專利名稱：井下工程參數(shù)測試的小信號放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放大器，具體地說，是涉及一種用于測試井下工程參數(shù)的小信號 放大器。
背景技術(shù)：
井下工程參數(shù)包括壓力、溫度、鉆壓、扭矩、加速度、彎曲應力等多種參數(shù)，都來自 于鉆井現(xiàn)場的各種傳感器。在井下幾千米處，環(huán)境十分惡劣，溫度高達20(TC、壓強高達幾十 MPa，鉆頭在工作過程中產(chǎn)生極強的振動，以及鉆井液的腐蝕性等將對井下儀器產(chǎn)生重大的 影響，由此傳感器輸出的信號會夾雜著井下環(huán)境產(chǎn)生的各種噪聲。而在鉆井現(xiàn)場，井架等重 型設(shè)備的屏蔽干擾和鉆井液泵、發(fā)電機等大型電磁設(shè)備也具有強烈干擾。另外，井下工程參 數(shù)的信號幅度十分微小，一般為μ V數(shù)量級，很容易被淹沒于噪聲之中，難于被檢測。因此，井下工程參數(shù)測試的小信號放大器必須具備耐高溫、高壓、腐蝕，抗沖擊、振 動，高穩(wěn)定度，強噪聲抑制能力等性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種井下工程參數(shù)測試的小信號放大器，用于在進行參數(shù) 測試的過程中過濾掉井下環(huán)境中的各種噪聲干擾，以便于后續(xù)測試電路能夠?qū)π盘栱樌?進行參數(shù)測試。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下井下工程參數(shù)測試的小信號放大器，其特征在于，包括依次連接的電壓源、前置放 大器、低通濾波器、高通濾波器、陷波器、后級放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器。所述電壓源通過橋式電路與前置放大器連接。所述前置放大器為固定增益放大器或程控增益放大器。所述后級放大電路為增益可調(diào)的放大器。本發(fā)明的原理在于利用高通、陷波、低通三種濾波器分別消除井下工程信號中存 在的低頻干擾、交流電干擾和高頻干擾，同時根據(jù)井下工程參數(shù)的特點，考慮所有硬件都要 在高溫、高壓環(huán)境下正常工作，選擇元器件時要注意元器件的耐高溫、高壓能力。根據(jù)井下工程參數(shù)測試的環(huán)境考慮，小信號放大器所要求的技術(shù)指標為(1)輸入阻抗=Ri 彡 IOM Ω(2)輸入模式單端輸入(3)工作頻率0 IOOHz(4)共模抑制比CMRR 彡 IOOdB(5)最小輸入電壓50 μ V(6)電壓增益60 80dB(7)工作溫度0°C 125°C由于小信號放大器是在“看不見，摸不著”的高溫、高壓、腐蝕及強烈振動的井下工CN 102094618 A
說明書
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作，有很多不確定因素，給小信號放大器的設(shè)計帶來了困難。井下工程參數(shù)測試的小信號放 大器設(shè)計的技術(shù)難點(1)環(huán)境條件惡劣井下高溫、高壓、強振動、多噪聲和狹小空間，如何保證小信號 放大器的正常工作，隔熱、防熱輻射是首先要解決的問題。所有器件要能工作在寬溫度范圍 內(nèi)，即O0C^ T ^ 125°C(2)電子元器件的抗沖擊性能；(3)模擬井下信號源的產(chǎn)生以及高溫、高壓、強振動的模擬實驗；(4)實現(xiàn)較強的抗干擾性能、高穩(wěn)定性；(5)井下設(shè)備的電池供電技術(shù)。本發(fā)明設(shè)計合理，具有很強的抗干擾、抗沖擊、耐高溫、耐高壓能力，以及很高的穩(wěn) 定性，能夠有效地消除井下工程中信號周圍的各種噪聲干擾，使信號得到準確的參數(shù)測試， 使用效果十分明顯。本發(fā)明主要用于噪聲干擾強烈的惡劣環(huán)境中，特別是井下工程中的信 號參數(shù)測試。


圖1為發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式如圖1所示，井下工程參數(shù)測試的小信號放大器，包括依次連接的電壓源、前置放 大器、低通濾波器、高通濾波器、陷波器、后級放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器。所述電壓源通過橋式電路與前置放大器連接。電壓源的大小由井下工程條件決 定，一般為O 100 μ V。所述前置放大器為固定增益放大器或程控增益放大器。所述后級放大電路為增益可調(diào)的放大器。下面對本發(fā)明的各個模塊進行詳細描述。1、前置放大器由于從井下傳感器輸出的信號電壓幅度為μ V級信號。