可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀，主要由二氧化碳檢測箱、以及與二氧化碳檢測箱連接的信息處理電路構成；所述信息處理電路包括供電電源電路、ADuC845芯片構成的主控電路；所述主控電路連接有液晶顯示器、通信電路、輸出電路；所述通信電路通過數(shù)據(jù)線或無線數(shù)據(jù)傳輸器連接有主機。整體性能穩(wěn)定，檢測數(shù)據(jù)可靠，生產(chǎn)成本低，可實時通信。
【專利說明】可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及二氧化碳檢測，具體是指可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀。
【背景技術】
[0002]在石油勘探過程中，二氧化碳檢測是一項重要的錄井工作，為后續(xù)的地質解釋評價提供參考依據(jù)。從鉆井液脫出的氣體包括多種烴類氣體、氫氣、二氧化碳等，要檢測從鉆井液脫出的氣體包括多種烴類氣體、氫氣、二氧化碳，一般采用熱導法檢測二氧化碳，這種方法的缺點是易受其他氣體的干擾。隨著工藝的發(fā)展，紅外發(fā)光源和紅外傳感器變得更加小巧，紅外光譜吸收法逐漸取代了熱導法。為了實現(xiàn)準確穩(wěn)定的檢測，除了采用性能優(yōu)良的紅外發(fā)光源和紅外傳感器外，信號采集處理部分也至關重要。其中，穩(wěn)定可靠的ADC采集和高效的數(shù)據(jù)處理是二氧化碳檢測系統(tǒng)的關鍵。
[0003]紅外光譜吸收法原理:紅外光譜吸收法是利用被測氣體對紅外光的特征吸收來實現(xiàn)氣體成分的濃度分析。當對應某一氣體具有特征吸收的光波通過這一被測氣體時，其強度將明顯減弱，強度衰減程度與該氣體濃度有關。根據(jù)對出射光強的測試，可確定被測氣體的濃度，對確定波長的紅外光波的吸收，其強度和被測氣體濃度間的關系遵守比爾定律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供整體性能穩(wěn)定，檢測數(shù)據(jù)可靠，生產(chǎn)成本低，可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀。
[0005]本發(fā)明的實現(xiàn)方案如下:可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀，主要由二氧化碳檢測箱、以及與二氧化碳檢測箱連接的信息處理電路構成；所述信息處理電路包括供電電源電路、ADuC845芯片構成的主控電路；所述主控電路連接有液晶顯示器、通信電路、輸出電路；所述通信電路通過數(shù)據(jù)線或無線數(shù)據(jù)傳輸器連接有主機。
[0006]所述二氧化碳檢測箱內(nèi)部設置有LED燈和紅外傳感器，所述LED燈和紅外傳感器對稱設置在二氧化碳檢測箱的兩側壁，所述二氧化碳檢測箱還設置有靠近紅外傳感器方向的濾光片，所述濾光片設置在LED燈和紅外傳感器之間；所述紅外傳感器和LED燈均與信息處理電路。
[0007]所述二氧化碳檢測箱還開有二氧化碳進口和二氧化碳出口，且所述二氧化碳進口靠近LED燈方向設置，二氧化碳出口靠近濾光片方向設置。
[0008]所述LED燈為紅外發(fā)光管。
[0009]所述信息處理電路包括ADUC845芯片構成的主控電路、以及與主控電路連接的LED燈驅動電路和紅外傳感器信號處理電路，所述LED燈驅動電路與LED燈連接，紅外傳感器信號處理電路與紅外傳感器連接。
[0010]紅外光譜吸收法原理:紅外光譜吸收法是利用被測氣體對紅外光的特征吸收來實現(xiàn)氣體成分的濃度分析。當對應某一氣體具有特征吸收的光波通過這一被測氣體時，其強度將明顯減弱，強度衰減程度與該氣體濃度有關。根據(jù)對出射光強的測試，可確定被測氣體的濃度，對確定波長的紅外光波的吸收，其強度和被測氣體濃度間的關系遵守比爾定律。
[0011]基本數(shù)學模型:大部分有機和無機多原子分子氣體在紅外區(qū)有特征吸收波長。當紅外光通過時，這些氣體分子對特定波長的透過光強可由朗伯一比爾定律表示:I=1*e_kl
