紅外全烴鑒定系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種具有溫度補償功能的紅外全烴鑒定系統。該紅外全烴鑒定系統通過相應傳感器感知環境溫度,在環境溫度偏離預設溫度區間時,通過補償電路自動對檢測數據進行補償,從而提高了檢測數據的穩定性和可靠性,為現場地質錄井技術人員及時發現油氣和判斷油氣異常顯示提供直接參考數據。
【專利說明】紅外全烴鑒定系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學檢測【技術領域】,尤其涉及一種利用紅外光來檢測從鉆井泥漿中脫出的樣品氣的紅外全烴鑒定系統。
【背景技術】
[0002]石油地質鉆井在線氣測錄井技術,就是在鉆井過程中,對鉆井泥漿中的烴類氣體進行實時檢測分析,以此發現底層油氣顯示,并判定油氣顯示的級別、深度、厚度等,從而獲得每口油井真實準確具體的地質資料。
[0003]紅外全烴鑒定系統是石油地質鉆井在線氣測錄井技術中最為常用的設備,其采用非色散紅外(NDIR)原理,來檢測烴類氣體的濃度,從而為現場地質錄井技術人員及時發現油氣和判斷油氣異常顯示提供直接參考數據。
[0004]圖1為現有技術紅外全烴鑒定系統的結構示意圖。請參照圖1,該紅外全烴鑒定系統包括:氣體檢測腔室10 ;密封于所述氣體檢測腔室10內的微型紅外氣體傳感器11 ;位于氣體檢測腔室10前端的進氣接口 41、氣體干燥過濾器42、氣泵43、流量調節計44 ;以及位于氣體檢測腔室10后端的出氣接口 45。在實際進行檢測時,給氣泵43通電,從進氣接口 41持續吸入被測氣體;被測氣體先經過氣體干燥過濾器42的干燥過濾,然后經過氣泵43輸送到氣體流量計44內部,通過調節氣體流量計44將氣體流量設置在一個穩定值,被測氣體進入氣體檢測腔室10后,由微型紅外氣體傳感器11充分檢測,通過出氣接口排出45。
[0005]然而,在實現本發明的過程中, 申請人:發現現有的紅外全烴鑒定系統僅是封裝了一個紅外敏感元件,其在正常溫度下能夠正常工作,然而,鉆井過程中地下環境錯綜復雜,溫度情況千變萬化,這些均導致了紅外敏感元件在測量數據上出現誤差,嚴重影響紅外全烴鑒定系統的精度。
【發明內容】
[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]鑒于上述技術問題,本發明提供了一種紅外全烴鑒定系統,以消除環境溫度對紅外全烴鑒定系統鑒定精確度的影響。
[0008]( 二 )技術方案
[0009]本發明紅外全烴鑒定系統包括:氣體檢測腔室10 ;紅外氣體傳感器11,密封于氣體檢測腔室10內,用于對進入氣體檢測腔室10內的氣體進行紅外光學檢測;溫度傳感器12,密封于氣體檢測腔室10內,用于對進入氣體檢測腔室10內的氣體的溫度進行檢測;溫度調節裝置20,位于氣體檢測腔室10外或位于氣體檢測腔室10內;以及數據采集補償電路30,與溫度傳感器12和溫度調節裝置20相連接,用于當溫度傳感器12探測到的溫度偏離預設溫度區間時,控制溫度調節裝置20對氣體檢測腔室10內的溫度進行控制,以使其穩定在預設溫度區間內。
[0010](三)有益效果
[0011]從上述技術方案可以看出,本發明紅外全烴鑒定系統中,傳感器采用一體化封裝多個探頭技術,封裝有溫感元件和紅外敏感元件,并設計有數據采集補償電路,能自動根據環境溫度條件進行補償,從而提高了紅外全烴檢測的穩定性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為現有技術紅外全烴鑒定系統的結構示意圖;
[0013]圖2為根據本發明實施例紅外全烴鑒定系統的示意圖;
[0014]圖3為圖2所示紅外全烴檢測系統中紅外氣體傳感器IR12GJ的管腳示意圖;
[0015]圖4為圖2所示紅外全烴鑒定系統中溫度調節裝置的結構示意圖;
[0016]圖5為圖2所示紅外全烴鑒定系統中數據采集補償電路的電路圖;
[0017]圖6為圖5所示數據采集補償電路中濾波電路模塊的電路圖;
[0018]圖7A為一級信號放大模塊的電路圖;
[0019]圖7B為二級信號放大模塊的電路圖;
[0020]圖8為圖5所示數據采集補償電路中模數轉換模塊的電路圖;
[0021]圖9為圖5所示數據采集補償電路中LM3S600控制芯片的電路圖;
