專利名稱：全數(shù)字井壁取芯控制儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于石油勘探領(lǐng)域，涉及一種獲取油井內(nèi)巖芯樣品的裝置。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)普遍使用的井壁取芯用的取芯槍為爆炸式取芯槍。這種取芯槍裝有36個左右的取芯筒，每個取芯筒下有一個炸藥包，當(dāng)井壁取芯控制儀選中某一個炸藥包時，對應(yīng)的炸藥包便被通電點燃，發(fā)生爆炸，將取芯筒射入地層即可獲取巖芯?，F(xiàn)在使用較多的井壁取芯控制儀是由電磁線圈或者電動機帶動的步進(jìn)開關(guān)，其缺點是由于帶有機械運動部件，在爆炸產(chǎn)生強烈振動時經(jīng)常出現(xiàn)卡檔和亂檔等問題，造成取芯深度錯誤或不能取芯。實用新型專利數(shù)控井壁取芯儀(專利號97218126.1)發(fā)明的井壁取芯控制儀雖沒有機械運動部件，但其不能進(jìn)行藥包測試，智能化程度也較低。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是設(shè)計一種采用全數(shù)字控制、電子觸發(fā)且具有半雙工數(shù)字通訊功能的井壁取芯控制儀，它克服了現(xiàn)有裝置帶有機械運動部件和不能進(jìn)行雙向通訊的弊端，使取芯控制儀能夠集高可靠性、實時性于一身。由于采用了計算機控制技術(shù)，其藥包測試和藥包點火的通電時間長度可比以往手操作業(yè)方式更精確、操作卻十分靈活、簡便。
本實用新型技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的。全數(shù)字井壁取芯控制儀由井上控制電路和井下控制電路兩部分構(gòu)成。井上控制電路包括控制單元(1)、鍵盤和數(shù)碼管顯示單元(2)、信號調(diào)制與解調(diào)單元(3)、電源單元四個部分。直流電源單元為井上控制電路提供直流電。鍵盤和數(shù)碼管顯示單元(2)完成人機交互，包括預(yù)選藥包的選擇和顯示、藥包測試和藥包點火命令的觸發(fā)、藥包測試和藥包點火的結(jié)果顯示等?？刂茊卧?1)使整個功能得以實現(xiàn)。信號調(diào)制與解調(diào)單元(3)完成與井下控制電路的雙向數(shù)字通訊。井下控制電路包括控制單元(4)、直流電源單元和信號調(diào)制與解調(diào)單元(5)，另外還包括點火開關(guān)(6)、藥包檢測電路(7)、點火變壓器(13)、復(fù)位誤觸發(fā)保護電路(8)、以及光電耦合器與可控硅組成的開關(guān)陣列(9)。井上與井下設(shè)備僅由一根雙芯電纜(10)連接。
本技術(shù)方案的特殊之處是①.井上控制電路的調(diào)制與解調(diào)單元(3)的調(diào)制開關(guān)串聯(lián)在向井下供電的電纜(10)，調(diào)制與解調(diào)單元(3)的解調(diào)信號檢測器也與向井下供電的電纜(10)相連；②.井下控制電路的調(diào)制與解調(diào)單元(5)的調(diào)制開關(guān)串聯(lián)在向井下供電的電纜(10)，調(diào)制與解調(diào)單元(5)的解調(diào)信號檢測器也與向井下供電的電纜(10)相連，電源單元(12)與調(diào)制與解調(diào)單元(5)的調(diào)制開關(guān)串聯(lián)后接電纜；③、井上控制電路的控制單元(1)分別和鍵盤和顯示單元(2)、調(diào)制與解調(diào)單元(3)連接；④.井下控制電路的控制單元(5)分別與藥包檢測電路(7)、復(fù)位誤觸發(fā)保護電路(8)、光電耦合器與可控硅開關(guān)陣列(9)相連接，由電源單元(12)為它們供電，復(fù)位誤觸發(fā)保護電路(8)和點火開關(guān)(6)的控制端連接，點火開關(guān)(6)和點火變壓器(13)的原端連接，點火變壓器(13)的副端和藥包檢測電路(7)連接，藥包檢測電路(7)和光電耦合器及可控硅開關(guān)陣列(9)連接。