而吸收光強i可表不為:i=1_I=1 (1- e kl)；
式中:1ο為入射光強；1為透過光強；1為氣體介質厚度，P為氣體濃度，k為吸收系數(shù)。
[0012]吸收系數(shù)k是一個非常復雜的量，它不僅與氣體種類、入射光波長有關，而且還受環(huán)境溫度、環(huán)境大氣壓等因素的影響。因此，對于變溫、變氣壓的工作環(huán)境，k是一個變值，從而直接影響吸收光強I。
[0013]ADuC845是高性能24位數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，它內(nèi)部集成有兩個24位分辨率的A-EADC、雙D / A轉換器、10或8通道輸入多路復用器、一個高效的8051內(nèi)核；可提供62 KB的Flash程序存儲器，4 KB Flash數(shù)據(jù)存儲器和2304字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。ADuC845具有串行下載和調度模式，可通過EA引腳提供引腳競爭模式，同時支持Quick Start開發(fā)系統(tǒng)和低成本的軟件和硬件工具。
[0014]ADUC845可通過一個片內(nèi)鎖相環(huán)PLL產(chǎn)生一個12.58 MHz的高頻時鐘，以使之運行于32 kHz外部晶振。片內(nèi)微控制器是一個優(yōu)化的單指令周期8051閃存MCU。該MCU在保持與8051指令系統(tǒng)兼容的同時，具有12.58 MIPS的性能。該芯片的兩個獨立的ADC(主ADC和輔助ADC)由一個輸入多路復用器、一個溫度傳感器和一個可直接測量低幅度信號的可編程增益放大器PGA組成。主、輔ADC都采用高頻“斬波”技術來提供優(yōu)良的直流(DC)失調和失調漂移指標，因而非常適合用于低溫漂且對噪聲抑制和抗電磁干擾能力要求較高的應用場合。
[0015]紅外發(fā)光管選用PerkinElmer公司的IRL715。它是一種白熾燈，采用低頻電調制，波長從可見光到5 μ m，適合CH(3?3.5μπι)和C02(4.15?4.4 μ m)。有條件限制的適合C0(4.6ym)的探測，輸出可靠穩(wěn)定，時間常數(shù)短，工作在5 V電源時，壽命可達40000h。IRL715采用了 I Hz脈沖調制，ADuC845芯片通過引腳發(fā)送脈沖信號控制紅外發(fā)光管的調制過程。
[0016]本發(fā)明中，由信息處理電路中的主控電路控制LED燈驅動電路，以此驅動紅外發(fā)光管發(fā)出指定的光，光線在二氧化碳檢測箱內(nèi)部由紅外發(fā)光管方向向著紅外傳感器傳播，光線在二氧化碳檢測箱由于受到C02氣體的影響，產(chǎn)生光照強度衰減，紅外傳感器接收到經(jīng)過濾光片濾光處理后的光照，并將光照信息發(fā)送到紅外傳感器信號處理電路，經(jīng)過紅外傳感器信號處理電路的放大等處理，最后將信息發(fā)送給ADuC845芯片，由ADuC845芯片進行運算處理。并得出結果。
[0017]ADUC845芯片運算處理后結果，一路通過液晶顯示器直接顯示出來，一路通過數(shù)據(jù)線或無線數(shù)據(jù)傳輸器發(fā)送主機；以此ADUC845芯片可以與主機建立實時通信，方便數(shù)據(jù)存儲，加快檢測效率，縮短后期制作參數(shù)報告圖像的工作。
[0018]主機可根據(jù)ADUC845芯片運算處理后結果實時的成像現(xiàn)場顯示出匯表圖形，方便現(xiàn)場探測研究。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點在于:內(nèi)置24位和12位DAC的ADuC845芯片應用于錄井二氧化碳檢測儀，外圍器件更加精簡，保證了測量的高可靠性，對錄井野外工作正常運行和后期的準確解釋評價極為重要。目前，該檢測儀已經(jīng)裝配于十多臺綜合錄井儀，投入到石油天然氣錄井工作中。實際應用表明，二氧化碳檢測儀的整體性能穩(wěn)定，檢測數(shù)據(jù)可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結構示意圖。