[0022]圖10為圖9所示LM3S600控制芯片中燒制的控制程序流程圖。
[0023]【主要元件符號說明】
[0024]10-氣體檢測腔室;
[0025]11-紅外氣體傳感器;12-溫度傳感器;
[0026]20-溫度調節裝置;
[0027]30-數據采集補償電路;
[0028]40-外圍部件;
[0029]41-進氣接口 ; 42-氣體干燥過濾器;
[0030]43-氣泵;44-流量調節計;
[0031]45-出氣接口。
【具體實施方式】
[0032]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白,以下結合具體實施例,并參照附圖,對本發明進一步詳細說明。需要說明的是,在附圖或說明書描述中,相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式,為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外,雖然本文可提供包含特定值的參數的示范,但應了解,參數無需確切等于相應的值,而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。實施例中提到的方向用語,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等,僅是參考附圖的方向。因此,使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發明的保護范圍。
[0033]本發明紅外全烴鑒定系統在氣體檢測腔室內設置溫感元件,并在氣體檢測腔室內部或外部設置加熱/冷卻元件,當氣體檢測腔室內的溫度偏離預設溫度時,加熱/冷卻元件工作,使氣體檢測腔室內的溫度回歸正常值,從而無論外界溫度如何變化,微型紅外氣體傳感器均能夠檢測到正常溫度的氣體,從而消除了溫度的影響,確保了紅外全烴鑒定系統的精度。
[0034]在本發明的一個示例性實施例中,提供了一種紅外全烴鑒定系統。圖2為根據本發明實施例紅外全烴鑒定系統的示意圖。請參照圖2,該紅外全烴鑒定系統包括:氣體檢測腔室10 ;紅外氣體傳感器11,密封于氣體檢測腔室10內,用于對氣體檢測腔室10內的氣體進行紅外光學檢測;溫度傳感器12,密封于氣體檢測腔室10內,用于對氣體檢測腔室10內的氣體的溫度進行檢測;溫度調節裝置20,貼合于氣體檢測腔室10的外側;數據采集補償電路30,與溫度傳感器12和溫度調節裝置20相連接,用于當溫度傳感器12探測到的溫度偏離預設溫度區間時,控制溫度調節裝置20對氣體檢測腔室10內的溫度進行控制,以使其穩定在預設溫度區間內。
[0035]以下對本實施例紅外全烴鑒定系統的各個組成部分進行詳細說明。
[0036]本實施例中氣體檢測腔室10、紅外氣體傳感器11、進氣接口 41、氣體干燥過濾器42、氣泵43和流量調節計44等部件與現有技術中的相應部件相同,此處不再進行詳細說明。
[0037]請參照圖2,紅外氣體傳感器11密封于氣體檢測腔室10內的下方,溫度傳感器12是集成于紅外氣體傳感器11中的溫度傳感器,但本發明并不以此為限。在本發明其他實施例中,溫度傳感器也可以是相對于紅外氣體傳感器獨立的溫度傳感器。
[0038]本實施例中,紅外氣體傳感器11采用IR12GJ芯片U23。圖3為圖2所示紅外全烴鑒定系統中紅外氣體傳感器IR12GJ芯片的管腳示意圖。請參照圖3,該IR12GJ芯片U23中,氣體檢測腔室內的溫度以模擬信號的形式通過管腳7-TEMP CH3連接至數據采集補償電路。如此設置,可以由紅外氣體傳感器11統一向外界輸出信號,從而簡化了氣體檢測腔室10內的線路構造,減小了由于向外連線而導致氣體檢測腔室10密封失效的風險。
[0039]此外,圖3 所示 IR12GJ 芯片 U23 中,AVCC 管腳、LAMP 管腳、LAMPRET 管腳、PYR01IN管腳、PYR02IN管腳和AGND管腳均為通用的管腳。本領域技術人員應當清楚的知道這些管腳的連接關系,容此不再贅述。
[0040]在氣體檢測腔室10的外側,貼裝有溫度調節裝置20。圖4為圖2所示紅外全烴鑒定系統中溫度調節裝置的結構示意圖。請參照圖4,該溫度調節裝置20呈具有一弧度的片狀,且該弧度與氣體檢測腔室10的外側面的弧度相匹配。其中,該溫度調節裝置呈左右對稱的構造,其覆蓋氣體檢測腔室10外表面約40%的面積。該溫度調節裝置的材料為金屬。