升上和井下控制電路的雙向數(shù)字通訊采用了電源與數(shù)據(jù)傳輸共用同一通道的電源自調(diào)制半雙工數(shù)字通信技術(shù)。電源自調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸是指按照所傳二進(jìn)制數(shù)據(jù)對50HZ電源電壓正/負(fù)半周實行的有選擇性通斷控制，以實現(xiàn)信息傳輸?shù)囊环N技術(shù)。這樣井上與井下只需通過兩根電纜，既能傳遞電能也也能傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)省了電纜。為了防止系統(tǒng)上電復(fù)位時，信號的誤跳變使點火開關(guān)打開導(dǎo)致某些藥包通電產(chǎn)生誤炸，井下控制控制電路中采用了復(fù)位誤觸發(fā)保護電路。其原理為使點火開關(guān)的供電晚于CPU上電復(fù)位結(jié)束時刻，即圖3中，比較器U41A的輸出端在CPU復(fù)位后由“低”進(jìn)入“高”。為了在點火前測試藥包是否接觸良好以及點火后藥包是否發(fā)生爆炸，井下控制電路中采用了藥包檢測電路，其原理為在點火變壓器(13)的低壓端(副端)串入檢測電路(U41、D9、D5、R73、T40等)當(dāng)T40關(guān)閉時為藥包檢測狀態(tài)，此時U41將檢測到的信號送入控制單元(4)。
本實用新型的優(yōu)點是，由于采用無觸點的可控硅控制電路，井下的取芯槍不會出現(xiàn)卡檔和亂檔等機械問題，可以確保井壁巖心取樣的可靠性和成功率。同時，由于采用了電源自調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，只需兩根電纜即可實現(xiàn)a電力輸送，b井上與井下的半雙工數(shù)字通訊。既節(jié)省電纜又能使井上隨時掌握井下取芯狀態(tài)，從而提高了取芯作業(yè)的智能程度。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。


圖1是全數(shù)字井壁取芯控制儀原理框圖。
圖2是本控制儀井上部分的調(diào)制與解調(diào)電路使用原理圖。
圖3是本控制儀井下部分的調(diào)制與解調(diào)電路(5)與藥包檢測電路(7)及復(fù)位誤觸發(fā)保護電路(8)原理圖及相互關(guān)系。
具體實施方式
首先，制作井上控制箱內(nèi)電路板?？刂茊卧x用AT89C51單片機等組成最小系統(tǒng)。另外，單片機的P0口通過芯片74LS07及上拉電阻實現(xiàn)對三個動態(tài)顯示數(shù)碼管的陽極控制，P2口的P2.0、P2.1、P2.2通過芯片74LS07及上拉電阻實現(xiàn)對三個動態(tài)顯示數(shù)碼管的陰極控制同時與P0口的P0.0、P0.1、P0.2配合管理六個按鍵。井上電路的調(diào)制與解調(diào)電路(4)的制作(參照圖2)如下信號的發(fā)送采用光電耦合器TLP627和可控硅BTA08(T1)控制，光電耦合器U4輸入端陽極接VCC，陰極通過電阻R15(390)后接U1的1腿。U4中的三極管發(fā)射極接T1控制極，集電極通過電阻R2(20)后接可控硅一端，再接插座J1的1腿和二極管D1(1N4007)的陰極。二極管D1的陽極接T1另一端后再接電阻R18(5)、R19(18)、R34(18)。電阻R18另一端接電阻R20(18)、R35(18)和插座J2的1腿后再與變壓器TR1(15∶1)的原級線圈一端相連。插座J1的2腿和J2的2腿與變壓器TR1原級線圈另一端相連。比較器U5選用LM139，U5的9腿接電阻R19、R31(18)和電容C6(0.01μ)，U5的8腿接電阻R30(20)、R23(1K)、R20和電容C5(0.01μ)，U5的5腿接電阻R35、R33(18)和電容C8(0.01μ)，U5的4腿接電阻R32(20)、R24(1K)、R34和電容C7(0.01μ)，電阻R30、R31、R32、R33和電容C5、C6、C7、C8的另一端接地。U5的14腿接電阻R23、R21(2.4K)、R25(20K)，U5的2腿接電阻R24、R22(2.4K)、R27(20K)，電阻R21、R22的另一端與R26(20K)和U5的3腿相連后一起接VCC。U5的10腿接電容C3(0.1μ)和電阻R25的另一端，U5的11腿接二極管D2的陽極、U5的7腿和電阻R26的另一端，U5的6腿接電容C4(0.1μ)和電阻R27的另一端，電容C3、C4的另一端和U5的12腿都接地。U5的13腿接電阻R28(20K)和U1的12腿，U5的1腿接電阻R29(20K)和U1的13腿，電阻R28和R29的另一端都接VCC。電源單元由變壓器、整流橋及LM7805等組成它能在交流220伏輸入時，產(chǎn)生直流5伏輸出。
