（电气工程专业论文）qxf36型井壁取芯器地面控制仪的原理与设计.pdf

p r i n c i p l ea n d d e v i s a lo fq x f 3 6m o d e lc o n t r o l l e r t ot h ew a l lo f w e l lo i lt h eg r o u n d a b s t r a c t 露l eo i la n dn a t u r a lg a sa r ef l o w e dm i n ep r o d u c eu n d e r g r o u n d 。a l o n gw i t h e c o n o m yd e v e l o p i n ga l lo v e rt h ew o r l d , t h eo i le c o n o m ya sap a r to f w o f l de c o n o m y d e v e l o p e dr a p i d l y t h i sb r i n gw i d e s tf o r e g r o u n dt oo i le x p l o i t a t i o ne s p e c i a l l ym a k i n g h o l eg e o l o g i ci n d u s t r y i nt h ee n g i n e e r i n gd o m a i no f m a k i n gh o l eg e o l o g y , s a m p l i n g u n d e r g r o u n di so n eo fi t si m p o r t a n tw o r k s i t sm o s t l yi n s t r u m e n ti sw a l lo faw e l l c o n t r o lo nt h eg r o u n d 蛰1 9 4 0 as a m p l i n gi n s t r u m e n to fw a l lo faw e l lb e g i n st o g e n e r a l i z ea n du s e w ec a nu s ei tt os a m p l i n gi nt h es a m p l i n gw e l lt ov a l i d a t es t r a t u m t y p e 。i no u rc o u n t r y , o u t d a t e ds a m p l i n gi n s t r u m e n ti sd e v i s e da n dm a n u f a c t u r e di n 1 9 6 0 i ta d o p t e dt h em o d eo fs i m u l a t i o nt os u r v e y , r e g i s t e ra n dc o n t r o lp r o d u c i n g i t s s t r u c t u r ei sv e r ys i m p l ew i t h o u tc o n t r o li n s t r u m e n to l lt h eg r o u n da n du n d e r g r o u n d w e l l ，s oi tm o s t l yd e p e n d so no p e r a t o r s o u t d a t e ds a m p l i n gi n s t r u m e n tw i t h4 d e t o n a t o r sd i s c h a r g e d2d e t o n a t o r sa tat i m e ，s oi tw o u l dr e s u l ti nw a s t eo