[0041]本實施例中,該溫度調節裝置為單純的加熱裝置。該加熱裝置包括加熱片及正負電源線。當溫度傳感器12探測到的氣體檢測腔室內的溫度低于預設溫度時,數據采集補償電路30控制加熱裝置對氣體檢測腔室10加熱;當溫度傳感器探測到的溫度達到恒定值后,停止加熱,從而保證氣體檢測腔室處于恒溫狀態。其中,該預設溫度為45°C。
[0042]本發明的溫度調節裝置并不局限于上述的加熱裝置。本發明中,該溫度調節裝置還可以是致冷裝置,或是加熱裝置和致冷裝置的集合體。同時,該溫度調節裝置也不局限于位于氣體檢測腔室的外側,其同樣可以位于氣體檢測腔室10內,并且其覆蓋氣體檢測腔室10的面積可以根據需要進行調整,愈大愈好,本領域技術人員應當很清楚其設置方式,此處不再進行詳細說明。
[0043]在本發明的另一個實施例中,溫度調節裝置為致冷裝置。該致冷裝置包括:致冷片,通過正負電源線電性連接至數據采集補償電路。當溫度傳感器12探測到的溫度高于預設溫度時,數據采集補償電路30控制該致冷裝置對氣體檢測腔室10進行冷卻。其中,該預設溫度為25°C。
[0044]在本發明的再一個實施例中,溫度調節裝置為致冷裝置和加熱裝置的集合體。該集合體同樣為片狀,其包括:加熱片及致冷片,兩者分別通過正負電源線電性連接至數據采集補償電路,分別貼合于氣體檢測腔室10的左右兩側或上下兩部分。對于該集合體,當溫度傳感器12探測到的溫度高于預設溫度時,數據采集補償電路30給該集合體致冷片提供電源,從而對氣體檢測腔室10進行冷卻。當溫度傳感器12探測到的溫度低于預設溫度時,數據采集補償電路30給該集合體加熱片提供電源,從而對氣體檢測腔室10進行加熱。其中,該預設溫度區間為25 °C?45 °C。
[0045]圖5為圖2所示紅外全烴鑒定系統中數據采集補償電路的電路圖。請參照圖5,該數據采集補償電路包括:濾波電路模塊,用于對溫度傳感器IR12GH芯片傳輸來的溫度信號進行濾波;信號放大模塊,與濾波電路模塊相連接,用于對濾波電路模塊輸出的溫度信號進行放大;模數轉換模塊,與信號放大模塊相連接,用于將信號放大模塊輸出的溫度信號進行模數轉換;控制芯片,與模數轉換模塊相連接,用于將模數轉換模塊輸出的溫度信號與預設的溫度范圍進行比較,當其偏離預設溫度區間時,控制溫度調節裝置20對氣體檢測腔室10內的溫度進行控制,以使其穩定在預設溫度區間內,從而保證氣體檢測腔室處于恒溫狀態。
[0046]以下對數據采集補償電路中的各個部分進行詳細說明。
[0047]圖6為圖5所示數據采集補償電路中濾波電路模塊的電路圖。請參照圖6,該濾波電路模塊包括:第三十二電阻R32,其第一端作為本濾波電路模塊的輸入端,連接至圖3所示IR12GJ芯片的管腳7 ;第三十六電容C36,其第一端連接至第三十二電阻R32的第二端,其第二端接地-AGND ;第二十六電容C26,其第一端通過第二十六電阻R26連接至第三十二電阻R32的第二端;其第二端接地-AGND ;該第二十六電容C26的第一端作為本濾波電路模塊的輸出端。
[0048]其中,第三十二電阻R32的阻值為1.5kQ ;第三十六電容C36的電容值為0.1,;第二十六電阻R26的電阻值為IkQ ;第二十六電容C26的電容值為0.01 μ F。
[0049]信號放大模塊分為一級信號放大模塊和二級信號放大模塊。圖7Α為一級信號放大模塊的電路圖。圖7Β為二級信號放大模塊的電路圖。
[0050]請參照圖7Α,該一級信號放大模塊為單路儀表放大電路,包括:AD620儀表放大器芯片U5。該AD620儀表放大器芯片U5中,管腳3作為正相輸入端,通過第七電阻R7連接至濾波電路模塊的輸出端-+INA ;管腳2作為反相輸入端,接地-AGND ;管腳6作為U5的輸出端-AD IN。
[0051]此外,該AD620儀表放大器芯片U5其他管腳的連接關系如下:管腳I通過第三十三電阻R33連接至其管腳8 ;管腳3通過第五電容C5接地;管腳4連接至電源負電壓-8V,并且通過第十一電容Cl I接地;管腳7連接至電源正電壓+8V,并且通過第十三電容C13接地。
[0052]其中,第三十三電阻的阻值為5.49kQ ;第七電阻R7的阻值為100 Ω ;第五電容C5的電容值為2.2nF,第i^一電容Cll的電容值為0.1,,第十三電容C13的電容值為0.1,。
