用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備，包括地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)，地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)通過電纜電線連接。該地面系統(tǒng)包括電源、四個MOSFET管、第一比較器、差分運放、12個電阻和信號處理終端。該井下系統(tǒng)包括二極管、電容、電壓轉(zhuǎn)換電路、第二比較器、第三比較器、4個電阻和信號處理電路。信號處理終端接收并處理信號后，以高低電平的形式輸出，四個MOSFET管會因信號處理電路輸出電平的高低變化而導(dǎo)通或截止。當(dāng)信號處理終端輸出一高電平，信號處理電路的輸入端電壓為低電平；當(dāng)信號處理終端輸出一低電平，信號處理電路的輸入端電壓為高電平，完成地面系統(tǒng)信號向井下系統(tǒng)傳輸過程。本發(fā)明的成本低，能實現(xiàn)雙向信號傳輸，且信號傳輸穩(wěn)定。
【專利說明】用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號傳輸設(shè)備，且特別涉及一種用于煤層氣井的信號傳輸設(shè)備。【背景技術(shù)】
[0002]生產(chǎn)測井在石油煤炭開發(fā)中發(fā)揮著重要的作用，在生產(chǎn)測井系統(tǒng)中，地面設(shè)備一般利用單芯測井電纜作為傳輸通道，從而對井下儀器進行遠程供電、信息采集和控制，從而獲得多種復(fù)雜的井眼信息作為合理開發(fā)的依據(jù)。
[0003]當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)中，在生產(chǎn)測井領(lǐng)域，利用一到兩個芯片對井下儀器測得的信號進行處理，處理后的數(shù)據(jù)主要依靠常規(guī)的單芯測井電纜實現(xiàn)地面系統(tǒng)和井下儀器間的傳輸。然而，由于受傳輸介質(zhì)、設(shè)計思想、制造工藝和井下高溫、高壓、井口動力設(shè)備干擾等惡劣環(huán)境的影響，數(shù)據(jù)傳輸過程中容易受信號衰減、失真、電磁干擾等問題困擾。此外，現(xiàn)有技術(shù)中的芯片價格較貴，導(dǎo)致整個設(shè)備成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于煤層氣井探測信號的傳輸設(shè)備，能實現(xiàn)雙向信號傳輸，信號傳輸穩(wěn)定、成本也比較低。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備，包括地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)，其特征在于，地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)通過電纜電線連接。
[0007]所述的地面系統(tǒng)包括電源、四個MOSFET管、第一比較器、差分運放、12個電阻和信號處理終端；電源一端接地，另一端輸出的工作電壓至信號處理終端、第一比較器、第一電阻和第一 MOSFET管的漏極和差分運放，信號處理終端的另一端接地，第一比較器的另一端接地，差分運放的另一端接地，第一電阻的另一端和第一比較器的負輸入端連接，第二電阻的一端連接至第一比較器的負輸入端，第二電阻的另一端接地，第一比較器的輸出端和信號處理終端的輸入端連接，信號處理終端的輸出端和第三MOSFET管和第四MOSFET管的柵極連接，第三電阻的一端接入第三MOSFET管的柵極，另一端接地；第十二電阻的一端接入第四MOSFET管的柵極，另一端接地；第四MOSFET管的源極接地，漏極與第十電阻連接，第十電阻的另一端和第八電阻的一端連接，第八電阻的另一端和第七電阻連接，第七電阻的另一端和第六電阻連接，第六電阻的另一端接地，第九電阻的一端接入第八電阻和第十電阻之間，另一端接入差分運放的負輸入端和第十一電阻的并聯(lián)端，第十一電阻的另一端和差分運放的輸出端連接后接入第一比較器的正輸入端，差分運放的正輸入端接入第六電阻和第七電阻之間，第四電阻和第五電阻分別接入第一 MOSFET管的漏極，第四電阻的另一端和第二 MOSFET管的柵極連接后接入第三MOSFET管的漏極，第五電阻的另一端和第一 MOSFET管的柵極連接后接入第二 MOSFET管的漏極，第二 MOSFET管的源極接地，第三MOSFET管的源極接地，第一 MOSFET管的源極接入第七電阻和第八電阻之間，電纜電線由第八電阻和第十電阻之間引出接入井下系統(tǒng)。