f d e t o n a t o r s a n dr e p e t i t i o u so p e r a t i o ni nt h eo i lw e l l ，a n di ti sl o wv e r ym u c hi nw o r ke f f i c i e n c y , i n2 0 0 0 ，f o rt h eo u t d a t e ds a m p l i n gi n s t r u m e n t ，p e o p l eu s e dl o wv o l t a g et oe x c o g i t a t e s a m p l i n gc o n t r o li n s t r u m e n t ，a n df i r s tt i m ea d o p t e dt h et e c l m i q u eo f c h o o s i n gg o n s 。 t h e r ew e r e8d e t o n a t o r s i td i s c h a r g e d1d e t o n a t o ra tat i m et or e a c h8a i m s s ou s i n g i te c o n o m i z e dt i m ea n dd e t o n a t o r s , e s p e c i a l l yi nd e e 爹w e l l ，- n o wt h em o d e lo f e x p l o d i n gs a m p l i n g i n s t r u m e n to nw a l lo f aw e l li su s e di no u rc o u n t r y , t h e r ea r e3 6 s a m p l i n gi n s t r u m e n t sw i t h3 6b u n d l e so fd y n a m i t e w h e nc o n t r o li n s t r u m e n to nt h e g r o u n dp i t c h e so n8b u n d l eo fd y r m m i t e , i tw i l lb ee l e c t r i f i e d ，e n k i n d l e da n d e x p l o d e dt om a k e t h es a m p l i n gi n s t r u m e n tr i pi n t os t r a t u mt oo b t a i ns t r a t u n as a m p l e t h i st e x ta n a l y s e sa n dd e v i s e sc o n t r o la p p a r a t u so f t h e 戳f 3 6w a l lo f t h ew e l l s a m p l i n gi n s t r u m e n tf r o mp r a c t i c a lt a s ki nt h eo i lf i e l d sa n dm a n u f a c t u r ei nt h e c o r p o r a t i o n s i ti sm a d eu po f v o l t a g es w i t c hc i r c u i t r y , i n s p e c t i n ga n dt e s t i n gc i r c u i t r y , i g n i t i o nc i r c u i t r y , d i s p l a yc i r c u i t r y , e t c i ti sp r o v i d e dw i t ht h ef u n c t i o n sv o l t a g e s w i t c h , i n s p e c t i n ga n dt e s t i n g ，i g n i t i o n ，a m m e t e ra n dp a n e ld i s p l a y i tw o r k sr e l i a b l y b yt a l ea n dl i n e 。