本發(fā)明涉及一種供電模塊，尤其涉及一種隨鉆中子孔隙度測(cè)井儀直流不間斷供電模塊。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著測(cè)井技術(shù)的不斷發(fā)展，具有明顯優(yōu)勢(shì)的隨鉆測(cè)井儀器逐漸成為行業(yè)中關(guān)注的焦點(diǎn)。孔隙度測(cè)量?jī)x器隨鉆測(cè)井儀器中的關(guān)鍵組成部分。在原有的中子孔隙度測(cè)井儀器的理論基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)隨鉆中子孔隙度測(cè)井儀器時(shí)，要有針對(duì)性的遵照隨鉆儀器的特性需求對(duì)儀器各部分進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。隨鉆中子孔隙度測(cè)井儀器有許多不同于電纜測(cè)井的特性。首先，儀器要在井下持續(xù)工作150～350 小時(shí)，且由于井下環(huán)境的特殊，儀器要有較強(qiáng)的抗震抗沖擊性和耐溫性。其次，沒(méi)有電纜可以為儀器供電，也無(wú)法通過(guò)電纜將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，需要在井下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，所以要保證井下存儲(chǔ)部分始終不會(huì)斷電； 另一方面鑒于脈沖中子發(fā)生器的工作原理， 中子發(fā)生器的燈絲部分要始終保持激活狀態(tài)，井下控制部分也要始終處于工作狀態(tài)。根據(jù)隨鉆中子孔隙度儀器的以上種種特性， 有針對(duì)性的設(shè)計(jì)出儀器可以使用的多路輸出的不間斷供電模塊。

隨鉆中子孔隙度儀器的井下儀器部分由中子發(fā)生器、探測(cè)器、控制存儲(chǔ)及超聲測(cè)距四個(gè)部分構(gòu)成。根據(jù)各部分不同的需求，供電模塊需要為各部分提供不同的供電電壓。其中中子發(fā)生器和超聲測(cè)距部分需要30V 的直流電壓，探測(cè)器部分需要±12V的直流電壓，控制存儲(chǔ)和超聲測(cè)距部分由于用到DSP 和FPGA等芯片，需要3．3V 及5V 的直流電壓。其中3．3V 和5V 的電壓輸出要保證不會(huì)因?yàn)槟酀{發(fā)電機(jī)的停止工作而間斷。在泥漿發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，泥漿發(fā)電機(jī)作為供電模塊的輸入，當(dāng)泥漿發(fā)電機(jī)停止工作時(shí)，瞬間切換為由電池組作為輸入。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了使隨鉆中子孔隙度測(cè)井儀在井下連續(xù)工作150～350小時(shí)時(shí)防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種隨鉆中子孔隙度測(cè)井儀直流不間斷供電模塊。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

隨鉆中子孔隙度測(cè)井儀直流不間斷供電模塊由兩路輸入、3路隔離濾波、不間斷切換及三個(gè)變壓模塊構(gòu)成。其中隔離濾波部分和不間斷電源切換部分為模塊的核心部分，保證模塊在穩(wěn)定不間斷的輸出儀器所需電壓的同時(shí)又不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。

所述的不間斷切換電路選擇使用泥漿發(fā)電機(jī)和鋰電池結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)供電，選取二極管自動(dòng)切換式不間斷電源電路，采用鋰電池組作備用電源，鋰電池的最大工作電流（即電池放電電流）為2A，額定功率25Ahr。

所述的隔離濾波部分采用EMI濾波來(lái)完成隔離與濾波，其作用是允許設(shè)備正常工作時(shí)的頻率信號(hào)進(jìn)入設(shè)備，而對(duì)高頻的干擾信號(hào)有較大的阻礙作用。

本發(fā)明的有益效果是：

經(jīng)過(guò)優(yōu)化的二極管不間斷供電電源模塊的設(shè)計(jì)，可以較好地應(yīng)用于隨鉆中子孔隙度測(cè)井儀器， 其電氣性能以及其所適用的環(huán)境因素均能適應(yīng)隨鉆中子儀器井下長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作的需求。同時(shí)，該模塊可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行相應(yīng)的修改，更廣泛地應(yīng)用于其他隨鉆儀器中。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是隨鉆中子孔隙度測(cè)井儀直流不間斷供電模塊結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是二極管自動(dòng)切換式電源電路。

