專利名稱：全數字井壁取芯控制儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于石油勘探領域，涉及一種獲取油井內巖芯樣品的裝置。
背景技術：
目前國內普遍使用的井壁取芯用的取芯槍為爆炸式取芯槍。這種取芯槍裝有36個左右的取芯筒，每個取芯筒下有一個炸藥包，當井壁取芯控制儀選中某一個炸藥包時，對應的炸藥包便被通電點燃，發生爆炸，將取芯筒射入地層即可獲取巖芯。現在使用較多的井壁取芯控制儀是由電磁線圈或者電動機帶動的步進開關，其缺點是由于帶有機械運動部件，在爆炸產生強烈振動時經常出現卡檔和亂檔等問題，造成取芯深度錯誤或不能取芯。實用新型專利數控井壁取芯儀(專利號97218126.1)發明的井壁取芯控制儀雖沒有機械運動部件，但其不能進行藥包測試，智能化程度也較低。
發明內容
本實用新型的目的是設計一種采用全數字控制、電子觸發且具有半雙工數字通訊功能的井壁取芯控制儀，它克服了現有裝置帶有機械運動部件和不能進行雙向通訊的弊端，使取芯控制儀能夠集高可靠性、實時性于一身。由于采用了計算機控制技術，其藥包測試和藥包點火的通電時間長度可比以往手操作業方式更精確、操作卻十分靈活、簡便。
本實用新型技術方案是這樣實現的。全數字井壁取芯控制儀由井上控制電路和井下控制電路兩部分構成。井上控制電路包括控制單元(1)、鍵盤和數碼管顯示單元(2)、信號調制與解調單元(3)、電源單元四個部分。直流電源單元為井上控制電路提供直流電。鍵盤和數碼管顯示單元(2)完成人機交互，包括預選藥包的選擇和顯示、藥包測試和藥包點火命令的觸發、藥包測試和藥包點火的結果顯示等。控制單元(1)使整個功能得以實現。信號調制與解調單元(3)完成與井下控制電路的雙向數字通訊。井下控制電路包括控制單元(4)、直流電源單元和信號調制與解調單元(5)，另外還包括點火開關(6)、藥包檢測電路(7)、點火變壓器(13)、復位誤觸發保護電路(8)、以及光電耦合器與可控硅組成的開關陣列(9)。井上與井下設備僅由一根雙芯電纜(10)連接。
本技術方案的特殊之處是①.井上控制電路的調制與解調單元(3)的調制開關串聯在向井下供電的電纜(10)，調制與解調單元(3)的解調信號檢測器也與向井下供電的電纜(10)相連；②.井下控制電路的調制與解調單元(5)的調制開關串聯在向井下供電的電纜(10)，調制與解調單元(5)的解調信號檢測器也與向井下供電的電纜(10)相連，電源單元(12)與調制與解調單元(5)的調制開關串聯后接電纜；③、井上控制電路的控制單元(1)分別和鍵盤和顯示單元(2)、調制與解調單元(3)連接；④.井下控制電路的控制單元(5)分別與藥包檢測電路(7)、復位誤觸發保護電路(8)、光電耦合器與可控硅開關陣列(9)相連接，由電源單元(12)為它們供電，復位誤觸發保護電路(8)和點火開關(6)的控制端連接，點火開關(6)和點火變壓器(13)的原端連接，點火變壓器(13)的副端和藥包檢測電路(7)連接，藥包檢測電路(7)和光電耦合器及可控硅開關陣列(9)連接。
升上和井下控制電路的雙向數字通訊采用了電源與數據傳輸共用同一通道的電源自調制半雙工數字通信技術。電源自調制數據傳輸是指按照所傳二進制數據對50HZ電源電壓正/負半周實行的有選擇性通斷控制，以實現信息傳輸的一種技術。這樣井上與井下只需通過兩根電纜，既能傳遞電能也也能傳遞數據，節省了電纜。為了防止系統上電復位時，信號的誤跳變使點火開關打開導致某些藥包通電產生誤炸，井下控制控制電路中采用了復位誤觸發保護電路。其原理為使點火開關的供電晚于CPU上電復位結束時刻，即圖3中，比較器U41A的輸出端在CPU復位后由“低”進入“高”。為了在點火前測試藥包是否接觸良好以及點火后藥包是否發生爆炸，井下控制電路中采用了藥包檢測電路，其原理為在點火變壓器(13)的低壓端(副端)串入檢測電路(U41、D9、D5、R73、T40等)當T40關閉時為藥包檢測狀態，此時U41將檢測到的信號送入控制單元(4)。
