專利名稱：多臂信號調(diào)理模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種平衡差分信號處理的模塊電路，尤其是涉及一種用于石油儀 器多臂井徑儀的多臂信號調(diào)理模塊。
背景技術：
多臂井徑儀是通過多條測量臂緊貼石油管壁來實現(xiàn)檢查套管的變形、彎曲、斷裂、 孔眼、內(nèi)壁腐蝕等情況的。每條測量臂對應一個傳感器，傳感器信號經(jīng)過多臂平衡信號調(diào)理 模塊處理，處理后的信號再經(jīng)過A/D轉換編碼發(fā)向地面儀器，地面解碼后經(jīng)軟件處理，得到 套管內(nèi)徑的多條井徑數(shù)據(jù)曲線，并且采用專用成像解釋軟件便可以得到套管內(nèi)徑的展開成 像、圓周剖面成像、柱面立體成像等解釋資料，清晰反應井下套管的受損情況。所用的傳感器為位移傳感器，位移傳感器是一種金屬感應的線性傳感器，傳感器 的作用是把傳感器中心鐵芯的位置變化轉換為電量的變化，經(jīng)過電路處理得到心鐵芯的確 定位置。實際使用過程中，由于石油測井儀器的工作環(huán)境非常惡劣，多臂平衡信號調(diào)理模塊 需要在180°C的條件下工作，電子元件的溫度漂移對儀器的測量精度影響非常大。測量臂對 應的傳感器需要激勵信號，目前國內(nèi)外的激勵信號主要有正弦波和方波激勵信號。現(xiàn)如今所采用的多臂平衡信號調(diào)理模塊主要包括傳感器激勵信號產(chǎn)生電路、傳感 器信號濾波放大電路、傳感器信號差分電路，并且其工作過程是傳感器激勵信號經(jīng)過模擬 開關一的D端進入模擬開關A，經(jīng)過模擬開關A選擇后從模擬開關A的S端輸出到傳感器； 而傳感器的測量信號輸入到模擬開關B的S端，經(jīng)過模擬開關B選擇后從模擬開關B的D端 輸出到運算放大器的負端，傳感器激勵信號源信號直接反饋到運算放大器的正端，組成差 分放大電路；由于反饋信號沒有過模擬開關，而傳感器輸出信號經(jīng)過兩次模擬開關，模擬開 關的內(nèi)阻隨溫度的變化嚴重影響傳感器的輸出信號，使測量的結果受溫度的影響非常大。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種多臂 信號調(diào)理模塊，其電路設計合理、接線方便且成本低、使用效果好、工作可靠，能有效解決現(xiàn) 有多臂井徑儀用多臂信號調(diào)理模塊所存在的溫度漂移對儀器測量精度影響非常大的實際 問題。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是一種多臂信號調(diào)理模塊，其 特征在于包括多通道模擬開關一、多通道模擬開關二、多通道模擬開關三、與多通道模擬 開關一的信號輸入端相接的傳感器激勵信號產(chǎn)生電路、分別與多通道模擬開關一的多路信 號輸出端和多通道模擬開關二的多路信號輸入端相接且分別對多臂井徑儀多個測量臂的 位移進行實時檢測的多個傳感器、分別與多通道模擬開關二和多通道模擬開關三的信號輸 出端相接的差分電路、與差分電路相接的濾波電路、與濾波電路相接的A/D轉換電路以及 分別對多通道模擬開關一、多通道模擬開關二和多通道模擬開關三進行控制的控制器，所 述多通道模擬開關一的多路信號輸出端與多通道模擬開關三的多路信號輸入端相接；所述傳感器激勵信號產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的傳感器激勵信號經(jīng)多通道模擬開關一進行選擇后送至 傳感器，多個傳感器所產(chǎn)生的測量信號經(jīng)多通道模擬開關二進行選擇后送至差分電路的一 個信號輸入端，且傳感器激勵信號產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的傳感器激勵信號分別經(jīng)多通道模擬開 關一和多通道模擬開關三進行反饋后送至差分電路的另一個信號輸入端。所述傳感器的數(shù)量為8個。所述多通道模擬開關一、多通道模擬開關二和多通道模擬開關三均為芯片 ADG1408。所述差分電路為芯片AD8552。本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點1、電路設計合理、接線方便且成本低。2、使用操作簡便且使用效果好、工作可靠，能有效解決現(xiàn)有多臂井徑儀用多臂信 號調(diào)理模塊所存在的溫度漂移對儀器測量精度影響非常大(即溫度漂移大)的技術問題。 