[0021]圖2為信息處理電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例一
如圖1、2所示。
[0023]可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀，主要由二氧化碳檢測箱3、以及與二氧化碳檢測箱3連接的信息處理電路7構成；
所述信息處理電路7包括供電電源電路、ADUC845芯片構成的主控電路；所述主控電路連接有液晶顯示器、通信電路、輸出電路；所述通信電路通過數(shù)據(jù)線或無線數(shù)據(jù)傳輸器連接有主機。
[0024]所述二氧化碳檢測箱3內(nèi)部設置有LED燈I和紅外傳感器6，所述LED燈I和紅外傳感器6對稱設置在二氧化碳檢測箱3的兩側壁，所述二氧化碳檢測箱3還設置有靠近紅外傳感器6方向的濾光片5,所述濾光片5設置在LED燈I和紅外傳感器6之間；所述紅外傳感器6和LED燈I均與信息處理電路7。
[0025]所述二氧化碳檢測箱3還開有二氧化碳進口 2和二氧化碳出口 4，且所述二氧化碳進口 2靠近LED燈I方向設置，二氧化碳出口 4靠近濾光片5方向設置。
[0026]所述LED燈I為紅外發(fā)光管。
[0027]所述信息處理電路7包括ADUC845芯片構成的主控電路、以及與主控電路連接的LED燈驅動電路和紅外傳感器信號處理電路，所述LED燈驅動電路與LED燈I連接，紅外傳感器信號處理電路與紅外傳感器6連接。
[0028]紅外光譜吸收法原理:紅外光譜吸收法是利用被測氣體對紅外光的特征吸收來實現(xiàn)氣體成分的濃度分析。當對應某一氣體具有特征吸收的光波通過這一被測氣體時，其強度將明顯減弱，強度衰減程度與該氣體濃度有關。根據(jù)對出射光強的測試，可確定被測氣體的濃度，對確定波長的紅外光波的吸收，其強度和被測氣體濃度間的關系遵守比爾定律。
[0029]基本數(shù)學模型:大部分有機和無機多原子分子氣體在紅外區(qū)有特征吸收波長。當紅外光通過時，這些氣體分子對特定波長的透過光強可由朗伯一比爾定律表示:I=1*e_kl ；
而吸收光強i可表不為:i=1_I=1 (1- e kl)；
式中:1ο為入射光強；1為透過光強；1為氣體介質厚度，P為氣體濃度，k為吸收系數(shù)。
[0030]吸收系數(shù)k是一個非常復雜的量，它不僅與氣體種類、入射光波長有關，而且還受環(huán)境溫度、環(huán)境大氣壓等因素的影響。因此，對于變溫、變氣壓的工作環(huán)境，k是一個變值，從而直接影響吸收光強I。
[0031]ADuC845是高性能24位數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，它內(nèi)部集成有兩個24位分辨率的A-EADC、雙D / A轉換器、10或8通道輸入多路復用器、一個高效的8051內(nèi)核；可提供62 KB的Flash程序存儲器，4 KB Flash數(shù)據(jù)存儲器和2304字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。ADuC845具有串行下載和調度模式，可通過EA引腳提供引腳競爭模式，同時支持Quick Start開發(fā)系統(tǒng)和低成本的軟件和硬件工具。
[0032]ADUC845可通過一個片內(nèi)鎖相環(huán)PLL產(chǎn)生一個12.58 MHz的高頻時鐘，以使之運行于32 kHz外部晶振。片內(nèi)微控制器是一個優(yōu)化的單指令周期8051閃存MCU。該MCU在保持與8051指令系統(tǒng)兼容的同時，具有12.58 MIPS的性能。該芯片的兩個獨立的ADC(主ADC和輔助ADC)由一個輸入多路復用器、一個溫度傳感器和一個可直接測量低幅度信號的可編程增益放大器PGA組成。主、輔ADC都采用高頻“斬波”技術來提供優(yōu)良的直流(DC)失調和失調漂移指標，因而非常適合用于低溫漂且對噪聲抑制和抗電磁干擾能力要求較高的應用場合。