i tw i l lb ee a s y 协o p e r a t i o na n ds e r v i c i n g t h e r ew i l lb eb e t t e r b e n e f i tf o rt h eo i lf i e l da n dm a n u f a c t o r ya f t e rp o p u l a r i z i n g k e y w o r d s ：t h ew a l lo f w e l l ；c o n t r o l l e r ；p r i n c i p l e ；d e v i s a l 插图清单 图1 - 1 取芯枪体3 图2 1 控制原理圈5 强2 - 2 鼗鸦显示原理图5 图2 - 3 组合逻辑电路设计步骤1 0 图2 0 辩痔逻辑窀路设诗步骤1 9 图2 - 5 井壁取芯器地面控制仪总体构成1 3 图3 - 1 控制信号髓抟输过程1 8 图3 - 2 传输信母等效电骆1 9 圈3 - 3 电压转换装置1 9 羯3 - 4 选发器纛瑾圈 图3 - 5 点火及点火检测电路2 1 强3 - 6 整滚表头辫翔电鼹。2 3 图3 7 药包捡测仪表显永2 3 图3 _ 8 药包检测电路的等效电路。2 4 图3 - 9 点火电路的等效分流原理2 s 图3 1 0 指示灯强示电路2 7 蓬3 一l l 鬏粒显拳毫路药裁2 8 图3 1 2c d 4 0 1 1 组成的基本r - s 触发器2 9 强3 ，1 3 诗数器c d 4 0 2 9 的强接电路一3 0 图3 1 4 计数、译码及显永电路3 l 图3 1 5c d 4 5 1 1 舆筐表及对应的数码管显承3 2 表格清单 表2 - 1 羧挡奄蓬、煮必嘏压表+ 1 3 表3 1 电器元件明细表1 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果a 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 金胆王些盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：层穗够u 签字日期；爿彬幽；口侗习日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒g b 王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权佥 e ! 王些盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名渥t i 2 哆乙 签字日期：埔，月乃日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名 黟f 哆夯 签字日期：d 石年，f 月哕日 电话 邮编 致谢 在遮攫我涤漾避黪谢我豹导努温靼东教授窝苏义敏毫级工程薅，是您们赐 予我进入电气工穗这一领域学习和研究的裳贵机会。老师在学习、研究和实践 中不断地救诲和鼓励让学擞此生难惠、铭记终生。 感谢我的导师合肥工娩大学电气与备韵化学院滚黼东教授对我学术帮论文 上的帮助和指导。 惑落承德汪镳蠢油瓤攘毒袋责柽公司苏义敏亵缀芏程j | | 澎我论文 爱诗、实 验的帮助和指导。 感谢承德江钻石油规械富限费经公司王程师王永泉、刘恕东在专业知识及 实验上的指导和大力协助。 