其工作原理是傳感器激勵信號經(jīng)過多通道模擬開關一的D端進入多通道模擬開關一且經(jīng) 過多通道模擬開關一選擇后從多通道模擬開關一的S端輸出到傳感器；而傳感器的測量信 號輸入至多通道模擬開關二的S端，且經(jīng)多通道模擬開關二選擇后從多通道模擬開關二的 D端輸出到運算放大器即差分電路的負端，即傳感器的測量信號兩次經(jīng)過多通道模擬開關； 對于傳感器激勵信號的反饋信號傳感器激勵信號經(jīng)多通道模擬開關一的D端進入多通道 模擬開關一，經(jīng)過多通道模擬開關一選擇后從多通道模擬開關一的S端輸出，同時多通道 模擬開關一的S端接反饋模擬開關即多通道模擬開關三的S端，經(jīng)過多通道模擬開關三選 擇后從多通道模擬開關三的D端輸出到運算放大器即差分電路的正端，即反饋信號也兩次 經(jīng)過多通道模擬開關。這樣，多通道模擬開關的內(nèi)阻隨溫度的變化經(jīng)過差分電路后則可以 抵消，差分電路的輸出不受溫度影響。綜上所述，本實用新型電路設計合理、接線方便且成本低、使用效果好、工作可靠， 能有效解決現(xiàn)有多臂井徑儀用多臂信號調(diào)理模塊所存在的溫度漂移對儀器測量精度影響 非常大的實際問題。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本實用新型的電路原理框圖。圖2為本實用新型除傳感器、A/D轉換電路和控制器外的電路原理圖。附圖標記 說明1一多通道模擬開關一 ；2—多通道模擬開關二 ；3—多通道模擬開關三；4一傳感器；5—傳感器激勵信號產(chǎn)生6—差分電路；電路；7—濾波電路；8—A/D轉換電路；9一控制器。
具體實施方式如圖1所示，本實用新型包括多通道模擬開關一 1、多通道模擬開關二 2、多通道模 擬開關三3、與多通道模擬開關一 1的信號輸入端相接的傳感器激勵信號產(chǎn)生電路5、分別與多通道模擬開關一1的多路信號輸出端和多通道模擬開關二2的多路信號輸入端相接且 分別對多臂井徑儀多個測量臂的位移進行實時檢測的多個傳感器4、分別與多通道模擬開 關二 2和多通道模擬開關三3的信號輸出端相接的差分電路6、與差分電路6相接的濾波電 路7、與濾波電路7相接的A/D轉換電路8以及分別對多通道模擬開關一 1、多通道模擬開 關二 2和多通道模擬開關三3進行控制的控制器9。所述多通道模擬開關一 1的多路信號 輸出端與多通道模擬開關三3的多路信號輸入端相接。所述傳感器激勵信號產(chǎn)生電路5所 產(chǎn)生的傳感器激勵信號經(jīng)多通道模擬開關一 1進行選擇后送至傳感器4，多個傳感器4所產(chǎn) 生的測量信號經(jīng)多通道模擬開關二 2進行選擇后送至差分電路6的一個信號輸入端，且傳 感器激勵信號產(chǎn)生電路5所產(chǎn)生的傳感器激勵信號分別經(jīng)多通道模擬開關一1和多通道模 擬開關三3進行反饋后送至差分電路6的另一個信號輸入端。所述多通道模擬開關一 1、多 通道模擬開關二 2和多通道模擬開關三3均與控制器9相接。結合圖2，所述傳感器4的數(shù)量為8個。所述多通道模擬開關一 1、多通道模擬開 關二 2和多通道模擬開關三3均為芯片ADG1408。所述差分電路6為芯片AD8552及外圍器 件。所述傳感器激勵信號產(chǎn)生電路5所產(chǎn)生的傳感器激勵信號為方波激勵信號。所述傳感器激勵信號產(chǎn)生電路5包括芯片AD8552及外圍器件，實際使用時，頻率 為4KHz、占空比為50%且幅度為IV的方波信號經(jīng)電阻R4后輸入至芯片IC4B的正相輸入 端；所述芯片IC4A的反相輸入端與其輸出端相接后經(jīng)電阻R5接至芯片IC4B的正相輸入 端，芯片IC4B的反相輸入端與其輸出端間并接有電阻R2和電容C1，芯片IC4B的反相輸入 端經(jīng)電阻R3后接地，芯片IC4B的輸出端經(jīng)過電阻R1與芯片IC4A的正相輸入端相接且二 者均與多通道模擬開關一 1即芯片IC2的D端相接。所述差分電路6即芯片IC5A的反相 輸入端經(jīng)電阻R10后與多通道模擬開關二 2即芯片IC3的D端相接，且其正相輸入端經(jīng)電 阻R6后與多通道模擬開關三3即芯片IC1的D端相接，芯片IC5A的正相輸入端經(jīng)電阻R7 后接地且其經(jīng)電阻R8后接+2V電源端，芯片IC5A的反相輸入端與其輸出端間串接有電阻 R9。所述芯片IC5A的輸出端與芯片ADG419的S2端相接，且芯片ADG419的D端經(jīng)過電阻 R11與芯片IC7A即芯片AD8552的正相輸入端相接，芯片IC7A的反相輸入端與其輸出端相 接且正相輸入端經(jīng)電容C2后接地，芯片IC7A的輸出端經(jīng)電阻R12后與芯片I C7B即芯片 AD8552的反相輸入端相接，芯片IC7B的反相輸入端經(jīng)過電阻R14與其輸出端相接且正相輸 入端經(jīng)電容C3后接地，芯片IC7B的正相輸入端經(jīng)電阻R13后接+2V電源端。