專利名稱：鉆車隨鉆測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆車隨鉆測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鉆車隨鉆測量系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于石油開采、管線鋪設(shè)、地下挖掘等設(shè)備。目前傳統(tǒng)的鉆車隨鉆測量系統(tǒng)由地下發(fā)射部分和地面接收部分構(gòu)成，成本相對(duì)較低并且易于實(shí)施，但是由于鉆車鉆頭定位不準(zhǔn)確，無線信號(hào)傳播的局限性以及調(diào)制解調(diào)電路帶來的信號(hào)誤差，使得鉆車隨鉆測量系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)信息不夠精確。在鉆車隨鉆測量系統(tǒng)中，慣性傳感器是經(jīng)常使用的測量手段，但是慣性傳感器容易受到振動(dòng)、磁場、溫度等的干擾，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息不準(zhǔn)確，甚至失效。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型在于克服上述不足，提供一種能夠?qū)︺@車鉆頭進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位，獲取的數(shù)據(jù)信息精確性好，具備良好可實(shí)施性的鉆車隨鉆測量系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鉆車隨鉆測量系統(tǒng)包括傳感器模塊、信號(hào)棒、CPU模塊和顯示器，所述傳感器模塊包括三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸磁強(qiáng)計(jì)、溫度傳感器和電流傳感器，所述三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀設(shè)有UART串行通訊接口，所述三軸磁強(qiáng)計(jì)設(shè)有SPI串行通訊接口，所述溫度傳感器和電流傳感器設(shè)有AD串行通訊接口 ；所述信號(hào)棒包括DSP處理器和電源模塊，所述DSP處理器含有與電源模塊相連接的電源接口和與傳感器模塊相連接的通訊接口模塊，所述通訊接口模塊包括UART串行通訊接口、SPI串行通訊接口、AD串行通訊接口和CAN串行通訊接口 ；所述CPU模塊包括CAN串行通訊接口和現(xiàn)場總線接口，所述現(xiàn)場總線接口與鉆車主控制臺(tái)相連。本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，所述傳感器模塊與DSP處理器封裝在艙體內(nèi)，所述艙體與無磁鉆鋌通過機(jī)械連接。本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，所述DSP處理器和鉆桿之間、鉆桿與鉆桿之間通過CAN串行通訊接口相連。本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，所述顯示器為五個(gè)多段紅色數(shù)碼管。本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，傳感器數(shù)據(jù)在DSP處理器、傳感器模塊和CPU模塊之間通過CAN總線進(jìn)行傳遞。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，基于DSP處理器的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)研制的鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，可以快速處理多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)；利用CAN總線傳輸打包的傳感器數(shù)據(jù)，共模抑制能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠；使用卡爾曼濾波數(shù)據(jù)融合算法保證了隨鉆測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可靠性和精確性；使用CPU模塊和顯示器實(shí)時(shí)顯示的方法，可以在線實(shí)時(shí)為鉆頭糾偏提供幫助；電源模塊和傳感器模塊尺寸小，集成度高，方便實(shí)施，實(shí)用性強(qiáng)；鉆車隨鉆測量系統(tǒng)模塊化程度高，適合于強(qiáng)振動(dòng)、大扭矩的現(xiàn)場惡劣環(huán)境。