感谢承德江钻石油机械有限责任公司协助进行项目设计的所有剐志和朋友 髓。 感谢父母及所有关心、支持和帮助过我的老师、同学和朋友们! 作者：屈健民 2 0 0 6 年1 1 月 第一章绪论 1 1 课题的来源、目的和意义 睫饕全球经漭豹发最，石洼经济终务爨赛经济橇局串豹篷要缓戒部分，魄 得到了飞速的发展。由此给石油开采事业、尤其是钻井地质行业的发展带来了 藏所寒蠢豹广阕蒋景。旗搀地震王程领域串，迪质取芯是茭工终的纛耍组成部 分之一，其主要墨具取芯控制仪芷发挥着鹧来越大的作用。 在丽油勘探过程中，通过地震等方法确定出可以打控井以后，往往先要打 鑫一日撩e 琵井，然后对裸敝并逶符井下诸多参数的溯量，势辩菜些势菠、在菜 些特定的位置取下岩芯，对岩芯进行分析，以便确定此裸眼井的工业价值。 夏滚耪天然气是埋藏搓建下熬滤蘸矿产。嚣 l 蓼东拯搽涵气嚣静冬秘方法孛， 钻井勘探是寻找油、气田的一种崴接有效的手段。钻井地质资料的收集与分析 是钻井勘探的核。厶工非。钻井她震是通过钻井的方法录取各种地质资辩，研究 地层、构造及油气分布规律的实用科学，窀在确定、评价及汗采油气田工俸中 占有重黢地位。对勘探过程中所钻的各类井，均需潦取地质资料，并通过对资 辩静分薪、研究和舞断，获得淮气田弱探串各阶段掰需懿资褥释鼗撩，班确定 此裸眼弗的工业价值。自& 糟按要求取全取猴各种直接或间接反映地下地质情况 翡资耨露数攥，关系刭魏撵、嚣发涟、气爨熬盛致。 在油、气田勘探、开发过程中，为了了解地下澍层性质及其变化规律，特 别是油、气层的性葳，只凭钻时积淀浆录势资料是不够的，还震取得反映井下 岩层最赢观、最实际的者芯资料。岩芯录并是石油地质人员按一定标准对岩巷 进行编泶、观察、试验和描述的过程。所谓岩芯就是在钻井过程中，采用专门 静取芯王其褒爨静蟪下卷石。表芯是羚甄蘸层砉毪、秘往及含漓往的重要壹鼹 地质资料，对油、气田的勘探和歼发有着十分重要的意义。用于岩蕊录井分析 豹取芯王终毒戳下三静方姣：韬势驭蕊、蕊薅撞壹式荠壁取苍、链遂式势壁联 芯。其中钻井取芯和钻进式井壁取芯都是柱钻井地质录井工作中的辫芯录井阶 段完成的，也就是随钻随取；恧爆炸撞击茂井壁取芯需要在完并阶段的资料收 集、为究笄总结工作打好基础的工作中完成。各种取芯方式在油、气田勘探、 开发过襁中各有备的作用，且必不可少。井壁取芯是指用井蹙取芯器，按预定 鼹旁下深度，在井壁上取密建屡畿芯貔方法。并壁彀芯逶鬻惩奁完势遥测除蔽 进行。肖时为了及时查明油气层，也可结中途电测进行中途井壁取芯。井蹙 取芯是髑寒落实装牲、会潮气性，鼹决建骥穆选球物理溅势鳃释静疑难翊题， 或者满照地质方丽特殊需要所采取的重要方法。在油、气田勘探初期，为了提 蔫勘探速度，采用以岩属必主的综合录井方法来解决有无浊气层的闯题时，弗 壁取苍宵着更为鬟要时蠹义。 井魅取芯大致可以分为两类；枪击式井壁取芯和旋转式拌壁取芯。其主要 设备莛势壁取芯器，理在使焉较多瓣是枪丧式势壁敷芯，它遵零垂取葱检、逡 发器和地面控制仪组成，分地上和媳下两部分：地下部分包括选发器和取芯枪， 其中选发器安装焱封闭豹驭芯检体选发器密闭室内，是通过机械部 牛固化在 起的，取芯枪体上有各种规格的岩芯筒、岩芯筒拉索、药盒投辅韵工其；地上 部分为地面控制设备称为地面控制仪。井璧取芯器怒地质勘探开发专用野外车 竣设备。势壁取芯操作蓬程裸疆势靛欲取蕊蓑位，搽缓遗蟊羧懿仅，遽毫点燃 火药包，将岩芯筒打人井魅地层，由活动电缆拉出糟芯筒，从而获取岩芯。耐 趱藐取蕊、特别是射孔过程骞一定怒蹬蛙秘玻螺蛙，地覆爆妗会造成人员伤亡、 设备损坏。 1 2 国内终发展壤浇 1 9 4 0 年左右国外开始推广使用井壁取蕊工具。在己钻到预计深度的井中， 鲻宅在套希望的地层中取捞。势壁取蓉器的孝芯篱装在共壁敬芯枪审，下到要 求的深庶后用电点火。岩芯取到者芯筒中席，将井熬取芯枪绞出地丽，即可采 收井壁岩芯。这j 种取芯法可以验证瞎猁录井所显示的地层类型。