按照上述制作電路板，再將電路板固定在井上控制箱內(nèi)。220V交流電源通過插座和電源開關(guān)進(jìn)入電路板。電源和控制信號通過另一插座及電纜(兩芯)進(jìn)入井下電路板。
接下來，制作井下控制電路板(參照附圖3)。控制單元選用AT89C51單片機等組成最小系統(tǒng)。另外，單片機的P1口通過六個三極管(2N5401)配合單片機P2口(前六位)控制光電耦合器及可控硅開關(guān)陣列(9)。電路的調(diào)制與解調(diào)電路(5)的制作(參照圖3中的調(diào)制與解調(diào)電路部分)如下光電耦合器U37(TLP627)和可控硅T37(BTA08)構(gòu)成發(fā)送信號電路，U37輸入端陽極接VCC，陰極通過電阻R67(390)后接調(diào)制控制信號，輸出端發(fā)射極接T37的控制極，輸出端集電極通過電阻R37(20)接可控硅一端后再與二極管D1陰極和雙芯電纜相連。可控硅T37另一端與二極管D1陽極、電阻R38(39)、可控硅T39的2腳、電阻R65(40)、R60(18)、R64(18)。電阻R65的另一端與電阻R61(18)、R63(18)相連。比較器U38選用LM139，U38的9腿接電阻R60、R59(18)和電容C4(0.01μ)，U38的8腿接電阻R57(20)、R55(1K)、R61和電容C3(0.01μ)，U38的11腿接電阻R63、R62(18)和電容C6(0.01μ)，U38的10腿接電阻R58(20)、R56(1K)、R64和電容C5(0.01μ)，電阻R57、R58、R59、R62和電容C3、C4、C5、C6的另一端接地。U38的14腿接電阻R55、R54(2.4K)、R49(20K)，U38的13腿接電阻R56、R53(2.4K)、R52(20K)，電阻R53、R54的另一端與R50(20K)和U38的3腿相連后一起接VCC。U38的4腿接電容C1(0.1μ)和電阻R49的另一端，U38的5腿接二極管D3的陽極、U38的7腿和電阻R50的另一端，U38的6腿接電容C2(0.1μ)和電阻R52的另一端，電容C1、C2的另一端和U38的12腿都接地。U38的2腿接電阻R48(20K)并將解調(diào)信號送出，U38的1腿接電阻R51(20K)并將解調(diào)信號送出，電阻R48和R51的另一端都接VCC。點火開關(guān)由光電耦合器MOC3023(U42)和可控硅T39等組成，U42輸入端陰極接三極管Q7(2N5401)的集電極，Q7的發(fā)射極接地，基極通過電阻R46(50K)后接點火控制端，U42的輸出極分別接電阻R38和可控硅T39的控制極3腳，T39的1腳接到點火變壓器TR1的原端，點火變壓器TR1的原級線圈另一端接雙芯電纜的另一端。藥包檢測電路(7)的制作(參照圖3中的檢測電路部分)如下點火變壓器次極線圈的一端接地，另一端接可控硅T40的1腳、二極管D9的陰極和光電耦合器TLP627(U41)輸入端陽極。U41輸出端集電極接輸出測試信號并通過電阻R72(1K)后接VCC，U41輸出端發(fā)射極接地。U41輸入端陰極接二極管D5陽極，D5陰極接D9陽極和電阻R73(1K)。R73的另一端接電阻R39并和可控硅開關(guān)陣列相連。U43輸入端陽極通過510歐電阻接VCC，陰極接三極管Q8的發(fā)射極。Q8的集電極接地，基極接電阻R69(20K)，電阻R69的另一端接U39的28腳。復(fù)位誤觸發(fā)保護電路(8)由比較器U40(LM193)等組成，其制作(參照圖3中的相應(yīng)部分)如下比較器U40(LM193)的2腳接電阻R70(50K)和二極管D4的陰極，4腳和電阻R70的另一端接地，3腳接電阻R71(82K)和二極管D2的陽極，8腳與電阻R71的另一端一起接VCC。二極管D2的陰極與電容E2的負(fù)極一起接地。U40的1腳接電阻R68(390)、電容E2陽極和光電耦合器MOC3023(U42)輸入端陽極，D4的陽極與單片機的復(fù)位端(9腳)相連。
按上述制作井下控制電路板，然后將其安裝在井下取芯槍內(nèi)，再通過電纜將井上控制箱和井下電路板連接在一起。