圖I為本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)包括傳感器模塊、信號(hào)棒、CPU模塊和顯示器，所述傳感器模塊包括三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸磁強(qiáng)計(jì)、溫度傳感器和電流傳感器，所述三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀設(shè)有UART串行通訊接口，所述三軸磁強(qiáng)計(jì)設(shè)有SPI串行通訊接口，所述溫度傳感器和電流傳感器設(shè)有AD串行通訊接口 ；所述信號(hào)棒包括DSP處理器和電源模塊，所述DSP處理器的核心芯片TMS320F28335具備強(qiáng)大的浮點(diǎn)數(shù)處理能力，運(yùn)算速度高達(dá)150MHz，所述DSP處理器含有與電源模塊相連接的電源接口和與傳感器模塊相連接的通訊接口模塊，所述通訊接口模塊包括UART串行通訊接口、SPI串行通訊接口、AD串行通訊接口和CAN串行通訊接口 ；所述電源模塊含有多路輸出電壓，滿足各種傳感器需要；所述CPU模塊有ARM9內(nèi)核，所述CPU模塊設(shè)有CAN串行通訊接口、顯示器驅(qū)動(dòng)接口和現(xiàn)場總線接口，所述現(xiàn)場總線接口與鉆車主控制臺(tái)相連；所述顯示器為五個(gè)多段紅色數(shù)碼管，所述顯示器實(shí)時(shí)顯示鉆頭的橫滾角、俯仰角、偏航角信息、環(huán)境溫度以及鉆頭電流強(qiáng)度信息。所述三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸磁強(qiáng)計(jì)通過一塊硬件電路板對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后通過UART串行通訊接口與DSP處理器相連，溫度傳感器和電流測量傳感器則直接接入DSP處理器的AD串行通訊接口 ；傳感器模塊與DSP處理器封裝在一個(gè)圓柱形艙體內(nèi)，所述圓柱形艙體與無磁鉆鋌通過機(jī)械連接，所述無磁鉆鋌是為了保證傳感器模塊的數(shù)據(jù)不受鐵磁場影響而專門設(shè)計(jì)；所述電源模塊采用鋰聚合物，提供5V、9V、12V電壓輸出，供傳感器模塊和DSP處理器使用，所述電源模塊安裝在DSP處理器之后，所述電源模塊與無磁鉆鋌通過機(jī)械連接；所述DSP處理器的CAN串行通訊接口與鉆桿的CAN串行通訊接口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述鉆桿的兩端均設(shè)有CAN串行通訊接口，以保證數(shù)據(jù)傳輸通暢。末端鉆桿的CAN串行通訊接口與CPU模塊相連接，用來接收傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)解析，并對(duì)一些諸如短路和斷路的基本故障進(jìn)行診斷，并將結(jié)果發(fā)送至鉆車主控制臺(tái)。此外，CPU模塊還負(fù)責(zé)將采集的傳感器數(shù)據(jù)在顯示器中動(dòng)態(tài)顯示。如圖2所示，圖2為本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，傳感器數(shù)據(jù)首先使用傳感器模塊進(jìn)行采集，然后送至DSP處理器進(jìn)行處理并按預(yù)定的協(xié)議打包，再經(jīng)過CAN總線逐次通過多個(gè)鉆桿到達(dá)CPU模塊；CPU模塊解析傳感器數(shù)據(jù)，并將傳感器數(shù)據(jù)在顯示器中更新，同時(shí)將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至鉆車主控制臺(tái)；鉆車主控制臺(tái)下達(dá)的命令沿圖中數(shù)據(jù)流方向逆行達(dá)到DSP處理器，并最終達(dá)到傳感器模塊。圖2的工作原理如下由鉆車主控制臺(tái)下達(dá)指令，指令經(jīng)預(yù)定通訊接口發(fā)送至CPU模塊，CPU模塊經(jīng)過命令解析后指定系統(tǒng)的工作模式為主動(dòng)式或被動(dòng)式，主動(dòng)式是鉆車主控制臺(tái)和傳感器數(shù)據(jù)之間的應(yīng)答模式，被動(dòng)式指的是傳感器數(shù)據(jù)在鉆車主控制臺(tái)的動(dòng)態(tài)刷新模式。主動(dòng)式可以在鉆頭停止工作時(shí)工作，此時(shí)傳感器數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確；被動(dòng)式的數(shù)據(jù)不精確，但可以隨時(shí)反應(yīng)鉆頭的工作狀況。