坐鍵式MWD脈沖發(fā)生器電容節(jié)電路技術(shù)研究

趙會(huì)忠 張長(zhǎng)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(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)影響較大等問(wèn)題。對(duì)脈沖器的工作原理及工作過(guò)程做了較詳細(xì)的分析闡述，尤其對(duì)其控制電路進(jìn)行解剖分析，并對(duì)控制電路的控制原理、電源電路的工作原理、控制電路的測(cè)試方法，及控制電路的信號(hào)波形做了深入細(xì)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(cè)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(jī)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(jìn)行研究

1.脈沖器及驅(qū)動(dòng)電路工作原理簡(jiǎn)介

1.1脈沖器工作原理簡(jiǎn)介

脈沖器主要包括驅(qū)動(dòng)電流、電磁機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中電磁機(jī)構(gòu)控制閥門(mén)頭與限流環(huán)之間的流通面積，進(jìn)而引起在鉆桿內(nèi)流動(dòng)的泥漿壓力產(chǎn)生變化，達(dá)到傳輸信號(hào)的目的。而驅(qū)動(dòng)電路接受探管脈沖編碼信號(hào)，轉(zhuǎn)換為適合的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁機(jī)構(gòu)，電磁機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)伺服閥運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

1.2 驅(qū)動(dòng)電路工作原理

驅(qū)動(dòng)電路主要分3大部分：電源電路、儲(chǔ)能電容、驅(qū)動(dòng)管理電路，見(jiàn)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(dòng)管理電路供電。儲(chǔ)能電容做為大電流放電的能源，為伺服機(jī)構(gòu)工作提供能源。驅(qū)動(dòng)管理電路接收探管發(fā)來(lái)的脈沖編碼信號(hào)，轉(zhuǎn)換成適合的驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)工作的驅(qū)動(dòng)電源。電源電路主要產(chǎn)生3部分電源：VCC、+5V、+Vh。

1.3 驅(qū)動(dòng)管理電路工作原理

運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入端a（反相輸入端），b（同相輸入端）和一個(gè)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(dāng)電壓U-加在a端和公共端（公共端是電壓為零的點(diǎn)，它相當(dāng)于電路中的參考結(jié)點(diǎn)。）之間，且其實(shí)際方向從a 端高于公共端時(shí)，輸出電壓U實(shí)際方向則自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。當(dāng)輸入電壓U+加在b端和公共端之間，U與U+兩者的實(shí)際方向相對(duì)公共端恰好相同。為了區(qū)別起見(jiàn)，a端和b 端分別用"-"和"+"號(hào)標(biāo)出，但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性。電壓的正負(fù)極性應(yīng)另外標(biāo)出或用箭頭表示。

運(yùn)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(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。這類器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣，其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。例μA741（單運(yùn)放）、LM358（雙運(yùn)放）、LM324（四運(yùn)放）及以場(chǎng)效應(yīng)管為輸入級(jí)的LF356都屬于此種。它們是目前應(yīng)用最為廣泛的集成運(yùn)算放大器。

MT2、MT3、MT4晶體管組成驅(qū)動(dòng)輸出電路，其中，MT2負(fù)責(zé)啟動(dòng)，MT3、MT4負(fù)責(zé)保持拉力。

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

1、場(chǎng)效應(yīng)管的源極s、柵極g、漏極d分別對(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管柵極幾乎不取電流（ig?0）;而三極管工作時(shí)基極總要吸取一定的電流。因此場(chǎng)效應(yīng)管的柵極輸入電阻比三極管的輸入電阻高。

4、場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)境條件（溫度等）變化很大的情況下應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。

5、場(chǎng)效應(yīng)管在源極金屬與襯底連在一起時(shí)，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(shí)，其特性差異很大，β值將減小很多。

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

7、場(chǎng)效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開(kāi)關(guān)電路，但由于前者制造工藝簡(jiǎn)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(diǎn)，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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管做開(kāi)關(guān)來(lái)用，他的效率是比較高的。

2脈沖器驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試

下座鍵脈沖器驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試時(shí)，需要用到如下儀器：

脈沖信號(hào)發(fā)生儀、拉力測(cè)試臺(tái)、數(shù)字示波器、數(shù)字穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬(wàn)用表等儀器。

測(cè)試時(shí)按照?qǐng)D3 拉力測(cè)試形式示意圖示意的形式連接，在勵(lì)磁電路串接一個(gè)0.1～0.5Ω的電阻，用來(lái)測(cè)試勵(lì)磁工作電流。

通過(guò)拉力測(cè)試電壓波形圖，測(cè)得是作用在勵(lì)磁兩端的電壓信號(hào);測(cè)得是勵(lì)磁回路的電流信號(hào)，通過(guò)串接在勵(lì)磁回路的電路獲得的。通過(guò)拉力極限電流波形圖，即是當(dāng)不能拉動(dòng)伺服閥時(shí)啟動(dòng)時(shí)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(dòng)電源的工作原理，實(shí)現(xiàn)自主維修，節(jié)省儀器維修經(jīng)費(fèi)，降低維修成本;

2研究了驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形，創(chuàng)新了測(cè)試方法，保證驅(qū)動(dòng)電路正常工作;

參考文獻(xiàn)：

[1]Positive Pulser Maintenance Parts And Diagrams HALLIBURTON DOCUMENT 2017

[2] 何文鈞.淺談電磁兼容和電磁屏蔽技術(shù)[C].//2110全國(guó)機(jī)械裝備先進(jìn)制造技術(shù)高峰論文論文匯編.北京：清華大學(xué)《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤(pán)版）》電子雜志社2010，10：397-400

[3] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB 50217-2007電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社.2008