石油測(cè)井儀器大多工作在地下，缺乏供電設(shè)備，需要電池供電。由于測(cè)井儀器工作時(shí)間長(zhǎng)，因此在儀器開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段，需要監(jiān)測(cè)儀器的功耗，以便給儀器配置相應(yīng)的電池，使儀器能更長(zhǎng)時(shí)間的工作。因此，很有必要設(shè)計(jì)一種寬動(dòng)態(tài)范圍、高精度、帶存儲(chǔ)的直流小電流連續(xù)監(jiān)控儀，可監(jiān)控不同狀態(tài)下的電流大小，從而計(jì)算設(shè)備的功耗，來(lái)給設(shè)備配置合適的電池。
1 微電流檢測(cè)與設(shè)計(jì)方案
針對(duì)本設(shè)計(jì)中涉及的10μA及以下微電流檢測(cè)問(wèn)題，主要考慮信號(hào)提取和放大過(guò)程中消除噪聲的問(wèn)題。噪聲主要來(lái)自兩個(gè)方面:一是電子系統(tǒng)內(nèi)部噪聲，包括熱噪聲、脈沖噪聲、尖峰噪聲、偏置電流和失調(diào)電壓等;二是電子系統(tǒng)外部噪聲，包括工頻干擾、射頻噪 聲、機(jī)械噪聲和大氣噪聲等。主要采用差分放大電路、減法電路和無(wú)源有源濾波相結(jié)合的方法消除噪聲，并在電路制作時(shí)作了屏蔽等進(jìn)一步的處理。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路。被測(cè)石油測(cè)井儀器的微弱直流小電流經(jīng)過(guò)采樣電阻將在其兩端產(chǎn)生微小電壓差，這樣就把電流轉(zhuǎn)換成電壓，即I/V轉(zhuǎn)換，采樣電阻兩端的電壓差經(jīng)無(wú)緣濾波電路濾除電壓信號(hào)中高頻諧波，電壓信號(hào)通過(guò)兩級(jí)差分放大環(huán)節(jié)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，放大到A-D轉(zhuǎn)換可以識(shí)別采集的電壓幅值，之后使兩路電壓信號(hào)與不含有用電壓信號(hào)的另一路信號(hào)(只有系統(tǒng)噪聲)組合同時(shí)進(jìn)入減法器做差動(dòng)濾波，濾除放大環(huán)節(jié)的系統(tǒng)噪聲，兩路電壓信號(hào)再分別進(jìn)行巴特沃斯濾波電路濾除工頻干擾，最后分別輸入A-D 轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，微控制器對(duì)兩路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行判斷決定選用那一路AD轉(zhuǎn)換結(jié)果作為本次A-D轉(zhuǎn)換的最終結(jié)果，對(duì)多次的最終結(jié)果進(jìn)行數(shù)字濾波得到多次最終結(jié)果的均值，將此均值進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)運(yùn)算轉(zhuǎn)換為測(cè)井儀器的實(shí)際工作電流。
3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論
設(shè)計(jì)完成后，重點(diǎn)對(duì)待測(cè)電流做了實(shí)驗(yàn)。使用滑動(dòng)變阻器模擬的測(cè)井儀器工作電流，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄。本論文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的石油測(cè)井儀器功耗檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)檢測(cè)測(cè)井儀器的工作電流，其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍大且包含微弱電流成分，在檢測(cè)10μA以下的電流時(shí)誤差在10%左右，在10μA以上的電流時(shí)誤差在4%左右。根據(jù)檢測(cè)的電流值經(jīng)計(jì)算可得到測(cè)井儀器的實(shí)際工作電壓、功率和功耗，并且能夠存儲(chǔ)一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，還可以將檢測(cè)數(shù)據(jù)送入上位機(jī)進(jìn)行分析顯示，統(tǒng)計(jì)儀器的總功耗，以此來(lái)給測(cè)井儀器配置容量合適的供電電池，以節(jié)約成本。
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