所述芯片IC1 和IC2的S1-S8端相接，且芯片IC2和IC3的S1-S8端均分別與所述8個傳感器4的八個 輸入端和八個輸出端相接。本實用新型的工作過程是頻率為4KHz、占空比為50%且幅度為IV的方波信號 (即V1V信號)輸入至傳感器激勵信號產(chǎn)生電路5進行處理后，輸出到多通道模擬開關一 1 的D端且經(jīng)多通道模擬開關一1進行選擇后分別分時輸出到8個傳感器4的輸入端，同時 輸入到多通道模擬開關三3的S端，之后經(jīng)過多通道模擬開關三31選擇后從其D端反饋到 差分電路6 (即和差電路)的正端；8個傳感器4的測量信號經(jīng)多通道模擬開關二 2選擇后 從其D端輸出到差分電路6的負端。這樣，輸入至差分電路6的正負信號經(jīng)過和差運算后 得到各傳感器4所檢測的準確電壓信號，此電壓信號再經(jīng)濾波電路7處理后輸出到A/D轉 換電路8，經(jīng)過A/D轉換電路8進行模數(shù)轉換后得到傳感器4所檢測的數(shù)字數(shù)據(jù)。實際使用 時，多通道模擬開關一 1、多通道模擬開關二 2和多通道模擬開關三3在控制器9的控制下，每隔2ms切換一路傳感器4，循環(huán)進行切換。實際應用時，所述A/D轉換電路8可以集成在 控制器9內(nèi)部，即將濾波電路7的輸出信號直接傳送至控制器9的A/D接口。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍 屬于本實用新型技術方案的保護范圍內(nèi)。
權利要求一種多臂信號調(diào)理模塊，其特征在于包括多通道模擬開關一(1)、多通道模擬開關二(2)、多通道模擬開關三(3)、與多通道模擬開關一(1)的信號輸入端相接的傳感器激勵信號產(chǎn)生電路(5)、分別與多通道模擬開關一(1)的多路信號輸出端和多通道模擬開關二(2)的多路信號輸入端相接且分別對多臂井徑儀多個測量臂的位移進行實時檢測的多個傳感器(4)、分別與多通道模擬開關二(2)和多通道模擬開關三(3)的信號輸出端相接的差分電路(6)、與差分電路(6)相接的濾波電路(7)、與濾波電路(7)相接的A/D轉換電路(8)以及分別對多通道模擬開關一(1)、多通道模擬開關二(2)和多通道模擬開關三(3)進行控制的控制器(9)，所述多通道模擬開關一(1)的多路信號輸出端與多通道模擬開關三(3)的多路信號輸入端相接；所述傳感器激勵信號產(chǎn)生電路(5)所產(chǎn)生的傳感器激勵信號經(jīng)多通道模擬開關一(1)進行選擇后送至傳感器(4)，多個傳感器(4)所產(chǎn)生的測量信號經(jīng)多通道模擬開關二(2)進行選擇后送至差分電路(6)的一個信號輸入端，且傳感器激勵信號產(chǎn)生電路(5)所產(chǎn)生的傳感器激勵信號分別經(jīng)多通道模擬開關一(1)和多通道模擬開關三(3)進行反饋后送至差分電路(6)的另一個信號輸入端。
2.按照權利要求1所述的多臂信號調(diào)理模塊，其特征在于所述傳感器(4)的數(shù)量為8個。
3.按照權利要求2所述的多臂信號調(diào)理模塊，其特征在于所述多通道模擬開關一 (1)、多通道模擬開關二(2)和多通道模擬開關三(3)均為芯片ADG1408。
4.按照權利要求1所述的多臂信號調(diào)理模塊，其特征在于所述差分電路(6)為芯片 AD8552。
專利摘要本實用新型公開了一種多臂信號調(diào)理模塊，包括多通道模擬開關一、多通道模擬開關二、多通道模擬開關三、傳感器激勵信號產(chǎn)生電路、多個傳感器、差分電路、與差分電路相接的濾波電路、與濾波電路相接的A/D轉換電路以及控制上述三個多通道模擬開關的控制器；傳感器激勵信號產(chǎn)生電路的輸出信號經(jīng)多通道模擬開關一選擇后送至多個傳感器，多個傳感器的測量信號經(jīng)多通道模擬開關二選擇后送至差分電路的一個信號輸入端，且傳感器激勵信號產(chǎn)生電路的輸出信號經(jīng)多通道模擬開關一和多通道模擬開關三后送至差分電路的另一個信號輸入端。本實用新型設計合理、接線方便且成本低、使用效果好，能有效解決現(xiàn)有多臂信號調(diào)理模塊存在的溫度漂移大的實際問題。
文檔編號E21B47/00GK201606061SQ201020110028
公開日2010年10月13日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權日2010年2月5日
發(fā)明者周民, 王永強 申請人:西安格威石油儀器有限公司