用于油田井下流量測量儀的信號驅動及接收電路制造技術

本實用新型專利技術涉及一種用于油田井下流量測量儀的信號驅動及接收電路，它包括單片機，由諧振電感、超聲波換能器、微調電感、微調電容組成的兩路LC諧振器，以及模擬量通道選擇芯片。單片機的兩個I/O引腳循環輸出方波信號經過LC諧振電路整形放大后驅動超聲波換能器，本實用新型專利技術使用電感與超聲波換能器組成LC諧振電路，替代了傳統的復雜的激勵信號與接收信號處理電路，顯著減少了電路的復雜性，消除了井下高溫環境下由于復雜集成電路的采用所導致的溫漂效應以及高溫失效的隱患，增強了測量電路的穩定性，同時由于電路板的長度縮短，井下流量測量儀的有效長度縮短150mm，降低了流量測量儀在防噴管處的操作難度。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及信號處理電路，具體地指一種用于油田井下流量測量儀的信號驅動及接收電路。
技術介紹
目前，在油田井下使用的流量測量儀中，通常是采用三極管驅動電路及集成模擬信號放大器對信號進行處理，這種信號處理方式存在如下不足1、采用三極管放大電路驅動超聲波換能器，需要雙電壓供電，即5V (或3.6V)用于集成芯片供電，7. 2V用于超聲波換能器驅動，這種供電電路及驅動電路復雜。2、接收信號采用專門的集成放大電路，其外圍電路復雜，信號易失真且容易引入干擾。
技術實現思路
本技術的目的在于克服上述現有技術的不足，而提供一種用于油田井下流量測量儀的信號驅動及接收電路，該電路使用LC諧振電路替換現有的三極管驅動電路及集成模擬信號放大器，同時實現驅動信號及接收信號的放大，不僅降低了電路的復雜性，還能增加電路的可靠性。實現本技術目的采用的技術方案是一種用于油田井下流量測量儀的信號驅動及接收電路，包括第一超聲波換能器；第二超聲波換能器，與所述第一超聲波換能器正對；模擬量通道選擇芯片，包括第一模擬通道、第二模擬通道以及通道開關，所述第一模擬通道與所述第一超聲波換能器連接，所述第二模擬通道與所述第二超聲波換能器連接，所述通道開關分別與第一模擬通道和第二模擬通道連接；該信號驅動及接收電路還包括單片機，包括第一 I/O接口和第二 I/O接口；第一諧振電感，連接在所述單片機第一 I/o接口與第一超聲波換能器之間；以及第二諧振電感，連接在所述單片機第二 I/o接口與第二超聲波換能器之間。在上述技術方案中，所述單片機還包括第三I/o接口，該第三I/O接口與所述通道開關連接。進一步地，該信號驅動及接收電路還包括第一微調電感，連接在所述第一諧振電感與第一超聲波換能器之間；以及第二微調電感，連接在所述第二諧振電感與第二超聲波換能器之間。更進一步地，該信號驅動及接收電路還包括第一微調電容，與所述第一超聲波換能器并聯；以及第二微調電容，與所述第二超聲波換能器并聯。本技術采用簡單的一次元件電感與超聲波換能器組成LC諧振電路，替代了傳統所用的復雜的激勵信號與接收信號處理電路，顯著減少了電路的復雜性，同時消除了井下高溫環境下由于使用復雜集成電路易導致的溫漂效應以及高溫失效的隱患，增強了測量電路的穩定性。此外，由于采用LC諧振電路，本技術電路板的長度縮短，使得井下流量測量儀的有效長度縮短150mm，降低了流量測量儀在防噴管處的操作難度。附圖說明圖1為本技術用于油田井下流量測量儀的信號驅動及接收電路的結構框圖；圖2為圖1用于油田井下流量測量儀的信號驅動及接收電路的電路圖。具體實施方式以下結合附圖和具體實施例對本技術作進一步的說明。如圖1所示，用于油田井下流量測量儀的信號處理電路包括單片機(Ul)lOO，單片機(Ul) 100的第一 I/O接口 101依次與第一諧振電感L11、第一超聲波換能器LSl電信號連接，第一超聲波換能器LSl的信號輸出端與模擬量通道選擇芯片(U2) 400的第一模擬通道401連接。單片機(Ul) 100的第二 I/O接口 102依次與第二諧振電感L21、第二超聲波換能器LS2電信號連接，第二超聲波換能器LS2的信號輸出端與模擬量通道選擇芯片400的第二模擬通道402連接。由于超聲波換能器具有電容特性，所以第一諧振電感Lll與第一超聲波換能器LSl構成第一 LC諧振電路200 ;第二諧振電感L21與第二超聲波換能器LS2也構成第二 LC諧振電路300。單片機(Ul)IOO的第三I/O接口 103與模擬量通道選擇芯片(U2)400的通道開關403連接。通道開關403分別與第一模擬通道401和第二模擬通道402連接。本實施例的具體電路圖如圖2所示，單片機(Ul) 100的第一 I/O接口 101為RBl接口，第二 I/O接口 102為RB4接口，第三I/O接口 103為RBO接口 ；模擬量通道選擇芯片(U2) 400的第一模擬通道401為BI，第二模擬通道401為BO，開關通道403為S。下面詳細說明具體電路的連接關系。