[0053]請參照圖7B,該二級信號放大模塊為雙路運算放大電路,包括:級連的第一0P2177雙路運算放大器芯片U4A和第二 0P2177雙路運算放大器芯片U4B。
[0054]對于第一 0P2177雙路運算放大器芯片U4A,其管腳2作為反相輸入端,通過第十電阻RlO連接至圖7A所示AD620儀表放大器芯片U5的管腳6-AD IN,通過第九電阻R9連接至參考電壓_VMf,;其管腳3連接至地-AGND ;其管腳4連接至電源負電壓一8V,并通過第九電容C9連接至地-AGND ;其管腳8連接至電源正電壓_+8V,并通過第十電容ClO連接至地-AGND ;其管腳I通過第十一電阻連接至管腳2,形成反相閉環放大器,該管腳I作為該第一 OP2177雙路運算放大器芯片U4A的輸出端。,
[0055]對于第二 0P2177雙路運算放大器芯片U4B,其管腳6作為反相輸入端,通過第十二電阻R12連接至該第一 0P2177雙路運算放大器芯片U4A的管腳I ;其管腳5作為正相輸入端,連接至地-AGND ;其管腳7通過第13電阻R13連接至管腳6,形成反相閉環放大器,并通過第八電阻R8輸出,作為本U4B的輸出端,該輸出端通過第六電容C6連接至地-AGND。
[0056]該雙路運算放大電路中,第八電阻R8的阻值為100Ω ;第九電阻R9和第十電阻RlO的阻值均為20kQ ;第^^一電阻R11、第十二電阻R12和第十三電阻R13的阻值均為1kQ ;第六電容C6的電容值為2.2nF;第九電容C9和第十電容ClO的電容值均為0.1,;
[0057]圖8為圖5所示數據采集補償電路中模數轉換模塊的電路圖。請參照圖8,該模數轉換模塊包括:ADS8325模數轉換芯片U13,其管腳2作為模擬信號輸入端連接至圖7B所示二級信號放大模塊的輸出端-ADIN+ ;其管腳6作為數字信號輸出端。
[0058]由于ADS8325模數轉換芯片已經為本領域技術人員所熟知,對于其除管腳2和管腳6之外的其他管腳:如管腳1-VREF、管腳3—In、管腳4-GND、管腳5-C0NV、管腳7-CLK、管腳8-+VCC等的連接關系,按照通常的連接進行處理即可,此處不再贅述。此外,除了ADS8325模數轉換芯片之外,還可以采用其他芯片來實現模數轉換的功能,此處不再贅述。
[0059]圖9為圖5所示數據采集補償電路中LM3S600控制芯片的電路圖。請參照圖9,該LM3S600控制芯片U19中,其管腳21作為溫度數字信號輸入端連接至圖8所示ADS8325模數轉換器的管腳6 ;其管腳46連接至溫度調節裝置。對于LM3S600控制芯片中除管腳21和管腳46之外的其他管腳,本領域技術人員應當很清楚其連接方式,鑒于其與本發明的關系不密切,此處不再贅述。
[0060]圖10為圖9所示LM3S600控制芯片中控制程序流程圖,在該LM3S600控制芯片中燒制有控制程序,來利用管腳21輸入的溫度信號控制管腳46輸出,其控制程序的流程包括:
[0061]步驟A,判斷由管腳21輸入的溫度信號是否低于45°C,如果是,執行步驟B,否則,執行步驟C ;
[0062]步驟B,控制管腳46輸出加熱電流,溫度調節裝置的加熱片在電流作用下發熱,實現對氣體檢測腔室10的升溫,執行步驟C ;
[0063]步驟C,判斷由管腳21輸入的溫度信號是否等于或高于45°C,如果是,執行步驟D,否則,執行步驟B;
[0064]步驟D,控制管腳46停止輸出加熱電流;
[0065]一般情況下,由管腳21實時監測氣體檢測腔室內的溫度變化,并且,由管腳46輸出的加熱電流小于5mA。
[0066]至此,已經結合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據以上描述,本領域技術人員應當對本發明紅外全烴鑒定系統有了清楚的認識。
[0067]此外,上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式,本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換,例如:(1)片狀的溫度調節裝置還可以改為塊狀形式。
[0068]綜上所述,本發明紅外全烴鑒定系統通過相應傳感器感知環境溫度,在環境溫度低于預設溫度時,利用該環境壓力和溫度對檢測數據進行補償,從而提高了檢測數據的穩定性和可靠性,為現場地質錄井技術人員及時發現油氣和判斷油氣異常顯示提供直接參考數據。