[0008]所述的井下系統(tǒng)包括二極管、電容、電壓轉(zhuǎn)換電路、第二比較器、第三比較器、四個電阻和信號處理電路；第十三電阻、十五電阻和二極管的陽極并聯(lián)后接入通過電纜電線連接至地面系統(tǒng)中的第八電阻和第十電阻之間，二極管的陰極連接至電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端，電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端輸出的工作電壓至第二比較器、信號處理電路、第十六電阻、第三比較器和電容正極，電容負極接地，信號處理電路另一端接地，第二比較器和第三比較器另一端分別接地，第二比較器的正輸入端和信號處理電路的輸出端連接，第三比較的輸出端和信號處理電路的輸入端連接，第二比較器和第三比較器的負輸入端分別輸入2.5V直流電壓，第十六電阻的另一端接入第三比較器輸出端和信號處理電路的輸入端之間，第十五電阻的另一端和第二比較器的輸出端連接，第十三電阻的另一端和第十四電阻串聯(lián)，第十四電阻的另一端接地，第三比較器的正輸入端接入第十三電阻和十四電阻之間。
[0009]所述的電纜電線為單芯同軸電纜。
[0010]所述的信號處理電路輸入電平的高低狀態(tài)受第一至第四MOSFET管的導(dǎo)通或截止影響，該信號處理終端輸出一高電平時，第三和第四MOSFET管導(dǎo)通，第一和第二 MOSFET管因第三MOSFET管的導(dǎo)通而截止，信號處理電路輸入端電壓為低電平；信號處理終端輸出一低電平時，第三和第四MOSFET管截止，第一和第二 MOSFET管因第三MOSFET管的截止而導(dǎo)通，信號處理電路輸入端電壓為高電平，完成地面系統(tǒng)信號向井下系統(tǒng)傳輸過程。
[0011]當(dāng)信號處理電路輸出一高電平時，通過控制井下系統(tǒng)自身消耗的電流，使經(jīng)過第八電阻的電流為較高值，當(dāng)信號處理電路輸出一低電平時，通過控制井下系統(tǒng)自身消耗的電流，使經(jīng)過第八電阻的電流為較低值，然后將經(jīng)過第八電阻的電流變化轉(zhuǎn)化第八電阻兩端的電壓變化，再經(jīng)過差分運放放大信號，將此電壓信號經(jīng)過比較器與設(shè)定電壓比較后，判斷信號處理終端輸入的高低電平狀態(tài)，完成井下系統(tǒng)信號向地面系統(tǒng)傳輸?shù)倪^程。
[0012]所述的第一 MOSFET管為P溝道MOSFET管，所述的第二 MOSFET管、第三MOSFET管、第四MOSFET管分別為N溝道MOSFET管。
[0013]所述的該差分運放為一電壓感應(yīng)器，利用第八電阻R8兩端的電壓差，并將這個電壓差放大后，再利用第一比較器判斷后，獲得一個高低電平的信號。
[0014]所述的信號處理終端為信號處理收發(fā)裝置。
[0015]所述的二極管的陽極通過電纜連接至地面系統(tǒng)中的第八電阻和第十電阻之間，陰極連接至電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端，該二極管在地面系統(tǒng)向井下系統(tǒng)供電時導(dǎo)通，可防止井下系統(tǒng)由電容供電時，電路自身對電流的消耗。
[0016]所述的電壓轉(zhuǎn)換電路將通過二極管輸入的電壓轉(zhuǎn)化為適合信號處理電路的電壓，并把轉(zhuǎn)換后的電壓輸入至信號處理電路、第二比較器、第十六電阻、第三比較器和電容。
[0017]當(dāng)信號處理終端輸出一低電平，地面系統(tǒng)會停止對井下系統(tǒng)的供電，該電容為井下系統(tǒng)提供短時供電，并且完成井下系統(tǒng)信號向地面系統(tǒng)的傳遞。
[0018]所述的信號處理電路為信號處理收發(fā)裝置。
[0019]本發(fā)明的信號傳輸設(shè)備通過將在井下檢測后的數(shù)據(jù)直接通過電流調(diào)整，動態(tài)負載反饋至地面，通過將在地面檢測后的數(shù)據(jù)直接通過MOSFET管的通斷反饋至井下，信號不會失真，因此，信號傳輸穩(wěn)定性好。同時，本發(fā)明采用的電子元件均成本較低，且電路結(jié)構(gòu)簡單，大大降低了設(shè)備成本。