甚至可能被噪聲淹沒，無 法直接進行轉(zhuǎn)換，必須經(jīng)前置放大器提高信噪比，改善信號性能，并進一步提高幅度。前置 放大器可以設(shè)計成固定增益或者是程控增益，要保證儀器具有足夠的放大能力和動態(tài)范 圍。根據(jù)井下工程參數(shù)的特點，前置放大器必須滿足以下要求(1)高輸入阻抗由于信號源內(nèi)阻可達數(shù)kQ，所以小信號放大器的輸入阻抗必須在幾十kQ以上。(2)高共模抑制比前置放大器的兩輸入端之間除了差模信號電壓，另一部分就是干擾電壓。干擾電 壓主要來源有溫度、濕度、壓力、振動等外部環(huán)境條件。工頻干擾和其他環(huán)境干擾以共模形 式存在，幅值可達幾伏甚至幾十伏，所以要求小信號放大電路具有高的共模抑制比(CMRR)。 高共模抑制比是對前置放大器最基本的要求，抑制共模干擾是前放的首要任務，小信號放 大器的共模抑制比一般要求60 IOOdB,高性能的小信號放大器的CMRR達120dB甚至更尚。(3)低噪聲、低漂移由于檢測的井下工程參數(shù)電壓信號的幅值微小，一般在μ V數(shù)量級，而且井下高 溫、高壓、強振動及多噪聲環(huán)境，電路內(nèi)部有各種噪聲源存在，使得電路在沒有信號輸入的 時，輸出端仍然有一定幅度的波動電壓，這就是電路的輸出噪聲。要求其中的運算放大器具 有極低的溫度漂移、失調(diào)電壓。(4)耐高溫、抗沖擊隨著井深的增加，溫度相應升高，電子元器件的溫度漂移將影響放大器的測試精度。因此小信號放大器硬件電路元件必須具備耐高溫、溫度系數(shù)小等特點。同時各電 子元器件要具備較強的抗沖擊性能。2、低通濾波器(LPF)前置放大器輸出的電信號，由于來自于環(huán)境惡劣的井下，夾雜著包括振動、高電壓 脈沖等帶來的各種干擾噪聲，如不加分離，則無法將有用信號從噪聲中提取出來。而且有用 信號頻率在IOOHz以下，故使用低通濾波器器電路成為可能。3、高通濾波器(HPF)設(shè)置高通濾波器主要是為了使高于某頻率的信號成分順利通過，抑制電子電路中 的低頻干擾，包括電阻熱噪聲、運算放大器的Ι/f噪聲及各種白噪聲等。4、50Hz 陷波器50Hz交流電是非常強的干擾，在井場附近的電動機、發(fā)電機、絞車等大型設(shè)備工作 的時候，這種干擾十分普遍，將嚴重影響微弱信號的采集，必須設(shè)法濾除。5、后級放大電路后級放大電路的主要作用是將前置放大器輸出的信號放大到后續(xù)電路所需要的 信號電平。它還可以設(shè)置為增益可調(diào)節(jié)的放大器。當井下傳感器輸出的信號出現(xiàn)起伏時， 通過自動增益控制電路對放大器的增益進行調(diào)整，使放大器的輸出信號幅度在一定范圍內(nèi) 不受輸入信號的影響。
權(quán)利要求
1.井下工程參數(shù)測試的小信號放大器，其特征在于，包括依次連接的電壓源、前置放大 器、低通濾波器、高通濾波器、陷波器、后級放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下工程參數(shù)測試的小信號放大器，其特征在于，所述電壓 源通過橋式電路與前置放大器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下工程參數(shù)測試的小信號放大器，其特征在于，所述前置 放大器為固定增益放大器或程控增益放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下工程參數(shù)測試的小信號放大器，其特征在于，所述后級 放大電路為增益可調(diào)的放大器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種井下工程參數(shù)測試的小信號放大器，屬于信號放大技術(shù)，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中井下工程參數(shù)測試時信號干擾太強難以準確測試的問題。該井下工程參數(shù)測試的小信號放大器包括依次連接的電壓源、前置放大器、低通濾波器、高通濾波器、陷波器、后級放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器。所述電壓源通過橋式電路與前置放大器連接。所述前置放大器為固定增益放大器或程控增益放大器。所述后級放大電路為增益可調(diào)的放大器。本發(fā)明設(shè)計合理，元器件性能穩(wěn)定，能夠有效地消除井下工程中信號周圍的各個噪聲干擾，提高信號參數(shù)測試的準確性。
文檔編號E21B47/00GK102094618SQ200910216750
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者黃友華 申請人:武侯區(qū)巔峰機電科技研發(fā)中心