但因岩芯柱很 小，赝良布够谁蔬隙度、渗透率及饱和度的猃证之蹋。而且，储集屡盼并壁瓣 芯经常受到泥浆的冲洗。辩壁岩芯都用以检验有意义的地层，观察有何种流体， 辨校验吉生秘方纛豹痰渣。毽窀凌不戆鬟墩评捡岩露魏魏隙发、渗逶搴窥谗翻 度等特 难。井壁取芯是核实勘探要求( 是否需凄作进一步较洋绷的地层测试) 的一 嵇廉份盼方法。意最适用予在摞势孛验证呶测录井鹣岩性勰释，也可照于验诬 井( c o n f i r m a t i o nw e l l s ) ，以检查可影响油并生产的镪何地层变化。 我国老式豹射孔井壁敷芯器是1 9 6 9 年的产品，仪器采用模拟方式进行测量 记录帮控翻生产进程，缩梅简单，上下均没有仪器，对搡彳乍入贯貔依赖程度稷 大；每次最多只能带4 个炮芯，而且在工作时均是双炮连发，对于放炮较多的 揍况墩爱分数靛链强嬲将造残烧蕊缝渡费穰下劳次数起璞多，进瑟影豌工终效 率。且由于机械传动及介质影响丽造成记录精度不商，资料通用性麓，诸多方 嚣因素爨造成误射孔误取芯等事故，已不能满足现代化石油生产的嚣要。2 0 0 0 年左右，针对传统的放炮器每次最多只能带4 个炮芯，而且在工作时均是取嫩 连发，对于放炮较多且分散的钻孔则意味餐炮芯的浪费和下井次数的增多等一 系确谤况，研翻低电垂被逡取芯饺，并蓄次采用了选发方筑，将每次下葬瓣 炮芯数摁商到8 个，每次只放1 个炮，8 个炮芯可到达8 个不同的目的点位，大 大逮绣怒了教遣敬芯瓣阕注遽短涕孵更秀突窭) ，减少炮蕊豹渡夔。 低电压放炮取芯器作为一种新仪器其主要目的是为了解决锗装电缆无法放 炮嚣设，与传统放炮方法媚比，由于砖统方法不存在因仪器救障引起的不晌炮 问题。从使用的情况来看，低电愿放炮取芯便也未瓣现过仪器故障。至于取芯 成功率的高低，旗本上不取决于仪器，丽是取决于墩芯筒的质量。而现在，新 望l 豹嚣张取芯器蒸有实对控裁生产攥孛# 过程、操俸篱攀、涮豢移控麓准确、霹 靠性强、鸯动纯糕度高等优点，奁撵除于撬信号解决无短套瞽并骛季魏、薄垂驭 芯等问题上具有较高精度和可靠性。到目前为止，翻内普遍使用的井壁取芯用 鳇取芯捻建爆炸式取芯检。这静取蕊捡装骞3 6 个麦杰的取芯麓，每个敬蓉簿爹 有一个炸药包，当井壁取芯控制仪选中某一个炸药包时，对成的炸药包便被通 电点燃，发生爆炸，将取蕊筒射入地层即可获取岩芯。q x f 3 6 型井壁墩芯器地 两控案l 佼就是在j 琏：基础上研箭的。它与舀前常用酶选发器和取芯枪配合使用。 图1 - i 取芯枪体 取芯掩体( 如图1 ) 上霄3 6 个各种规格鳃岩芯越、岩芯篾控索、爨金及辘 助工具，次下井最多能获取3 6 颗岩芯。醴前，广泛使用的选发器主器有两种 类型，一种是采用电磁铁形式的棘轮式选发器，它幽电磁铁控制棘轮转动，耐 辩轮又带渤选发嚣盼动融头转动，电磁铁簿缀合一次，棘轮转过一定的角度， 从而使动触头由个定触头滑向另个定触头，完成一次选发；另一种是采用 毽爨驱动瓣选发形式，鸯爹送电撬巍力矩憩撰。愆秀秘类型，键箕工终攮理基本 相同，都是利用电机的转动，带动动触头转过固定的角度，使动触头从一个窳 触头换到另一个定触头，竞成一次选发。 1 3 本文工作内容及安排 本幸客文题强为“q x f 3 6 型势熬敷蕊爨蟪嚣控嗣仪戆蹶理鸯设计”，其研究 目的是从实际工作需要和满足商业批量生产的要求出发，分析并设计了钻井地 震领域中常用的井壁取芯器的地面控制仪。本文研制的共壁取芯器地掰控制仪， 莛点是完成控制系统、检测系统耨数码显示系统的设计，并结合箕使用环境及 性能要求和功能以及批量昝! 产和推广的需要，完成以下主要工作： 稷援著壁致蕊嚣建蟊羧案l 坟使耀强境、授术捂栋涎要求器系统组戏，鹾究 并设计了井壁取芯器地面( 井上) 控制仪，建立了究整的井艇取芯器地面控制 仪熬整体终棱；势完成控钢电路、检测毫路、数码显示电路款总体设诗；最爝 对井壁取芯器地耐控制仪的可靠性进行了研究和探讨。 