[0020]上述說明僅僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明較佳實施例的信號傳輸設(shè)備的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明針對以上所述傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問題，提出一種信號傳輸穩(wěn)定、成本較低，能實現(xiàn)雙向傳輸?shù)男盘杺鬏斣O(shè)備，該設(shè)備用于煤層氣井的信號檢測。請參閱圖1，圖1是本發(fā)明較佳實施例的信號傳輸設(shè)備的電路示意圖。本實施例中，信號傳輸設(shè)備包括地面系統(tǒng)10和井下系統(tǒng)20，地面系統(tǒng)10和井下系統(tǒng)20通過電纜電線30連接，以從地面系統(tǒng)10供應(yīng)電壓和傳輸信號至井下系統(tǒng)20，并從井下系統(tǒng)20將從井下測得的信號傳輸至地面系統(tǒng)10。該電纜電線30為單芯同軸電纜，其長度可達到4000米以上。
[0023]所述的地面系統(tǒng)10包括電源P1、四個MOSFET管(Ql，Q2，Q3，Q4)，第一比較器U1、差分運放Ull、12個電阻(Rl?R12)和信號處理終端U21 ;其中，電源Pl用于供應(yīng)工作電壓，在本實施例中，該工作電壓為12V ;地面系統(tǒng)10的具體電纜連接關(guān)系詳述如下:電源Pl一端接地，另一端輸出12V電壓至信號處理終端U21、第一比較器U1、第一電阻Rl和第一MOSFET管Ql的漏極和差分運放U11，信號處理終端U21的另一端接地，第一比較器Ul的另一端接地，差分運放Ull的另一端接地，第一電阻Rl的另一端和比較器Ul的負輸入端連接，第二電阻R2的一端連接至第一比較器Ul的負輸入端，第二電阻R2的另一端接地，第一比較器Ul的輸出端和信號處理終端U21的輸入端連接，信號處理終端U21的輸出端和第三MOSFET管Q3的柵極連接于節(jié)點E，信號處理終端U21和第四MOSFET管Q4的柵極連接與節(jié)點F ;第三電阻R3的一端與第三MOSFET管Q3的柵極連接于節(jié)點E，另一端接地；第十二電阻R12的一端與第四MOSFET管Q4的柵極連接于節(jié)點F，另一端接地；第四MOSFET管Q4的源極接地，漏極與第十電阻RlO連接于節(jié)點G ;第十電阻RlO的另一端和第八電阻R8的一端連接與節(jié)點N，第八電阻R8的另一端和第七電阻R7連接于節(jié)點L，第七電阻R7的另一端和第六電阻R6連接于節(jié)點X，第六電阻R6的另一端接地；第九電阻R9的一端接入第八電阻R8和第十電阻RlO之間的節(jié)點M，另一端分別接入差分運放Ull的負輸入端和第十一電阻Rll的并聯(lián)節(jié)點J，第十一電阻Rll的另一端和差分運放Ull的輸出端并聯(lián)于節(jié)點K之后，再接入第一比較器Ul的正輸入端，差分運放Ull的正輸入端接入第六電阻R6和第七電阻R7之間的節(jié)點X，第四電阻R4和第五電阻R5分別接入第一 MOSFET管Ql的漏極，第五電阻R5和第一 MOSFET管Ql的漏極的節(jié)點為A，第四電阻R4的另一端和第二 MOSFET管Q2的柵極并聯(lián)后的節(jié)點為D，再接入第三MOSFET管Q3的漏極，第五電阻R5的另一端和第一 MOSFET管Ql的柵極并聯(lián)后的節(jié)點為C，在接入第二 MOSFET管Q2的漏極，第二 MOSFET管Q2的源極接地，第三MOSFET管Q3的源極接地，第一 MOSFET管Ql的源極接入第七電阻R7和第八電阻R8之間的節(jié)點B，同軸電纜電線30由第八電阻R8和第十電阻RlO之間的節(jié)點N引出接入井下系統(tǒng)20。
[0024]所述的井下系統(tǒng)20包括二極管D1、電容Cl、電壓轉(zhuǎn)換電路U22、第二比較器U2、第三比較器U3、四個電阻(R13?R16)和信號處理電路U23 ;井下系統(tǒng)20的具體電纜連接關(guān)系詳述如下:第十三電阻R13、第十五電阻R15并聯(lián)節(jié)點為R，再接入二極管Dl的陽極節(jié)點為O，節(jié)點O通過同軸電纜電線30接入地面系統(tǒng)10中第八電阻R8和第十電阻RlO之間的節(jié)點N，二極管Dl的陰極和電壓轉(zhuǎn)換電路U22的輸入端直接的節(jié)點為P，電壓轉(zhuǎn)換電路U22的輸出端輸出5V電壓至第二比較器U2的節(jié)點為T、信號處理電路U23的節(jié)點為U、第十六電阻R16和第三比較器U3的并聯(lián)節(jié)點V、電容Cl正極節(jié)點為Q，電容Cl負極接地，信號處理電路U23另一端接地，第二比較器U2和第三比較器U3另一端分別接地，第二比較器U2的正輸入端和信號處理電路U23的輸出端連接，第三比較器U3的輸出端和信號處理電路U23的輸入端連接于節(jié)點W，第二比較器U2和第三比較器U3的負輸入端分別輸入2.5V直流電壓，第十六電阻R16的另一端接入第三比較器U3輸出端和信號處理電路U23的輸入端之間的節(jié)點W，第十五電阻R15的另一端和第二比較器U2的輸出端連接，第十三電阻R13的另一端和第十四電阻R14串聯(lián)于節(jié)點S，第十四電阻R14的另一端接地，第三比較器U3的正輸入端接入第十三電阻R13和第十四電阻R14之間的節(jié)點S。
[0025]在本實施例中，較佳情況下，第一 MOSFET管Ql為P溝道MOSFET管，第二 MOSFET管Q2、第三MOSFET管Q2、第四MOSFET管Q4分別為N溝道MOSFET管。
[0026]差分運放Ull作為一電壓感應(yīng)器，利用第八電阻R8兩端的電壓差，并將這個電壓差放大后，再利用第一比較器Ui判斷后，獲得一個高低電平的信號。
[0027]信號處理終端U21為一信號處理和收發(fā)裝置，從市場購買得到。
[0028]二極管Dl的陽極通過同軸電纜電線30連接至地面系統(tǒng)10中的第八電阻R8和第十電阻RlO之間的節(jié)點N，陰極連接至電壓轉(zhuǎn)換電路U22的輸入端，二極管Dl在地面系統(tǒng)10向井下系統(tǒng)20供電時導(dǎo)通，二極管Dl可防止井下系統(tǒng)20由電容Cl供電時，電路自身對電流的消耗。
[0029]電壓轉(zhuǎn)換電路U22將通過二極管Dl輸入的電壓轉(zhuǎn)化為適合信號處理電路U23的電壓，并把轉(zhuǎn)換后的電壓輸入至信號處理電路U23、第三比較器U3、第十六電阻R16、第二比較器U2和電容Cl，電壓轉(zhuǎn)換電路U22從市場購買得到，。
[0030]當(dāng)信號處理終端U21為一低電平，地面系統(tǒng)10會停止對井下系統(tǒng)20的供電，電容Cl為井下系統(tǒng)20提供短時供電，從而完成井下系統(tǒng)20彳目號向地面系統(tǒng)10的傳遞。
[0031]信號處理電路U23為一信號處理和收發(fā)裝置，從市場購買得到。
[0032]綜上所述，信號處理電路U23輸入電平的高低狀態(tài)受四個MOSFET管(Ql?Q4)的導(dǎo)通或截止影響，該信號處理終端U21輸出一高電平時，第三MOSFET管Q3和第四MOSFET管Q4導(dǎo)通，第一 MOSFET管Ql和第二 MOSFET管Q2因第三MOSFET管Q3的導(dǎo)通而截止，信號處理電路U23輸入端電壓為低電平；信號處理終端輸出一低電平時，第三MOSFET管Q3和第四MOSFET管Q4截止，第一 MOSFET管Ql和第二 M0SFETQ管2因第三MOSFET管Q3的截止而導(dǎo)通，信號處理電路U23輸入端電壓為高電平，完成地面系統(tǒng)10信號向井下系統(tǒng)20傳輸過程。
[0033]綜上所述，信號處理電路U23輸出一高電平時，通過控制井下系統(tǒng)自身消耗的電流，使經(jīng)過第八電阻R8的電流為較高值，當(dāng)信號處理電路U23輸出一低電平時，通過控制井下系統(tǒng)自身消耗的電流，使經(jīng)過第八電阻R8的電流為較低值，然后將經(jīng)過第八電阻R8的電流變化轉(zhuǎn)化第八電阻R8兩端的電壓變化，再經(jīng)過差分運放Ull放大信號，將此電壓信號經(jīng)過比較器Ul與設(shè)定電壓比較后，判斷信號處理終端U21輸入的高低電平狀態(tài)，完成井下系統(tǒng)20信號向地面系統(tǒng)10傳輸?shù)倪^程。
[0034]綜上所述，本發(fā)明的信號傳輸設(shè)備通過將在井下檢測后的數(shù)據(jù)直接通過電流調(diào)整，動態(tài)負載反饋至地面，通過將在地面檢測后的數(shù)據(jù)直接通過MOSFET管的通斷反饋至井下，信號不會失真，因此，信號傳輸穩(wěn)定性好。同時，本發(fā)明采用的電子元件均成本較低，且電路結(jié)構(gòu)簡單，大大降低了設(shè)備成本。
