專利名稱：一種高精度智能雙核井深測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及勘探測井技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高精度智能雙核井深測量裝置，用于測量井下探頭深度以及其他場所測量深度或者長度、距離。
背景技術(shù)：
目前，在勘探測井過程中測量井下探頭等的深度時，采用有如下方式I、使用標(biāo)有長度標(biāo)記的測量繩進(jìn)行測量，手動記錄或者目測測量繩放下的深度，該方法效率低，深度測量誤差大；2、另外一種，鋼絲繩經(jīng)過滑輪，滑輪上采用霍爾傳感器構(gòu)建的傳感電路，其輸出信號通過C51單片機(jī)進(jìn)行計數(shù)，C51單片機(jī)還需要與計算機(jī)進(jìn)行通訊和LED顯示驅(qū)動。因為由霍爾傳感器構(gòu)建傳感電路一般分辨率有限，例如滑輪每轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器輸出脈沖數(shù)一般為32，分辨率明顯偏低；另外，采用C51單片機(jī)進(jìn)行脈沖計數(shù)和通訊、以及深度顯示同時處理，會導(dǎo)致脈沖計數(shù)誤差很大，因為C51單片機(jī)運(yùn)行最高頻率有限和單核方式，會導(dǎo)致在進(jìn)行其他操作，例如與計算機(jī)進(jìn)行通訊的時候，會丟失計數(shù)脈沖。因此，此種方法深度測量誤差極大。在實際應(yīng)用中，如果鋼絲繩收放的速度過快，深度測量誤差比第一種測量方式還要大，并且非常難以控制。因此，現(xiàn)有井深測量方案存在效率低、測量誤差大、測量分辨率低、使用不靈活等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種高精度智能雙核井深測量裝置，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，其測量效率高，測量誤差小，測量分辨率高?！N高精度智能雙核井深測量裝置，包括鋼絲繩、滑輪、支架、增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器、電動鋼絲繩絞車及深度測量控制中心，鋼絲繩的一端連接測井探頭，另一端從上方包經(jīng)滑輪的局部輪面后與電動鋼絲繩絞車連接，所述滑輪通過滑動軸承設(shè)置在支架上，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器與所述滑輪傳動連接，滑輪每旋轉(zhuǎn)一周，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器軸承旋轉(zhuǎn)輸出相位差90°的兩路脈沖A相和B相脈沖信號，深度測量控制中心包括實時接收上述兩路脈沖信號并進(jìn)行相關(guān)處理的實時快速測量處理核、多線程處理核和外圍輸入輸出和驅(qū)動單元。如上所述的高精度智能雙核井深測量裝置，所述快速測量處理核包括濾波去抖動和整形模塊、計數(shù)模塊、計數(shù)輸入模塊、計數(shù)值輸出模塊，所述濾波去抖動和整形模塊用于執(zhí)行實時快速濾波去抖動和整形處理，輸出計數(shù)脈沖信號和增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)方向信號，計數(shù)模塊對脈沖信號根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向極性，進(jìn)行加I或者減I累加計數(shù)，脈沖累加計數(shù)值為η ;所述快速測量處理核采用計數(shù)輸入模塊通過多線程處理核對計數(shù)初值進(jìn)行預(yù)制，并通過計數(shù)輸出模塊將脈沖累加計數(shù)值η輸出到多線程處理核，然后進(jìn)行計算和顯示處理。
如上所述的高精度智能雙核井深測量裝置，所述多線程處理核用于讀取快速測量處理核輸出的脈沖累加計數(shù)值n，并通過外圍輸入輸出和驅(qū)動單元輸入配置滑輪直徑D參數(shù)以及增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器每旋轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)N參數(shù)，通過深度計算公式深度D印th =(O *D) /N) *n計算得到實時深度值Depth。如上所述的高精度智能雙核井深測量裝置，所述外圍輸入輸出和驅(qū)動單元包括分別與多線程處理核連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元、顯示單元、鍵盤輸入單元RS232通訊單元、非易失性存儲單元；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元與電動鋼絲繩絞車連接，所述滑輪直徑D參數(shù)以及增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器每旋轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)N參數(shù)通過鍵盤輸入單元或者通過上位系統(tǒng)采用RS232通訊單元進(jìn)行輸入配置；非易失性存儲單元用于存儲上述參數(shù)配置；顯示單元用于將多線程處理核計算出的實時深度值Depth進(jìn)行顯示。如上所述的高精度智能雙核井深測量裝置，所述快速測量處理核采用可編程門陣列數(shù)字處理芯片。