使用時，打開井上控制箱后面板上的電源開關(guān)，接通電源。前控制面板有三個數(shù)碼管，分別為“狀態(tài)”、“個位”、“十位”?！盃顟B(tài)”以不同的顯示表示測試時藥包是否接觸或點火時藥包是否爆炸了?！皞€位”顯示所要測試或點火的藥包顆數(shù)的個位，“十位”顯示藥包顆數(shù)的十位，前面板右邊有6個薄膜按鍵，其中“十位”表示目前需要變動顆數(shù)的十位數(shù)字，“個位”表示需要變動顆數(shù)的個位數(shù)字，“增加”表示使個位或十位數(shù)字增一，“減少”則反之?！皽y試”表示測試藥包是否接觸良好，“點火”表示使某一顆藥包接通電流。電源接通后，顆數(shù)將顯示為“00”，此時按下“測試”鍵，取芯控制儀將連續(xù)測試取芯槍內(nèi)的每一顆藥包是否接觸良好，數(shù)碼管將沒有接觸好或沒裝藥包的顆數(shù)編號依次顯示出來。通過“增加”和“減少”按鍵可以將數(shù)碼管顯示的數(shù)字調(diào)整到需要操作的顆數(shù)，再通過“測試”和“點火”鍵完成操作，“狀態(tài)”數(shù)碼管將顯示成功與否。
權(quán)利要求1.一種全數(shù)字井壁取芯控制儀，由井上和井下兩部分電路組成，井上與井下控制電路由兩芯電纜(10)連接，其特征為①.井上控制電路的調(diào)制與解調(diào)單元(3)的調(diào)制開關(guān)串聯(lián)在向井下供電的電纜(10)；②.井下控制電路的調(diào)制與解調(diào)單元(5)的調(diào)制開關(guān)串聯(lián)在向井下供電的電纜(10)；③、井下控制電路的控制單元(4)分別與藥包檢測電路(7)、復(fù)位誤觸發(fā)保護電路(8)、光電耦合器與可控硅開關(guān)陣列(9)相連接，由電源單元(12)為它們供電，復(fù)位誤觸發(fā)保護電路(8)和點火開關(guān)(6)的控制端連接，點火開關(guān)(6)和點火變壓器(13)原端連接，點火變壓器(13)副端和藥包檢測電路(7)連接，藥包檢測電路(7)和光電耦合器及可控硅開關(guān)陣列(9)連接。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字井壁取芯控制儀，其特征為①.藥包檢測電路(7)點火變壓器TR1的次極線圈的一端接地，另一端接可控硅T40的1腳、二極管D9的陰極和光電耦合器U41(TLP627)輸入端陽極，U41輸出端集電極接電阻R72(1K)，電阻R72的另一端接VCC，U41輸出端發(fā)射極接地，U41輸入端陰極接二極管D5陽極，D5陰極接D9陽極和電阻R73(1K)，R73的另一端接T40的2腳和電阻R39并接入由光電耦合器與可控硅組成的開關(guān)陣列，U43輸入端陽極通過電阻RP1(510)后接VCC，陰極接三極管Q8的發(fā)射極，Q8的集電極接地，基極接電阻R69(20K)，電阻R69的另一端接檢測控制信號；②.復(fù)位誤觸發(fā)保護電路(8)電阻R66(2K)、二極管D7的陰極和D4的陽極相連，D7的陽極和電阻R66的另一端接地，電容E1的正極接VCC，比較器U40(LM193)的2腳接電阻R70(50K)和二極管D4的陰極，4腳和電阻R70的另一端接地，U40的3腳接電阻R71(82K)和二極管D2的陽極，U40的8腳與電阻R71的另一端一起接VCC，二極管D2的陰極與電容E2的負(fù)極一起接地，U40的1腳接電阻R68(390)、電容E2陽極和光電耦合器MOC3023(U42)輸入端陽極；③.井上調(diào)制與解調(diào)單元(3)中，U4中的三極管發(fā)射極接T1控制極，集電極通過電阻R2(20)后接可控硅一端，再接兩芯電纜的一芯，再接二極管D1(1N4007)的陰極，電纜的另一芯與交流電源的一端相接，二極管D1的陽極接T1另一端后再接電阻R18(5)、R19(18)、R34(18)及二極管D4的正極、二極管D3的負(fù)極，電阻R18另一端接電阻R20(18)、R35(18)、二極管D4的負(fù)極、二極管D3的正極及交流電源的另一端，比較器U5選用LM139，U5的9腿接電阻R19、R31(18)利電容C6(0.01μ)，U5的8腿接電阻R30(20)、R23(1K)、R20和電容C5(0.01μ)，U5的5腿接電阻R36(43K)、電容C11(0.1μ)及二極管D5(1N60)的正極，電阻R36的另一端、電容C11的另一端及