[0069]以上所述的具體實施例,對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明,所應理解的是,以上所述僅為本發明的具體實施例而已,并不用于限制本發明,凡在本發明的精神和原則之內,所做的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種紅外全烴鑒定系統,其特征在于,包括: 氣體檢測腔室(10); 紅外氣體傳感器(11),密封于所述氣體檢測腔室(10)內,用于對進入所述氣體檢測腔室(10)內的氣體進行紅外光學檢測; 溫度傳感器(12),密封于所述氣體檢測腔室(10)內,用于對進入所述氣體檢測腔室(10)內的氣體的溫度進行檢測; 溫度調節裝置(20),位于所述氣體檢測腔室(10)外或位于所述氣體檢測腔室(10)內;以及 數據采集補償電路(30),與所述溫度傳感器(12)和所述溫度調節裝置(20)相連接,用于當所述溫度傳感器(12)探測到的溫度偏離預設溫度區間時,控制所述溫度調節裝置(20)對所述氣體檢測腔室(10)內的溫度進行控制,以使其穩定在所述預設溫度區間內。
2.根據權利要求1所述的紅外全烴鑒定系統,其特征在于,所述溫度調節裝置(20)呈具有一弧度的片狀,該片狀溫度調節裝置(20)貼合于所述氣體檢測腔室(10)的外側。
3.根據權利要求2所述的紅外全烴鑒定系統,其特征在于,所述溫度調節裝置(20)呈左右對稱的結構,其覆蓋所述氣體檢測腔室(10)的面積大于該氣體檢測腔室(10)外表面面積的40%。
4.根據權利要求3所述的紅外全烴鑒定系統,其特征在于,所述溫度調節裝置(20)為左右對稱的兩片狀金屬。
5.根據權利要求2所述的紅外全烴鑒定系統,其特征在于: 所述預設溫度區間為預設溫度以上,所述溫度調節裝置為加熱裝置; 所述預設溫度區間為預設溫度以下,所述溫度調節裝置為致冷裝置;或 所述預設溫度區間為兩預設溫度之間的一范圍,所述溫度調節裝置為同時具有加熱功能和致冷功能的集合體。
6.根據權利要求1所述的紅外全烴鑒定系統,其特征在于,所述數據采集補充電路(30)包括: 濾波電路模塊,用于對溫度傳感器的溫度信號進行濾波; 信號放大模塊,與所述濾波電路模塊相連接,用于對其輸出的溫度信號進行放大; 模數轉換模塊,與所述信號放大模塊相連接,用于對其輸出的溫度信號進行模數轉換;以及 控制芯片,與所述模數轉換模塊相連接,用于將其輸出的溫度信號與預設的溫度范圍進行比較,當其偏離預設溫度區間時,控制所述溫度調節裝置(20)對所述氣體檢測腔室(10)內的溫度進行調節,以使其穩定在所述預設溫度區間內。
7.根據權利要求6所述的紅外全烴鑒定系統,其特征在于,所述控制芯片為LM3S600芯片,所述溫度調節裝置為加熱片; 所述溫度信號從該LM3S600芯片的管腳21輸入,加熱電流由該LM3S600芯片的管腳46輸出,所述加熱片在該加熱電流的作用下對所述氣體檢測腔室(10)內的氣體進行加熱。
8.根據權利要求7所述的紅外全烴鑒定系統,其特征在于,所述LM3S600芯片的控制流程包括: 步驟A,判斷由管腳21輸入的溫度信號是否低于45°C,如果是,執行步驟B,否則,執行步驟C ; 步驟B,控制管腳46輸出加熱電流,溫度調節裝置的加熱片在電流作用下發熱,實現對氣體檢測腔室(10)的升溫,執行步驟C ; 步驟C,判斷由管腳21輸入的溫度信號是否等于或高于45°C,如果是,執行步驟D,否貝U,執行步驟B;以及 步驟D,控制管腳46停止輸出加熱電流。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的紅外全烴鑒定系統,其特征在于,所述溫度傳感器(12)為集成于所述紅外氣體傳感器(11)中的溫度傳感器。
10.根據權利要求9所述的紅外全烴鑒定系統,其特征在于,所述紅外氣體傳感器為集成了溫度傳感器的IR12GJ芯片(U23),其中,溫度信號通過該IR12GJ芯片(U23)的管腳7輸出。
【文檔編號】G01N21/3504GK104515744SQ201410183091
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】丁開蕾, 郭晉冉, 丁開亮 申請人:北京奧斐德石油技術有限公司