如上所述的高精度智能雙核井深測量裝置，多線程處理核采用ARM7單核處理器
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心/T O本發(fā)明中的實時快速測量處理核和多線程處理核組成了深度測量控制中心的智能雙處理核心，實時快速測量處理核專門負(fù)責(zé)增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號的濾波和計數(shù)處理，且該實時快速測量處理核采用可編程門陣列芯片，其具有處理速度快，實時性強(qiáng)特點，從而大大減少數(shù)據(jù)丟失降低了測量誤差，提高了測量的實時性；而多線程處理核主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互，實時性要求相對較低，而在深度測量智能化上具有強(qiáng)大的優(yōu)勢。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用了雙核心智能運(yùn)算處理方式，具有實時性好、數(shù)據(jù)丟失少、測量誤差小、測量分辨率高、測量效率高、通信通道多、驅(qū)動控制靈活和使用簡便等優(yōu)點。


圖I為本發(fā)明其中一實施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為本發(fā)明的整體控制電路框圖；圖3為本發(fā)明實時快速測量處理核201的電路框圖；圖4為本發(fā)明外圍輸入輸出和驅(qū)動單元203的電路框圖。圖5為本發(fā)明實時快速測量處理核201中濾波去抖動和整形模塊401輸出脈沖濾波去抖動和方向識別的示意圖；圖6為本發(fā)明的整體詳細(xì)控制電路框圖。圖中101-鋼絲繩，102-滑輪，103-支架，104-增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器，105-電動鋼絲繩絞車，106-深度測量控制中心，201-實時快速測量處理核，202-多線程處理核，203-外圍輸入輸出和驅(qū)動單元，301-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元，302-顯示單元，303-鍵盤輸入單元，304-RS232通訊單元，305-非易失性存儲單元，401-濾波去抖動和整形模塊，402-計數(shù)模塊，403-計數(shù)輸入模塊，404-計數(shù)值輸出模塊。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
請參考圖1，本發(fā)明提供一種高精度智能雙核井深測量裝置，包括鋼絲繩101、滑輪102、支架103、增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104、電動鋼絲繩絞車105和深度測量控制中心106，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104與深度測量控制中心106連接。請參考圖2，所述深度測量控制中心106包括依次連接的實時快速測量處理核201、多線程處理核202、及外圍輸入輸出和驅(qū)動單元203。鋼絲繩101的一端連接測井探頭，另一端從上方包經(jīng)滑輪102的局部輪面后與電動鋼絲繩絞車105連接，鋼絲繩101可由電動鋼絲繩絞車105上提或下放。在鋼絲繩101上提或下放過程中，鋼絲繩101帶動滑輪102相應(yīng)轉(zhuǎn)動正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；滑輪102通過滑動軸承設(shè)置在支架103上；增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104固定在支架103上；增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104通過其軸與滑輪102傳動連接，滑輪102每旋轉(zhuǎn)一周帶動增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104軸承旋轉(zhuǎn)一周。增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104軸承旋轉(zhuǎn)輸出相位差90°的兩路脈沖A相和B相脈沖信號(如圖5所示)，連接到實時快速測量處理核201，進(jìn)行脈沖去抖動濾波、旋轉(zhuǎn)方向識別和脈沖計數(shù)等，通過兩路相位差的正負(fù)可確定上述滑輪102的滑動方向，每個完整脈沖周期對應(yīng)一個設(shè)定的基本長度，其中增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104輸出的兩路相位相差90°的脈沖信號一個完整周期才產(chǎn)生一個輸出計數(shù)脈沖信號；然后多線程處理核202讀取脈沖累加計數(shù)值，并通過外圍輸入輸出和驅(qū)動單元203輸入配置滑輪102直徑D參數(shù)以及增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104每旋轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)N參數(shù)，通過深度計算公式深度D印th=(O *D) /N) *n,其中η為實時脈沖累加計數(shù)值,從而得到實時深度值Depth。