本實用新型的優點是，由于采用無觸點的可控硅控制電路，井下的取芯槍不會出現卡檔和亂檔等機械問題，可以確保井壁巖心取樣的可靠性和成功率。同時，由于采用了電源自調制數據傳輸技術，只需兩根電纜即可實現a電力輸送，b井上與井下的半雙工數字通訊。既節省電纜又能使井上隨時掌握井下取芯狀態，從而提高了取芯作業的智能程度。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是全數字井壁取芯控制儀原理框圖。
圖2是本控制儀井上部分的調制與解調電路使用原理圖。
圖3是本控制儀井下部分的調制與解調電路(5)與藥包檢測電路(7)及復位誤觸發保護電路(8)原理圖及相互關系。
具體實施方式
首先，制作井上控制箱內電路板。控制單元選用AT89C51單片機等組成最小系統。另外，單片機的P0口通過芯片74LS07及上拉電阻實現對三個動態顯示數碼管的陽極控制，P2口的P2.0、P2.1、P2.2通過芯片74LS07及上拉電阻實現對三個動態顯示數碼管的陰極控制同時與P0口的P0.0、P0.1、P0.2配合管理六個按鍵。井上電路的調制與解調電路(4)的制作(參照圖2)如下信號的發送采用光電耦合器TLP627和可控硅BTA08(T1)控制，光電耦合器U4輸入端陽極接VCC，陰極通過電阻R15(390)后接U1的1腿。U4中的三極管發射極接T1控制極，集電極通過電阻R2(20)后接可控硅一端，再接插座J1的1腿和二極管D1(1N4007)的陰極。二極管D1的陽極接T1另一端后再接電阻R18(5)、R19(18)、R34(18)。電阻R18另一端接電阻R20(18)、R35(18)和插座J2的1腿后再與變壓器TR1(15∶1)的原級線圈一端相連。插座J1的2腿和J2的2腿與變壓器TR1原級線圈另一端相連。比較器U5選用LM139，U5的9腿接電阻R19、R31(18)和電容C6(0.01μ)，U5的8腿接電阻R30(20)、R23(1K)、R20和電容C5(0.01μ)，U5的5腿接電阻R35、R33(18)和電容C8(0.01μ)，U5的4腿接電阻R32(20)、R24(1K)、R34和電容C7(0.01μ)，電阻R30、R31、R32、R33和電容C5、C6、C7、C8的另一端接地。U5的14腿接電阻R23、R21(2.4K)、R25(20K)，U5的2腿接電阻R24、R22(2.4K)、R27(20K)，電阻R21、R22的另一端與R26(20K)和U5的3腿相連后一起接VCC。U5的10腿接電容C3(0.1μ)和電阻R25的另一端，U5的11腿接二極管D2的陽極、U5的7腿和電阻R26的另一端，U5的6腿接電容C4(0.1μ)和電阻R27的另一端，電容C3、C4的另一端和U5的12腿都接地。U5的13腿接電阻R28(20K)和U1的12腿，U5的1腿接電阻R29(20K)和U1的13腿，電阻R28和R29的另一端都接VCC。電源單元由變壓器、整流橋及LM7805等組成它能在交流220伏輸入時，產生直流5伏輸出。
按照上述制作電路板，再將電路板固定在井上控制箱內。220V交流電源通過插座和電源開關進入電路板。電源和控制信號通過另一插座及電纜(兩芯)進入井下電路板。
