坐鍵式MWD脈沖發(fā)生器電容節(jié)電路技術(shù)研究

趙會忠 張長清 羅忠保 徐笑鷗

摘要：為解決脈沖器電容節(jié)電路，故障頻次、修復(fù)成本較高、周期長，對生產(chǎn)影響較大等問題。對脈沖器的工作原理及工作過程做了較詳細的分析闡述，尤其對其控制電路進行解剖分析，并對控制電路的控制原理、電源電路的工作原理、控制電路的測試方法，及控制電路的信號波形做了深入細致的研究。為儀器維修、制造提供了有力的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：定向井;儀器;模擬電路;模數(shù)轉(zhuǎn)換;測量;控制

引言

目前，泥漿脈沖型脈沖發(fā)生器主要有兩種，一種是以哈里伯頓為代表的泥漿渦輪發(fā)電機型脈沖器，另一種是以BAKE、TOTEQ、HAILAN為代表的電池供電下座鍵型脈沖器。本文即以下座鍵型脈沖器進行研究

1.脈沖器及驅(qū)動電路工作原理簡介

1.1脈沖器工作原理簡介

脈沖器主要包括驅(qū)動電流、電磁機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)。其中電磁機構(gòu)控制閥門頭與限流環(huán)之間的流通面積，進而引起在鉆桿內(nèi)流動的泥漿壓力產(chǎn)生變化，達到傳輸信號的目的。而驅(qū)動電路接受探管脈沖編碼信號，轉(zhuǎn)換為適合的驅(qū)動信號來驅(qū)動電磁機構(gòu)，電磁機構(gòu)驅(qū)動伺服閥運動，從而驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作。

1.2 驅(qū)動電路工作原理

驅(qū)動電路主要分3大部分：電源電路、儲能電容、驅(qū)動管理電路，見圖1所示

電源部分接受井下儀器系統(tǒng)的鋰電池供電，產(chǎn)生脈沖器工作的電源，為驅(qū)動管理電路供電。儲能電容做為大電流放電的能源，為伺服機構(gòu)工作提供能源。驅(qū)動管理電路接收探管發(fā)來的脈沖編碼信號，轉(zhuǎn)換成適合的驅(qū)動伺服機構(gòu)工作的驅(qū)動電源。電源電路主要產(chǎn)生3部分電源：VCC、+5V、+Vh。

1.3 驅(qū)動管理電路工作原理

運算放大器有兩個輸入端a（反相輸入端），b（同相輸入端）和一個輸出端o。也分別被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當電壓U-加在a端和公共端（公共端是電壓為零的點，它相當于電路中的參考結(jié)點。）之間，且其實際方向從a 端高于公共端時，輸出電壓U實際方向則自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。當輸入電壓U+加在b端和公共端之間，U與U+兩者的實際方向相對公共端恰好相同。為了區(qū)別起見，a端和b 端分別用"-"和"+"號標出，但不要將它們誤認為電壓參考方向的正負極性。電壓的正負極性應(yīng)另外標出或用箭頭表示。

運算放大器分通用型、高阻型、低溫漂型、2型、低功耗型、高壓大功率型、可編程控制等。其中通用型型運算放大器就是以通用為目的而設(shè)計的。這類器件的主要特點是價格低廉、產(chǎn)品量大面廣，其性能指標能適合于一般性使用。例μA741（單運放）、LM358（雙運放）、LM324（四運放）及以場效應(yīng)管為輸入級的LF356都屬于此種。它們是目前應(yīng)用最為廣泛的集成運算放大器。

MT2、MT3、MT4晶體管組成驅(qū)動輸出電路，其中，MT2負責(zé)啟動，MT3、MT4負責(zé)保持拉力。

MT2為場效應(yīng)管，而MT3、MT4為晶體三極管。場效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點：

1、場效應(yīng)管的源極s、柵極g、漏極d分別對應(yīng)于三極管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似。

2、場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由vGS控制iD，其放大系數(shù)gm一般較小，因此場效應(yīng)管的放大能力較差;三極管是電流控制電流器件，由iB（或iE）控制iC。

3、場效應(yīng)管柵極幾乎不取電流（ig?0）;而三極管工作時基極總要吸取一定的電流。因此場效應(yīng)管的柵極輸入電阻比三極管的輸入電阻高。

4、場效應(yīng)管是由多子參與導(dǎo)電;三極管有多子和少子兩種載流子參與導(dǎo)電，而少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，因而場效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強。在環(huán)境條件（溫度等）變化很大的情況下應(yīng)選用場效應(yīng)管。

5、場效應(yīng)管在源極金屬與襯底連在一起時，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大;而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時，其特性差異很大，β值將減小很多。

6、場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場效應(yīng)管。

7、場效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開關(guān)電路，但由于前者制造工藝簡單，且具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點，因而被廣泛用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。

8、三極管導(dǎo)通電阻大，場效應(yīng)管導(dǎo)通電阻小，只有幾百毫歐姆，在現(xiàn)用電器件上，一般都用場效應(yīng)管做開關(guān)來用，他的效率是比較高的。

2脈沖器驅(qū)動電路的測試

下座鍵脈沖器驅(qū)動電路的測試時，需要用到如下儀器：

脈沖信號發(fā)生儀、拉力測試臺、數(shù)字示波器、數(shù)字穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬用表等儀器。

測試時按照圖3 拉力測試形式示意圖示意的形式連接，在勵磁電路串接一個0.1～0.5Ω的電阻，用來測試勵磁工作電流。

通過拉力測試電壓波形圖，測得是作用在勵磁兩端的電壓信號;測得是勵磁回路的電流信號，通過串接在勵磁回路的電路獲得的。通過拉力極限電流波形圖，即是當不能拉動伺服閥時啟動時間將加大到100mS。

3、結(jié)論

1研究了坐鍵式MWD脈沖發(fā)生器驅(qū)動電源的工作原理，實現(xiàn)自主維修，節(jié)省儀器維修經(jīng)費，降低維修成本;

2研究了驅(qū)動信號波形，創(chuàng)新了測試方法，保證驅(qū)動電路正常工作;

參考文獻：

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