請參考圖3，所述快速測量處理核201包括濾波去抖動和整形模塊401、計數(shù)模塊402、計數(shù)輸入模塊403、計數(shù)值輸出模塊404，濾波去抖動和整形模塊401與增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104的輸出端連接，濾波去抖動和整形模塊401的輸出端與計數(shù)模塊402連接，計數(shù)輸入模塊403、計數(shù)值輸出模塊404分別與計數(shù)模塊402連接。所述快速測量處理核201首先將增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104輸出的兩路相位相差 90°的脈沖信號通過濾波去抖動和整形模塊401執(zhí)行實時快速濾波去抖動和整形處理，輸出計數(shù)脈沖信號和增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104旋轉(zhuǎn)方向信號；然后計數(shù)模塊402對脈沖信號根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向極性，進(jìn)行加I或者減I累加計數(shù)，累加計數(shù)值為η ;所述快速測量處理核201采用計數(shù)輸入模塊403通過多線程處理核202對計數(shù)初值進(jìn)行預(yù)制，并通過計數(shù)輸出模塊404將累加計數(shù)值η輸出到多線程處理核202，然后進(jìn)行計算和顯示處理。請參考圖4，所述外圍輸入輸出和驅(qū)動單元203包括分別與多線程處理核202連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元301、顯示單元302、鍵盤輸入單元303、RS232通訊單元304、非易失性存儲單元305。多線程處理核202將上述計算出的實時深度值Depth送至外圍輸入輸出和驅(qū)動單元203的顯示單元302進(jìn)行顯示。電動鋼絲繩絞車105與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元301連接，采用自動控制方式，其速度通過上位系統(tǒng)靈活配置。本發(fā)明詳細(xì)的電路框圖請參見圖6。本發(fā)明具體實施中，滑輪102直徑D選取為150mm，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104每旋轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)N參數(shù)選取為1000。這兩個參數(shù)采用鍵盤輸入單元303或者通過上位系統(tǒng)采用RS232通訊單元304進(jìn)行輸入配置。該參數(shù)配置完成后，通過多線程處理核202存入非易失性存儲單元305，在下次上電使用時可無需再次配置。根據(jù)上述選取的參數(shù)，則井深測量的分辨率為(π *D)/N，即O. 471mm ;增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104每旋轉(zhuǎn)一周對應(yīng)的深度是471mm，即O. 471m。對于井深測量，需要通過鍵盤輸入單元303或者通過上位系統(tǒng)采用RS232通訊單元304進(jìn)行井深的初值配置。本發(fā)明在實施中，測井探頭在一個井深80m的井口時，設(shè)置初始深度為0，然后下放到接近井底，顯示測井深度為79. 523m,然后再次上拉到井口，顯示測井深度為O. 001m。通過多次反復(fù)下放探頭和上拉探頭進(jìn)行井深測量，具有一致性。該井深測量分辨率、測量精度準(zhǔn)確性滿足井深測量要求。本發(fā)明在實施中，采用電動鋼絲繩絞車105自動控制方式，通過鍵盤輸入單元303或者通過上位系統(tǒng)采用RS232通訊單元304進(jìn)行測井探頭下放和上拉速度的配置后，井深測量將自動進(jìn)行，無需人工干預(yù)，提高了井深測量效率。本發(fā)明光電旋轉(zhuǎn)編碼器采用的是增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器104，所以對于井深測量 最大深度沒有限制，而在本發(fā)明實施中通過程序做了限定，限定最深深度為999. 999m，有效顯不最小1mm，即O. OOlm0所述快速測量處理核201可采用可編程門陣列數(shù)字處理芯片，多線程處理核202可采用ARM7單核處理器芯片。本發(fā)明在實施中，在野外鉆孔現(xiàn)場作業(yè)，井深測量不受周圍環(huán)境的影響，具有抗干擾性特點。本發(fā)明也可適用于其他場所測量距離或長度。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種高精度智能雙核井深測量裝置，其特征在于包括鋼絲繩(101)、滑輪(102)、支架(103)、增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(104)、電動鋼絲繩絞車(105)及深度測量控制中心(106)，鋼絲繩(101)的一端連接測井探頭，另一端從上方包經(jīng)滑輪(102)的局部輪面后與電動鋼絲繩絞車(105)連接，所述滑輪(102)通過滑動軸承設(shè)置在支架(103)上，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(104)與所述滑輪(102)傳動連接，滑輪(102)每旋轉(zhuǎn)一周，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(104)軸承旋轉(zhuǎn)輸出相位差90°的兩路脈沖A相和B相脈沖信號，深度測量控制中心(106)包括實時接收上述兩路脈沖信號并進(jìn)行相關(guān)處理的實時快速測量處理核(201)、多線程處理核(202)和外圍輸入輸出和驅(qū)動單元(203)。