單片機Ul的RBl接口與第一諧振電感Lll連接，第一超聲波換能器LSl與第一諧振電感Lll連接構成第一 LC諧振電路200 ;第一超聲波換能器LSl的信號輸出經過濾波電容C6和限流電阻R2后與模擬量通道選擇芯片(U2) 400的第一模擬通道BI連接。單片機(Ul) 100的RB4 口與第二諧振電感L21連接，第二超聲波換能器LS2與第二諧振電感L21連接構成第二 LC諧振電路300 ;第二超聲波換能器LS2的信號輸出經過濾波電容C7和限流電阻R3后與模擬量通道選擇芯片(U2) 400的第二模擬通道BO連接。本實施例中，第一諧振電感Lll和第二諧振電感L21的諧振電感為30uH，保證諧振頻率為IMHz，當第一超聲波換能器LSl與第二超聲波換能器LS2的電容特性個體差別較大時，使用第一微調電感L12和第一微調電容C4，以及第二微調電感L22和第二微調電容C5降低兩電路的差異性，減少測量誤差。其中第一微調電感L12串聯在第一超聲波換能器LSl與第一諧振電感Lll之間,第一微調電容C4與第一超聲波換能器LSl并聯。第二微調電感L22串聯在第二超聲波換能器LS2與第二諧振電感L21之間，第二微調電容C5與第二超聲波換能器LS2并聯。單片機(Ul) 100的RBO 口與模擬量通道選擇芯片400的通道開關S連接。單片機(Ul)IOO的OSCl和0SC2接口連接有由電容Cl、電容C2、電阻Rl和石英晶體組成的振蕩與時鐘電路，該振蕩與時鐘電路為單片機中所常用的技術手段，用于提供統一的時鐘周期。本電路圖中其它未做說明的元器件及其連接結構均為現有技術，此處不再贅述。下面以一個具體的信號分析來說明本技術的工作過程。單片機(Ul)IOO的RBl 口發射16個幅值為3. 6VDC頻率為IMHz的方波，經由第一LC諧振電路200變換為峰峰值約為9. OVDC頻率為IMHz的正弦波，第一超聲波換能器LSl被激勵，發出的超聲波被與其正對的第二超聲波換能器LS2接收，接收信號被第二 LC諧振電路300放大后，進入模擬量通道選擇芯片400的第二模擬通道BO，從模擬量通道選擇芯片400的A端出進入后續測量電路。間隔一定時間后，單片機(Ul) 100的RB4 口發射16個幅值為3. 6VDC頻率為IMHz的方波，經第二 LC諧振電路300變換為峰峰值約為9. OVDC頻率為IMHz的正弦波，第二超聲波換能器LS2被激勵，發出的超聲波被與其正對的第一超聲波換能器LSl接收，接收信號被第一 LC諧振電路200放大，進入模擬量通道選擇芯片400的第一模擬通道BI，從模擬量通道選擇芯片400的A端出進入后續測量電路。如此，完成一個正反測量循環。正反測量后的信號處理為現有技術，此處不再贅述。當單片機(Ul)的RBl 口發射方波完畢后，RBO 口輸出邏輯0，模擬量通道選擇芯片(U2) 400的第二模擬通道BO打開，以便接收信號從第二模擬通道BO至A端；當單片機Ul的RB4 口發射方波完畢后，RBO 口輸出邏輯1，模擬量通道選擇芯片(U2) 400的第一模擬通道BI打開，以便接收信號從第一模擬通道BI至A端。在具體的工作中，當單片機(U本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于油田井下流量測量儀的信號驅動及接收電路，包括：第一超聲波換能器；第二超聲波換能器，與所述第一超聲波換能器正對；模擬量通道選擇芯片，包括第一模擬通道、第二模擬通道以及通道開關，所述第一模擬通道與所述第一超聲波換能器連接，所述第二模擬通道與所述第二超聲波換能器連接，所述通道開關分別與第一模擬通道和第二模擬通道連接；其特征在于，還包括：單片機，包括第一I/O接口和第二I/O接口；第一諧振電感，連接在所述單片機第一I/O接口與第一超聲波換能器之間；以及第二諧振電感，連接在所述單片機第二I/O接口與第二超聲波換能器之間。

【技術特征摘要】
1.一種用于油田井下流量測量儀的信號驅動及接收電路，包括: 第一超聲波換能器； 第二超聲波換能器，與所述第一超聲波換能器正對； 模擬量通道選擇芯片，包括第一模擬通道、第二模擬通道以及通道開關，所述第一模擬通道與所述第一超聲波換能器連接，所述第二模擬通道與所述第二超聲波換能器連接，所述通道開關分別與第一模擬通道和第二模擬通道連接； 其特征在于，還包括: 單片機，包括第一 I/o接口和第二 I/O接口； 第一諧振電感，連接在所述單片機第一 I/o接口與第一超聲波換能器之間；以及 第二諧振電感，連接在所述單片機第二 I/o接口與第二超聲波換能器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉波，呂衛民，代江林，黃青州，施彤宇，
申請(專利權)人：武漢三江航天遠方科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：