接下來，制作井下控制電路板(參照附圖3)。控制單元選用AT89C51單片機等組成最小系統。另外，單片機的P1口通過六個三極管(2N5401)配合單片機P2口(前六位)控制光電耦合器及可控硅開關陣列(9)。電路的調制與解調電路(5)的制作(參照圖3中的調制與解調電路部分)如下光電耦合器U37(TLP627)和可控硅T37(BTA08)構成發送信號電路，U37輸入端陽極接VCC，陰極通過電阻R67(390)后接調制控制信號，輸出端發射極接T37的控制極，輸出端集電極通過電阻R37(20)接可控硅一端后再與二極管D1陰極和雙芯電纜相連。可控硅T37另一端與二極管D1陽極、電阻R38(39)、可控硅T39的2腳、電阻R65(40)、R60(18)、R64(18)。電阻R65的另一端與電阻R61(18)、R63(18)相連。比較器U38選用LM139，U38的9腿接電阻R60、R59(18)和電容C4(0.01μ)，U38的8腿接電阻R57(20)、R55(1K)、R61和電容C3(0.01μ)，U38的11腿接電阻R63、R62(18)和電容C6(0.01μ)，U38的10腿接電阻R58(20)、R56(1K)、R64和電容C5(0.01μ)，電阻R57、R58、R59、R62和電容C3、C4、C5、C6的另一端接地。U38的14腿接電阻R55、R54(2.4K)、R49(20K)，U38的13腿接電阻R56、R53(2.4K)、R52(20K)，電阻R53、R54的另一端與R50(20K)和U38的3腿相連后一起接VCC。U38的4腿接電容C1(0.1μ)和電阻R49的另一端，U38的5腿接二極管D3的陽極、U38的7腿和電阻R50的另一端，U38的6腿接電容C2(0.1μ)和電阻R52的另一端，電容C1、C2的另一端和U38的12腿都接地。U38的2腿接電阻R48(20K)并將解調信號送出，U38的1腿接電阻R51(20K)并將解調信號送出，電阻R48和R51的另一端都接VCC。點火開關由光電耦合器MOC3023(U42)和可控硅T39等組成，U42輸入端陰極接三極管Q7(2N5401)的集電極，Q7的發射極接地，基極通過電阻R46(50K)后接點火控制端，U42的輸出極分別接電阻R38和可控硅T39的控制極3腳，T39的1腳接到點火變壓器TR1的原端，點火變壓器TR1的原級線圈另一端接雙芯電纜的另一端。藥包檢測電路(7)的制作(參照圖3中的檢測電路部分)如下點火變壓器次極線圈的一端接地，另一端接可控硅T40的1腳、二極管D9的陰極和光電耦合器TLP627(U41)輸入端陽極。U41輸出端集電極接輸出測試信號并通過電阻R72(1K)后接VCC，U41輸出端發射極接地。U41輸入端陰極接二極管D5陽極，D5陰極接D9陽極和電阻R73(1K)。R73的另一端接電阻R39并和可控硅開關陣列相連。U43輸入端陽極通過510歐電阻接VCC，陰極接三極管Q8的發射極。Q8的集電極接地，基極接電阻R69(20K)，電阻R69的另一端接U39的28腳。復位誤觸發保護電路(8)由比較器U40(LM193)等組成，其制作(參照圖3中的相應部分)如下比較器U40(LM193)的2腳接電阻R70(50K)和二極管D4的陰極，4腳和電阻R70的另一端接地，3腳接電阻R71(82K)和二極管D2的陽極，8腳與電阻R71的另一端一起接VCC。二極管D2的陰極與電容E2的負極一起接地。U40的1腳接電阻R68(390)、電容E2陽極和光電耦合器MOC3023(U42)輸入端陽極，D4的陽極與單片機的復位端(9腳)相連。
按上述制作井下控制電路板，然后將其安裝在井下取芯槍內，再通過電纜將井上控制箱和井下電路板連接在一起。