[0035]以上所述，僅是本發(fā)明的實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備，包括地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)，地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)通過電纜電線連接，其特征在于: 所述的地面系統(tǒng)包括電源、四個MOSFET管、第一比較器、差分運放、12個電阻和信號處理終端；電源一端接地，另一端輸出的工作電壓至信號處理終端、第一比較器、第一電阻和第一 MOSFET管的漏極和差分運放，信號處理終端的另一端接地，第一比較器的另一端接地，差分運放的另一端接地，第一電阻的另一端和第一比較器的負輸入端連接，第二電阻的一端連接至第一比較器的負輸入端，第二電阻的另一端接地，第一比較器的輸出端和信號處理終端的輸入端連接，信號處理終端的輸出端和第三MOSFET管和第四MOSFET管的柵極連接，第三電阻的一端接入第三MOSFET管的柵極，另一端接地；第十二電阻的一端接入第四MOSFET管的柵極，另一端接地；第四MOSFET管的源極接地，漏極與第十電阻連接，第十電阻的另一端和第八電阻的一端連接，第八電阻的另一端和第七電阻連接，第七電阻的另一端和第六電阻連接，第六電阻的另一端接地，第九電阻的一端接入第八電阻和第十電阻之間，另一端接入差分運放的負輸入端和第十一電阻的并聯(lián)端，第十一電阻的另一端和差分運放的輸出端連接后接入第一比較器的正輸入端，差分運放的正輸入端接入第六電阻和第七電阻之間，第四電阻和第五電阻分別接入第一 MOSFET管的漏極，第四電阻的另一端和第二 MOSFET管的柵極連接后接入第三MOSFET管的漏極，第五電阻的另一端和第一 MOSFET管的柵極連接后接入第二 MOSFET管的漏極，第二 MOSFET管的源極接地，第三MOSFET管的源極接地，第一 MOSFET管的源極接入第七電阻和第八電阻之間，電纜電線由第八電阻和第十電阻之間引出接入井下系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備，其特征在于，所述的井下系統(tǒng)包括二極管、電容、電壓轉(zhuǎn)換電路、第二比較器、第三比較器、四個電阻和信號處理電路；第十三電阻、十五電阻和二極管的陽極并聯(lián)后接入通過電纜電線連接至地面系統(tǒng)中的第八電阻和第十電阻之間，二極管的陰極連接至電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端，電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端輸出的工作電壓至第二比較器、信號處理電路、第十六電阻、第三比較器和電容正極，電容負極接地，信號處理電路另一端接地，第二比較器和第三比較器另一端分別接地，第二比較器的正輸入端和信號處理電路的輸出端連接，第三比較的輸出端和信號處理電路的輸入端連接，第二比較器和第三比較器的負輸入端分別輸入2.5V直流電壓，第十六電阻的另一端接入第三比較器輸出端和信`號處理電路的輸入端之間，第十五電阻的另一端和第二比較器的輸出端連接，第十三電阻的另一端和第十四電阻串聯(lián)，第十四電阻的另一端接地，第三比較器的正輸入端接入第十三電阻和十四電阻之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備，其特征在于，所述的電纜電線為單芯同軸電纜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備，其特征在于，所述的第一 MOSFET管為P溝道MOSFET管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備，其特征在于，所述的第二 MOSFET管、第三MOSFET管、第四MOSFET管分別為N溝道MOSFET管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備，其特征在于，所述的該差分運放為一電壓感應(yīng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備，其特征在于，所述的信號處理終端為信號處理收發(fā)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于煤層氣井探測信號的信號傳輸設(shè)備，其特征在于，所述的信號處理電路為信號處`理收發(fā)裝置。
【文檔編號】E21B47/12GK103867190SQ201210530267
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】劉志強, 聶曉楠, 官睿 申請人:武漢四方光電科技有限公司