第二章q x f 3 6 型并壁取芯器地面控翩仪的理论分析和总体构 成 2 1 引言 由翦述知，将井下各层位的岩搭扳本取到地厩上来的井蹙取芯工作，是一 项十分蘸要的工作。因为井下各屡位的岩芯，是蟪滕地质的第一手资料。对取 得的各层位岩芯进行化验、分析研究，就可以获得最完整、最准确的地质资料， 钛丽掌攥该并箍下漓气屡蟪震祷造，掌握漳气层静靛妥、深凌、犀囊、岩层瞧 质等。只有用可靠的科学数据，才能保证所探的生产油井有较大的生产能力， 镁涵势嶷产稳产。嚣势下蛋层垃卷蕊建震炎辩撵鑫瓣采集工终，载是建共壁驳 芯器来完成的，井壁取芯器是获取井下油气层地质者芯的专用工具。 井璧取芯器分为电枫式、电磁斌两种。井壁取芯器由主体( 取芯枪枪体) 、 选发器、地面控制仅所缓成。选发器安装在主枪体i 二作为井下取芯部分，控制 仪是地面操纵控制部分。辩壁取芯器在取芯时的工作步骤是：首先缀过必要的 辩学探测，确定辩要戆不溺取芯深度，然菇蔫毫缆绞车把取蕊器主稔俸送入链 井深处预取芯层。在地面操纵控制仪，通道电缆将控制仪发出的控制信号传黧 井下选发电路。选发电路控裁选发器，按控枣l 售号豹控毒l 要浓，驱动选发针婊 次接通选发盘3 7 对触点，实现取芯器选发拽零、换档、药包测试、点火等功能。 敬芯器童枪体有3 5 个选发弹仓孔，随着设计的井下不同取芯深度变化，按3 6 选发弹会孔的捧确顺序进行换橙、点火，簪 瀑药室中的药盒由爆炸产生的攉力 将岩芯筒射入井壁中。然后启动电缆绞车提升取芯器主枪体，此时的岩芯筒靠 与稔髂联接静钢熬控索觚势壁孛被毅釜l ，夔着主枪馋静挺秀，达到冀辨预定懿 深度时继续进行般芯操作。直至完成全部的取芯工作后，从并中提出取芯器主 枪体，将携劳着不慰深度豹澶气屡地震卷蕊戆岩芯楚带酲地疆。麸取蕊器取芯 工作过稔可以看出，取芯工作在远离地面几千米的并下进行，地面上对井下暇 芯情况餐不见摸不着，全靠取芯器控制仪控制的准确性和可靠性来完成。所以 要求并鹫敬芯器控铡役不健要适斑漓田野外作韭环境，面量有较离的可靠径冬 抗干扰性。无论井下的工作环境蕊样恶劣多变，控制仪都成满足取芯操作控制 嚣要，翅准确、露靠豹控翔功能秽较强蕊投潮憝力，寒保谖取芯工俘可靠颓稳 地完成。 井壁取芯器按制仪是濑墨勘掇开发专北努癸车裁设备。本文设计豹q x f 3 6 型井壁取芯器地砸控制仪是井壁取芯器的控制设备，是专为电磁式选发器配用 的专用控制仪。通过在地粥操纵控制仪，就可以控制取芯器在井下可靠地进 亍 者层取芯。地面控制便其脊电压选择功耱、点火功髓、换耥功能、蓊包瓣试谚 能、仪表检测指泳功能及数码显示功能。分别由点火电路、换档电路、测量及 显示电路( 工 睾缀理冤窝2 - 1 、显零磊理霓强2 2 ) 寒完成务嵇臻缝麴实现。 4 图2 - 1 控制原理图 图2 - 2 数码显示原理图 2 2 理论基础 2 2 1 传统取芯器及低电压放炮取芯器 统的放炮取芯法井上没有仪器，井下的取芯器串接在一起通过电缆直接送 到指定位置，通常还需在取芯器下端挂一重锤以帮助取芯器在井内顺利下降。 以每次串四个取芯器为例：由于仪器使用的是三芯电缆，将第二、三取芯器的 引出线接在一起，并接于一个缆芯上，编号为，第一、四取芯器引出线接于 另两根缆芯上，编号分别为、，引线的另一头绕上电阻丝后均接于炮芯体 上作为公共地线。使用时，将取芯器下放到目的深度，利用测井绞车使用的38 o v 鳇电源嚣翅分裂接、点燃炸药，矍蓦将1 、2 炮芯射入岩体中，然螽用绞 车借电缆拉力将其从岩体中拉出，再用此法接、缆芯将3 、4 炮芯点燃，拖 回地瑶蕊获取岩蕊实物。 默上述可戳稽出，传统的放斑取芯法因用静是三芯钢煎电缆，缓芯摄租， 可以承蹙高电压、大电流的冲击，放炮方法也较简单，只须将两根缆芯在380 v 窀压懿掰臻接皴一下帮鼙，下弗一次取剿戆砉蕊鬏数多，容易逢成下莠次壤 多。但是我们使用的数字测井仪用的是铠装电缆( 有糖模拟测井仪也使用) ，该电 缆步 包毯皮( 由钢丝组戏) ，内部的缆芯非常细，无法承受您电压大墩流冲击， 而在勘探区内又常存在某些地层颡4 并参数达不到规程规定的要求，翮比我们去 寻求低电压小电流放炮的方法。 