使用時，打開井上控制箱后面板上的電源開關，接通電源。前控制面板有三個數碼管，分別為“狀態”、“個位”、“十位”。“狀態”以不同的顯示表示測試時藥包是否接觸或點火時藥包是否爆炸了。“個位”顯示所要測試或點火的藥包顆數的個位，“十位”顯示藥包顆數的十位，前面板右邊有6個薄膜按鍵，其中“十位”表示目前需要變動顆數的十位數字，“個位”表示需要變動顆數的個位數字，“增加”表示使個位或十位數字增一，“減少”則反之。“測試”表示測試藥包是否接觸良好，“點火”表示使某一顆藥包接通電流。電源接通后，顆數將顯示為“00”，此時按下“測試”鍵，取芯控制儀將連續測試取芯槍內的每一顆藥包是否接觸良好，數碼管將沒有接觸好或沒裝藥包的顆數編號依次顯示出來。通過“增加”和“減少”按鍵可以將數碼管顯示的數字調整到需要操作的顆數，再通過“測試”和“點火”鍵完成操作，“狀態”數碼管將顯示成功與否。
權利要求1.一種全數字井壁取芯控制儀，由井上和井下兩部分電路組成，井上與井下控制電路由兩芯電纜(10)連接，其特征為①.井上控制電路的調制與解調單元(3)的調制開關串聯在向井下供電的電纜(10)；②.井下控制電路的調制與解調單元(5)的調制開關串聯在向井下供電的電纜(10)；③、井下控制電路的控制單元(4)分別與藥包檢測電路(7)、復位誤觸發保護電路(8)、光電耦合器與可控硅開關陣列(9)相連接，由電源單元(12)為它們供電，復位誤觸發保護電路(8)和點火開關(6)的控制端連接，點火開關(6)和點火變壓器(13)原端連接，點火變壓器(13)副端和藥包檢測電路(7)連接，藥包檢測電路(7)和光電耦合器及可控硅開關陣列(9)連接。
2.據權利要求1所述的全數字井壁取芯控制儀，其特征為①.藥包檢測電路(7)點火變壓器TR1的次極線圈的一端接地，另一端接可控硅T40的1腳、二極管D9的陰極和光電耦合器U41(TLP627)輸入端陽極，U41輸出端集電極接電阻R72(1K)，電阻R72的另一端接VCC，U41輸出端發射極接地，U41輸入端陰極接二極管D5陽極，D5陰極接D9陽極和電阻R73(1K)，R73的另一端接T40的2腳和電阻R39并接入由光電耦合器與可控硅組成的開關陣列，U43輸入端陽極通過電阻RP1(510)后接VCC，陰極接三極管Q8的發射極，Q8的集電極接地，基極接電阻R69(20K)，電阻R69的另一端接檢測控制信號；②.復位誤觸發保護電路(8)電阻R66(2K)、二極管D7的陰極和D4的陽極相連，D7的陽極和電阻R66的另一端接地，電容E1的正極接VCC，比較器U40(LM193)的2腳接電阻R70(50K)和二極管D4的陰極，4腳和電阻R70的另一端接地，U40的3腳接電阻R71(82K)和二極管D2的陽極，U40的8腳與電阻R71的另一端一起接VCC，二極管D2的陰極與電容E2的負極一起接地，U40的1腳接電阻R68(390)、電容E2陽極和光電耦合器MOC3023(U42)輸入端陽極；③.井上調制與解調單元(3)中，U4中的三極管發射極接T1控制極，集電極通過電阻R2(20)后接可控硅一端，再接兩芯電纜的一芯，再接二極管D1(1N4007)的陰極，電纜的另一芯與交流電源的一端相接，二極管D1的陽極接T1另一端后再接電阻R18(5)、R19(18)、R34(18)及二極管D4的正極、二極管D3的負極，電阻R18另一端接電阻R20(18)、R35(18)、二極管D4的負極、二極管D3的正極及交流電源的另一端，比較器U5選用LM139，U5的9腿接電阻R19、R31(18)利電容C6(0.01μ)，U5的8腿接電阻R30(20)、R23(1K)、R20和電容C5(0.01μ)，U5的5腿接電阻R36(43K)、電容C11(0.1μ)及二極管D5(1N60)的正極，電阻R36的另一端、電容C11的另一端及二極管D5(1N60)的負極接電阻R35、R33(18)和電容C8(0.01μ)，U5的4腿接電阻R32(20)、R24(1K)、R34和電容C7(0.01μ)，電阻R30、R31、R32、R33和電容C5、C6、C7、C8的另一端接地，U5的14腿接電阻R23、R21(2.4K)、R25(20K