圖3是切換電路優(yōu)化。

圖4是隔離濾波部分。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，隨鉆中子孔隙度測(cè)井儀直流不間斷供電模塊由兩路輸入、3路隔離濾波、不間斷切換及三個(gè)變壓模塊構(gòu)成。其中隔離濾波部分和不間斷電源切換部分為模塊的核心部分，保證模塊在穩(wěn)定不間斷的輸出儀器所需電壓的同時(shí)又不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾?？紤]使用鋰電池來(lái)進(jìn)行供電，但隨鉆中子儀器的功率較大，井下溫度又較高，單獨(dú)使用鋰電池來(lái)供電會(huì)使得鋰電池性能和壽命都大幅度降低，甚至無(wú)法工作，另外，頻繁的更換鋰電池也會(huì)降低鉆井效率。為此選擇使用泥漿發(fā)電機(jī)和鋰電池結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)供電。為了完成兩種供電方式的切換，選取二極管自動(dòng)切換式不間斷電源電路。此設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢(shì)在于，所選用的器件二極管耐高溫性能好，體積小，成本低，電路實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)潔且各項(xiàng)指標(biāo)完全符合隨鉆儀器在井下特殊環(huán)境中工作的需求。

如圖2所示，二極管自動(dòng)切換式電源電路原理為：D1和D2為兩只1N4007型硅整流管，其最大工作電流為1A，正向?qū)▔航导s06V，反向耐壓值為50V，采用泥漿發(fā)電機(jī)供電時(shí)D1導(dǎo)通，D2截止，由6節(jié)393V鋰電池串聯(lián)而成的2358V 備用電池組不工作。發(fā)電機(jī)輸出電壓V1＝30V，經(jīng)過(guò)D1降為294V，向儀器供電。一旦泥漿發(fā)電機(jī)停止工作，V1急劇下降，使D1截止，D2迅速導(dǎo)通，此時(shí)改由備用電池組向系統(tǒng)供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)再次恢復(fù)正常時(shí)，D1迅速導(dǎo)通，D2自動(dòng)截止，備用電源即不起作用。因此，D1和D2可起到在瞬間自動(dòng)切換直流電源的作用。

如圖3所示，切換時(shí)間約為9567μs，此切換時(shí)間完全符合儀器供電的需求，對(duì)儀器的正常工作不會(huì)產(chǎn)生影響。為了使輸出跳變更加的平緩，選擇在切換電路輸出端并聯(lián)一電容。

如圖4所示，通常情況下電源線是干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備的主要途徑，通過(guò)電源線，供電設(shè)備的干擾可以傳入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作， 同樣設(shè)備產(chǎn)生的干擾也可能通過(guò)電源線傳到供電設(shè)備上，干擾其他設(shè)備的正常工作。另一方面按照儀器的設(shè)計(jì)方案，供電部分要有多路的輸出， 在各路輸出之間也會(huì)產(chǎn)生相互的干擾。因此供電模塊中要在發(fā)電機(jī)與各路輸出之間增加隔離和濾波部分的設(shè)計(jì)。我們選擇采用EMI 濾波來(lái)完成隔離與濾波。EMI濾波電路通常由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成， 其作用是允許設(shè)備正常工作時(shí)的頻率信號(hào)進(jìn)入設(shè)備， 而對(duì)高頻的干擾信號(hào)有較大的阻礙作用。該濾波電路不同于RC等其他濾波電路的優(yōu)勢(shì)在于在負(fù)載電流較大或較小時(shí)均有良好的濾波作用。是直流電源中常用的濾波裝置。電感之所以能夠?qū)γ}動(dòng)產(chǎn)生濾波的作用是由于電感的直流電阻很小，交流阻抗很大，因此直流分量經(jīng)過(guò)電感后基本沒(méi)有損失，但是對(duì)于交流分量，在感抗jωL和負(fù)載RL上分壓以后，很大一部分交流分量降落在電感上， 因而降低了輸出電壓中的脈動(dòng)部分。L愈大，RL愈小，則濾波效果愈好，所以電感濾波適用于負(fù)載電流比較大的場(chǎng)合。采用電感濾波電流的波形比較平滑，可以避免過(guò)大的沖擊電流。同時(shí)可以減小負(fù)載電流的突變對(duì)發(fā)電機(jī)及其他支路的影響，起到很好的隔離效果。電容通交流隔直流的特性與電感同時(shí)作用更好的濾掉紋波。濾波電容的估算遵照公式：RLC≥（3～5）*T/2濾波電感的估算遵照公式：f＝2*π*sqrt（1/LC）其中T 為電網(wǎng)交流電壓的周期。我們目前的交流電網(wǎng)通常頻率f為50Hz。