2.如權(quán)利要求I所述的高精度智能雙核井深測量裝置，其特征在于所述快速測量處理核(201)包括濾波去抖動和整形模塊(401)、計數(shù)模塊(401)、計數(shù)輸入模塊(403)、計數(shù)值輸出模塊(404)，所述濾波去抖動和整形模塊(401)用于執(zhí)行實時快速濾波去抖動和整形處理，輸出計數(shù)脈沖信號和增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(104)旋轉(zhuǎn)方向信號，計數(shù)模塊(402)對脈沖信號根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向極性，進(jìn)行加I或者減I累加計數(shù)，脈沖累加計數(shù)值為n ;所述快速測量處理核(201)采用計數(shù)輸入模塊(403)通過多線程處理核(202)對計數(shù)初值進(jìn)行預(yù)制，并通過計數(shù)輸出模塊(404)將脈沖累加計數(shù)值n輸出到多線程處理核(202)，然后進(jìn)行計算和顯示處理。
3.如權(quán)利要求2所述的高精度智能雙核井深測量裝置，其特征在于所述多線程處理核(202)用于讀取快速測量處理核(201)輸出的脈沖累加計數(shù)值n，并通過外圍輸入輸出和驅(qū)動單元(203)輸入配置滑輪(102)直徑D參數(shù)以及增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(104)每旋轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)N參數(shù),通過深度計算公式深度Depth = (O *D) /N) *n計算得到實時深度值Depth。
4.如權(quán)利要求3所述的高精度智能雙核井深測量裝置，其特征在于所述外圍輸入輸出和驅(qū)動單元(203)包括分別與多線程處理核(202)連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元(301)、顯示單元(302)、鍵盤輸入單元(303)、RS232通訊單元(304)、非易失性存儲單元(305);步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元(301)與電動鋼絲繩絞車(105)連接，所述滑輪(102)直徑D參數(shù)以及增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(104)每旋轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)N參數(shù)通過鍵盤輸入單元(303)或者通過上位系統(tǒng)采用RS232通訊單元(304)進(jìn)行輸入配置；非易失性存儲單元(305)用于存儲上述參數(shù)配置；顯示單元(302)用于將多線程處理核(202)計算出的實時深度值D印th進(jìn)行顯示。
5.如權(quán)利要求I所述的高精度智能雙核井深測量裝置，其特征在于所述快速測量處理核(201)采用可編程門陣列數(shù)字處理芯片。
6.如權(quán)利要求I所述的高精度智能雙核井深測量裝置，其特征在于多線程處理核(202)采用ARM7單核處理器芯片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高精度智能雙核井深測量裝置，包括鋼絲繩、滑輪、支架、增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器、電動鋼絲繩絞車及深度測量控制中心，鋼絲繩的一端連接測井探頭，另一端從上方包經(jīng)滑輪的局部輪面后與電動鋼絲繩絞車連接，所述滑輪通過滑動軸承設(shè)置在支架上，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器與所述滑輪傳動連接，滑輪每旋轉(zhuǎn)一周，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器軸承旋轉(zhuǎn)輸出相位差90°的兩路脈沖A相和B相脈沖信號，深度測量控制中心包括實時接收上述兩路脈沖信號并進(jìn)行相關(guān)處理的實時快速測量處理核、多線程處理核和外圍輸入輸出和驅(qū)動單元。本發(fā)明用于測量井深、孔深等，具有實時性好，精度高，效率高、智能等優(yōu)點。
文檔編號E21B47/04GK102758615SQ201210252108
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者劉海濤, 盧臨風(fēng), 孫云志, 崔淑芬, 王鵬, 董亮, 蔡耀軍, 高建華, 魏一帆, 魏巖峻, 黃小軍 申請人:水利部長江勘測技術(shù)研究所, 長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司