通常取芯器内缠绕静电阻丝一艘为10 q 左右，这就决定了必须簧大电流方 能在短时间内产艇足够的热量引发炸药包爆炸。实践证明，采用大嚣量的电瓣 器充敖毫豹方法剿可戳这割这令要求。抵壤蓬敖炮墩芯搜倭趋缓蘧为基础硬剿 的。低电压放炮并壁取芯地面控制仪为井上控制仪器，选发器和取芯器则直接 借用传绕方法的电磁式选发嚣和取芯器，像为井壁取芯作业的井下仪器部分。 低电压放炮取芯器佧为一种新仪器，箕主要目的是为了解决锩装电缆无法 放炮而设。与传统放炮方法相比，由于传统方法结构简单，上下均没有仪器， 工作i 童纛难鞋天王控裁，容易发囊不可颈糕豹翅溪及安全事故；另搽，传凌仪 器不存张因仪器故障引起的不响炮问题。从实际使用的情况来看，低电压放炮 敬芯控翱议也表蹬现过纹器故障。至予晌熄率熬裹低，基本上不取决于纹器， 而是取决于炮芯的质量，在试验中5 个束响的炮芯肖3 个怒取芯器内迸水，2 个是取芯器内线来接触好造成的，在以后的使用中出现的情况也基本类似。 2 2 2 电气控制舔统设计的一般方法 2 2 ，2 1 摸撂电子系统的设计 由于模拟电子系统种类繁多。千差万剐，故其方法和步骤也不尽相同。值 对于要设计的实际电子系统，一般首先根据电子系统的设计任务，进行总体方 案选择；然后对缎成系巯的单元氟路进行设计、参数计算、元器律确定和实验 调试；溅后绘出用于指导正程的电路图。 稚) 总俸方案确定 在众面分析电子系统任务书所下达的蒜统功能、技术指标后，根据已掌握 豹知识释资势，姆总搏系统功能会理迪分黧戒若于令予系统( 电路单元) ，著藏 出各个电路单元框图相互连接而形成的系统原理框图。电予系统总体方案的选 择，直接决定电予系统设计的质簸。在进行总体方案设计时，应多恩考、多分 析、多眈较。要筑性能稳定、工律可靠、电路简单、成本低、功耗小、调试维 修方便等方面，选择出最佳方案。 f 2 ) 荜元电路设诗 在遴行萃元魄黯设诗嚣章，鍪绥明确对务萃元毫蹿豹其薅蘩求，洋蹋援定爨 单元电路的性能指标，认舆考虑各单元电路之间的相互联系，注意前后级单元 乏闽售惠的费递方式秘匹瓣，尽最少用或不薅电平转换之类的接口恕鼹，并考 虑到各单元电路的供电电源尽可能统一，以便使整个电子系统简单可靠。另外， 尽量选择现有的、成熟的电路来实现单元电路的功能。有时找不到究全满足要 求的嚣成电路，霹在与设诗要求眈较接近的菜电路蒸确上适当改进，或叁己遗 行创造性设计。为了使电子系统的体积小，可靠性商，电路单元尽可能用集成 奄薅缍戍。 ( 3 ) 参数计算 在避幸亍电子溉路设计对，应根据电路垂訇性能指据要求决定电路元器件的参 数。例如根据电压放大倍数的大小，可决定反馈电隧的取值；根据振荡器要求 的振荡频率，利用公式，可计算出决定振荡频率的电阻和电容之值等等。但一 觳满是电路往鼹指标要求的理论参数值不麓惟一的，设计者残撮据元器件淫髓、 价格、体积、通用性和货源等方面灵活选择。计算电路参数时应注意以下几点： 在诗箨元器磐王终电浚、电压彝功率等参数露，应考虑王终条 孛竣 不利的情况，并留有适当的余爨。 对于笼器件的极限参数必须留巍足够的襁量，一般取l 。5 砣倍的额 定值。 对于电阻、电容参数的取值，成选计算值附近的标称值。电阻值一 般在1 mq 内选择；菲宅解毫容觳在t o o p f - 一o 4 7 9 f 选择；毫解泡 容一般在1 9 f 一2 0 0 0 9 f 范围内选用。 在保诞电路这捌功能揆檬要求黝蕊提下，尽量减少元器 譬蕊燕静、 价格、体积等。 鳓元器 牛逸择 电子电路的设计就是选择最含适的元器件，并把它们有梳鲍维含起来。谯 确定电子元件时，应根据电路处理信号的频率范围、环境温度、空间大小、成 本离低等诸多霞索垒瑟考虑。其搭表瑗鸯： 一般优先选择集成电路。由于集成电路体积小、功能强，可使电子 电路霹靠性增强，安装调试方餐，可大大箍姥墩子宅路麴设计。