比和頻率可調(diào)的脈沖波形；經(jīng)邏輯門電路將控制信號傳送至用以驅(qū)動所述功率場效應(yīng)管的驅(qū)動單元；驅(qū)動單元驅(qū)動半H橋電路中的功率場效應(yīng)管，將所述兩路電源變換為所需的正、負兩路脈沖電壓送至相應(yīng)的井下負載。本發(fā)明能夠簡單有效、穩(wěn)定地實現(xiàn)正負脈沖電壓供電，滿足實際井下設(shè)備的綜合需求。
文檔編號H02M9/00GK102790545SQ20121027140
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者張保興, 王宗銳, 薛永華, 袁方, 馬輝 申請人:西安思坦儀器股份有限公司