)，U5的2腿接電阻R24、R22(2.4K)、R27(20K)，電阻R21、R22的另一端和U5的3腿相連后一起接VCC(直流電源正極)，U5的10腿接電容C3(0.1μ)和電阻R25的另一端，U5的7腿接電阻R76(20K)、電阻R78(4.3K)、電阻R80(1.8K)，電阻R76的另一端接VCC，電阻R78的另一端接U5的1腿，電阻R80的另一端接地，U5的11腿接電阻R75(20K)、電阻R77(4.3K)、電阻R79(1.8K)，電阻R75的另一端接VCC，電阻R77的另一端接U5的13腿，電阻R79的另一端接地，U5的6腿接電容C4(0.1μ)和電阻R27的另一端，電容C3、C4的另一端和U5的12腿都接地，U5的13腿接電阻R28(20K)，U5的1腿接電阻R29(20K)，電阻R28和R29的另一端都接VCC；④、井下調制與解調單元(5)中，U37輸入端陽極接VCC，陰極通過電阻R67(390)后接調制信號控制端，U37輸出端發射極接T37的控制極，U37輸出端集電極通過電阻R37(20)接可控硅一端后再與二極管D1陰極和兩芯電纜的一芯連接，可控硅T37另一端與二極管D1陽極、可控硅T39的2腳、電阻R65(40)、R60(18)、R64(18)、二極管D6的正極、二極管D7的負極連接，電阻R65的另一端與電阻R61(18)、R63(18)、二極管D6的負極、二極管D7的正極和變壓器T38(15∶1)原級線圈一端相連，T38原級線圈另一端接兩芯電纜的另一芯，比較器U38選用LM139，U38的9腿接電阻R60、R59(18)和電容C4(0.01μ)，U38的8腿接電阻R57(20)、R55(1K)、R61和電容C3(0.01μ)，U38的11腿接電阻R63、R62(18)和電容C6(0.01μ)，U38的10腿接電阻R58(20)、R56(1K)、R64和電容C5(0.01μ)，電阻R57、R58、R59、R62和電容C3、C4、C5、C6的另一端接地，U38的14腿接電阻R55、R54(2.4K)、R49(20K)，U38的13腿接電阻R56、R53(2.4K)、R52(20K)，電阻R53、R54的另一端和U38的3腿相連后一起接VCC，U38的4腿接電容C1(0.1μ)利電阻R49的另一端，U38的5腿接電阻R76(20K)、電阻R78(4.3K)、電阻R80(1.8K)，電阻R76的另一端接VCC，電阻R78的另一端接U5的2腿，電阻R80的另一端接地，U38的7腿接電阻R75(20K)、電阻R774.3K)、電阻R79(1.8K)，電阻R75的另一端接VCC，電阻R77的另一端接U5的1腿，電阻R79的另一端接地，U38的6腿接電容C2(0.1μ)和電阻R52的另一端，電容C1、C2的另一端和U38的12腿都接地。
專利摘要本實用新型屬于石油勘探領域，涉及一種全數字井壁取芯控制儀器，用于控制油井內獲取巖芯。它由井上和井下兩部分組成。井上部分由(1)控制單元、(2)鍵盤和顯示、(3)數制與解調單元、(4)電源，井下部分由(1)控制單元、(2)數制與解調單元、(3)點火開關、(4)檢測電路、(5)復位誤觸發保護電路、(6)由光電耦合器與可控硅組成的開關陣列、(7)電源單元等。井上控制電路通過兩芯電纜(10)向井下控制電路供電并利用一種電源自調制半雙工數字通信技術進行井上與井下的通訊。從而不僅實現了取芯控制儀器電子化數字化，克服了現有裝置帶有機械運動部件經常出現的卡檔和亂檔等問題，而且實現了控制及顯示的實時性和真實性。
文檔編號G05B19/02GK2620302SQ0225953
公開日2004年6月9日 申請日期2002年9月30日 優先權日2002年9月30日
發明者溫強, 金海濤, 侯寶成 申請人:溫強