二極管D5(1N60)的負(fù)極接電阻R35、R33(18)和電容C8(0.01μ)，U5的4腿接電阻R32(20)、R24(1K)、R34和電容C7(0.01μ)，電阻R30、R31、R32、R33和電容C5、C6、C7、C8的另一端接地，U5的14腿接電阻R23、R21(2.4K)、R25(20K)，U5的2腿接電阻R24、R22(2.4K)、R27(20K)，電阻R21、R22的另一端和U5的3腿相連后一起接VCC(直流電源正極)，U5的10腿接電容C3(0.1μ)和電阻R25的另一端，U5的7腿接電阻R76(20K)、電阻R78(4.3K)、電阻R80(1.8K)，電阻R76的另一端接VCC，電阻R78的另一端接U5的1腿，電阻R80的另一端接地，U5的11腿接電阻R75(20K)、電阻R77(4.3K)、電阻R79(1.8K)，電阻R75的另一端接VCC，電阻R77的另一端接U5的13腿，電阻R79的另一端接地，U5的6腿接電容C4(0.1μ)和電阻R27的另一端，電容C3、C4的另一端和U5的12腿都接地，U5的13腿接電阻R28(20K)，U5的1腿接電阻R29(20K)，電阻R28和R29的另一端都接VCC；④、井下調(diào)制與解調(diào)單元(5)中，U37輸入端陽極接VCC，陰極通過電阻R67(390)后接調(diào)制信號控制端，U37輸出端發(fā)射極接T37的控制極，U37輸出端集電極通過電阻R37(20)接可控硅一端后再與二極管D1陰極和兩芯電纜的一芯連接，可控硅T37另一端與二極管D1陽極、可控硅T39的2腳、電阻R65(40)、R60(18)、R64(18)、二極管D6的正極、二極管D7的負(fù)極連接，電阻R65的另一端與電阻R61(18)、R63(18)、二極管D6的負(fù)極、二極管D7的正極和變壓器T38(15∶1)原級線圈一端相連，T38原級線圈另一端接兩芯電纜的另一芯，比較器U38選用LM139，U38的9腿接電阻R60、R59(18)和電容C4(0.01μ)，U38的8腿接電阻R57(20)、R55(1K)、R61和電容C3(0.01μ)，U38的11腿接電阻R63、R62(18)和電容C6(0.01μ)，U38的10腿接電阻R58(20)、R56(1K)、R64和電容C5(0.01μ)，電阻R57、R58、R59、R62和電容C3、C4、C5、C6的另一端接地，U38的14腿接電阻R55、R54(2.4K)、R49(20K)，U38的13腿接電阻R56、R53(2.4K)、R52(20K)，電阻R53、R54的另一端和U38的3腿相連后一起接VCC，U38的4腿接電容C1(0.1μ)利電阻R49的另一端，U38的5腿接電阻R76(20K)、電阻R78(4.3K)、電阻R80(1.8K)，電阻R76的另一端接VCC，電阻R78的另一端接U5的2腿，電阻R80的另一端接地，U38的7腿接電阻R75(20K)、電阻R774.3K)、電阻R79(1.8K)，電阻R75的另一端接VCC，電阻R77的另一端接U5的1腿，電阻R79的另一端接地，U38的6腿接電容C2(0.1μ)和電阻R52的另一端，電容C1、C2的另一端和U38的12腿都接地。
專利摘要本實用新型屬于石油勘探領(lǐng)域，涉及一種全數(shù)字井壁取芯控制儀器，用于控制油井內(nèi)獲取巖芯。它由井上和井下兩部分組成。井上部分由(1)控制單元、(2)鍵盤和顯示、(3)數(shù)制與解調(diào)單元、(4)電源，井下部分由(1)控制單元、(2)數(shù)制與解調(diào)單元、(3)點火開關(guān)、(4)檢測電路、(5)復(fù)位誤觸發(fā)保護電路、(6)由光電耦合器與可控硅組成的開關(guān)陣列、(7)電源單元等。井上控制電路通過兩芯電纜(10)向井下控制電路供電并利用一種電源自調(diào)制半雙工數(shù)字通信技術(shù)進(jìn)行井上與井下的通訊。從而不僅實現(xiàn)了取芯控制儀器電子化數(shù)字化，克服了現(xiàn)有裝置帶有機械運動部件經(jīng)常出現(xiàn)的卡檔和亂檔等問題，而且實現(xiàn)了控制及顯示的實時性和真實性。
文檔編號G05B19/02GK2620302SQ0225953
公開日2004年6月9日 申請日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者溫強, 金海濤, 侯寶成 申請人:溫強