[0033]紅外發(fā)光管選用PerkinElmer公司的IRL715。它是一種白熾燈，采用低頻電調制，波長從可見光到5 μ m，適合CH(3?3.5μπι)和C02(4.15?4.4 μ m)。有條件限制的適合C0(4.6ym)的探測，輸出可靠穩(wěn)定，時間常數(shù)短，工作在5 V電源時，壽命可達40000h。IRL715采用了 I Hz脈沖調制，ADuC845芯片通過引腳發(fā)送脈沖信號控制紅外發(fā)光管的調制過程。
[0034]本發(fā)明中，由信息處理電路7中的主控電路控制LED燈驅動電路，以此驅動紅外發(fā)光管發(fā)出指定的光，光線在二氧化碳檢測箱3內(nèi)部由紅外發(fā)光管方向向著紅外傳感器6傳播，光線在二氧化碳檢測箱3由于受到C02氣體的影響，產(chǎn)生光照強度衰減，紅外傳感器6接收到經(jīng)過濾光片5濾光處理后的光照，并將光照信息發(fā)送到紅外傳感器信號處理電路，經(jīng)過紅外傳感器信號處理電路的放大等處理，最后將信息發(fā)送給ADuC845芯片，由ADuC845芯片進行運算處理。并得出結果。ADUC845芯片運算處理后結果，一路通過液晶顯示器直接顯示出來，一路通過數(shù)據(jù)線或無線數(shù)據(jù)傳輸器發(fā)送主機；以此ADUC845芯片可以與主機建立實時通信，方便數(shù)據(jù)存儲，加快檢測效率，縮短后期制作參數(shù)報告圖像的工作。
[0035]主機可根據(jù)ADUC845芯片運算處理后結果實時的成像現(xiàn)場顯示出匯表圖形，方便現(xiàn)場探測研究。
[0036]如上所述，則能很好的實現(xiàn)本發(fā)明。
【權利要求】
1.可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀，其特征在于:主要由二氧化碳檢測箱(3)、以及與二氧化碳檢測箱(3)連接的信息處理電路(7)構成； 所述信息處理電路(7)包括供電電源電路、ADUC845芯片構成的主控電路；所述主控電路連接有液晶顯示器、通信電路、輸出電路；所述通信電路通過數(shù)據(jù)線或無線數(shù)據(jù)傳輸器連接有主機。
2.根據(jù)權利要求1所述的可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀，其特征在于:所述二氧化碳檢測箱(3 )內(nèi)部設置有LED燈(I)和紅外傳感器(6 )，所述LED燈(I)和紅外傳感器(6 )對稱設置在二氧化碳檢測箱(3 )的兩側壁，所述二氧化碳檢測箱(3 )還設置有靠近紅外傳感器(6)方向的濾光片(5)，所述濾光片(5)設置在LED燈(I)和紅外傳感器(6)之間；所述紅外傳感器(6 )和LED燈(I)均與信息處理電路(7 )。
3.根據(jù)權利要求2所述的可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀，其特征在于:所述二氧化碳檢測箱(3)還開有二氧化碳進口(2)和二氧化碳出口(4)，且所述二氧化碳進口(2)靠近LED燈(I)方向設置,二氧化碳出口(4)靠近濾光片(5)方向設置。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀，其特征在于:所述LED燈(I)為紅外發(fā)光管。
5.根據(jù)權利要求2或3所述的可實時通信的石油錄井二氧化碳檢測儀，其特征在于:所述信息處理電路(7)還包括與主控電路連接的LED燈驅動電路和紅外傳感器信號處理電路，所述LED燈驅動電路與LED燈(I)連接，紅外傳感器信號處理電路與紅外傳感器(6)連接。
【文檔編號】G01N21/3504GK103543119SQ201210240840
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權日:2012年7月12日
【發(fā)明者】賀昶明 申請人:成都科盛石油科技有限公司