CPU模塊指定工作模式后，將傳感器數(shù)據(jù)打包經(jīng)CAN總線發(fā)送至DSP處理器，DSP處理器接到傳感器數(shù)據(jù)請(qǐng)求后向傳感器模塊發(fā)出請(qǐng)求信息，傳感器模塊在接到所有的傳感器數(shù)據(jù)之后，DSP處理器會(huì)首先對(duì)三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和三軸磁強(qiáng)計(jì)的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行鉆頭位置結(jié)算，之后進(jìn)行卡爾曼濾波數(shù)據(jù)融合算法得到鉆頭穩(wěn)定準(zhǔn)確的空間位置數(shù)據(jù)。同時(shí)，DSP處理器解析溫度傳感器和電流傳感器的數(shù)據(jù)，并且使用溫度傳感器對(duì)鉆頭的空間位置數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。最后，將完整的傳感器數(shù)據(jù)，包括鉆頭的橫滾角、俯仰角、偏航角信息、環(huán)境溫度以及鉆頭電流強(qiáng)度信息按照預(yù)定協(xié)議打包，然后經(jīng)過CAN總線發(fā)送至CPU模塊。CPU模塊解析數(shù)據(jù)，并參考上次數(shù)據(jù)，進(jìn)行 初步故障診斷，若無故障發(fā)生則將此數(shù)據(jù)在顯示器中更新，并且發(fā)送至鉆車主控制臺(tái)；若發(fā)生故障，則在顯示器中顯示故障信息，并將故障信息發(fā)送至鉆車主控制臺(tái)。
權(quán)利要求1.一種鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，包括傳感器模塊、信號(hào)棒、CPU模塊和顯示器，其特征是所述傳感器模塊包括三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸磁強(qiáng)計(jì)、溫度傳感器和電流傳感器，所述三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀設(shè)有UART串行通訊接口，所述三軸磁強(qiáng)計(jì)設(shè)有SPI串行通訊接口，所述溫度傳感器和電流傳感器設(shè)有AD串行通訊接口 ；所述信號(hào)棒包括DSP處理器和電源模塊，所述DSP處理器含有與電源模塊相連接的電源接口和與傳感器模塊相連接的通訊接口模塊，所述通訊接口模塊包括UART串行通訊接口、SPI串行通訊接口、AD串行通訊接口和CAN串行通訊接口 ；所述CPU模塊包括CAN串行通訊接口和現(xiàn)場總線接口，所述現(xiàn)場總線接口與鉆車主控制臺(tái)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，其特征是所述傳感器模塊與DSP處理器封裝在艙體內(nèi)，所述艙體與無磁鉆鋌通過機(jī)械連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，其特征是所述DSP處理器和鉆桿之間、鉆桿與鉆桿之間通過CAN串行通訊接口相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，其特征是所述顯示器為五個(gè)多段紅色數(shù)碼管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，其特征是傳感器數(shù)據(jù)在DSP處理器、傳感器模塊和CPU模塊之間通過CAN總線進(jìn)行傳遞。
專利摘要本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)包括傳感器模塊、信號(hào)棒、CPU模塊和顯示器，所述傳感器模塊包括三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸磁強(qiáng)計(jì)、溫度傳感器和電流傳感器；所述信號(hào)棒包括DSP處理器和電源模塊，所述DSP處理器含有與電源模塊相連接的電源接口和與傳感器模塊相連接的通訊接口模塊；所述CPU模塊包括CAN串行通訊接口和現(xiàn)場總線接口，所述現(xiàn)場總線接口與鉆車主控制臺(tái)相連。本實(shí)用新型鉆車隨鉆測量系統(tǒng)，能夠?qū)︺@車鉆頭進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位，獲取的數(shù)據(jù)信息精確性好，可靠性高，具備較強(qiáng)的可實(shí)施性，適合于強(qiáng)振動(dòng)、大扭矩的現(xiàn)場惡劣環(huán)境。
文檔編號(hào)E21B47/07GK202510107SQ20122007153
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者余意, 尚留記, 李遜 申請(qǐng)人:江陰中科礦業(yè)安全科技有限公司