如 随着模拟集成技术的不断发展，适用于各种场合下的集成运算放大 器层蹴不穷，只要外加极少量煦元器件，利用运算放大器就可构成 性能鼹好的放大器。硒样，目前我们在进行直流稳压电源设计时， 己很少采用分立元器件进行设计了，取而代之的是性能聪稳定、工 捧受霹靠、戒零曼赞骧的案或稳压器。 电阻器和电容器是两种最常用的元器件，它们的种类很多。性能相 差也魄较大，应用豹场会也不弼。因此对子设谤者来说，虚该熟黎 7 各种电阻器和毫容器的奎要性姥指标和特点，以便鞭据电路要求， 对元件做出磁确选择。 分变半簿俸嚣释静选择，首竞簧熟悉它霞豹动蕤，掌握宅稍戆应翅 范戮；粳据魄辩翡翡戆要求淼嚣器孛 褒毫鼹孛熬工幸# 条佟，懿逶避 的最大电流、最大反向工作墩压、最惑工作频率、最大消耗的功率 等，确定元器件型号。 ( 5 ) 计算机模拟仿真 随著计算瓶技术的飞速发展，亳予系统的设计方法发生了穰大嶷纯。露蔼 e d a ( 电子设计自动化) 技术已成为现代电子系统设计的必要手段。在计算梳 羔俸平台土，裂羯e d a 欺锌，霹对鍪秘敷予电路瀵嚣调试、测量、修敬，大大 援嵩了逛予设诗携效率黟糖德度，鄹薅节约了设谤爨建。疆藤霉周缒电子恕路 辅助分析、设计的常用软4 牛有p s p i c e 、p r o t e l 、e w b ( 电子工作台) 等。 ( 6 ) 实验 电子设计耍考虑的因素和问题捅当多，甜于电路在计算机上进行模拟时采 麓元器件静参数纛模蝥岛实际嚣佟露差搿，辫致对经诗算梳僚真过的奄路，还 要进行实际实验。通过宴验可戳发现闻瑟、解决闻蘧。若髋髓指标遮不舞要求， 盛深入势掇翔题出在哪臻零元或意转上，再辩它 】萤毅设计秘选爨，纛到宠全 瀵是链憩搬标兔丘。 ( 7 ) 绘总体电路圈 蛰俸电路爵是在总糕圈、单元电路设计、参数计算和元器件逸择的基础上 绘制的，它是缀装、调试、印刷电路板设计和维修的依据。目前绘电路图一般 楚在计葬梳上稠餍绘图较律完成。绘稍藏漆鬻爵差螫注意叛下尼点： 总体毫路圈爆冒能醋在溺一张萄纸土；礴辩注意信号羲流怒，一般 鼠辕入端蘧越，由左至鸯或由上至下按偿号的流向依次瓤出各纂霆 电路；对于照鼹圈比较复杂麴，皮将主逛鼹画在一张图，上，丽将其 余的单元电路碱在一张姨数张图纸上，并在各图所有端口两端标注 上标号，依次说疆各图纸之间的连线荚系。 注意总体电路图的紧凑和协调，要求布局合理，排剜均匀。图中元 器粹豹符号澎禄灌纯，惩箨符号旁边疲标密燮号稻参数。集成曦臻 通常用方程袋暴，奁穷摇内耩出它懿激号，在方楼豹选线疆德搽窭 每擞连线熬功能和管脚号。 连线一般画娥敷平线署日垂直线，弊尽可戆减少交叉秘搦弯。对予糖 互交叉的线，成在交叉处用嘲点标出。对于连接电源负极的连线， 一般用接地符譬表示；对于连线电源豫极的连线，仅需标游电源鹩 电压值郎可。 2 , 2 2 。2 数字电予系统韵镟诗 数字系统的规模差弊很大，对于比较小的数字系统可采用所谓经典法设计。 鄹根据设诗饪务要求，髑奏嬗表、攘态疑求出蕊亿豹避箨表达式，躐爨逻辑图、 逻辑电路圈，最后用小蔽模电路实现。随着中、大瓶模集成电鼹的发羧，实瑶 比较复杂的数字系统变樽比较方便，鼠便于调试、生产、维护，其设计方法也 非常灵活。例如目前正迅速普及的i s p ( 在系统编程) 可编程逻辑器件的出现， 给数字系绫设计带来了辇翕性的变化。硬终设计交终像软锌一样爨予修改，且 要改交一个设计方案，通过设计工其软俸在计算机上数分镑内郭可完成。这不 仅扩展了器件的用途，缩短了系统的设计周期，而甩还根除了对器件单独编程 的环节，省去了器件编程设各。 f 1 ) 兖分分括系统功戆要袁 数字魄路系统一般稳括输入电路、控制电路、输蹬电路、被控电路帮电源 等。数字系统设计首先疆做的是明确系统的任务、所要达到的技术性能、精度 指标、输入输出设备、威用环境以及材哪些特殊要求等。设计者有时接到的课 题毙较笼统，有些技术翘蘧要靠设诗袭戆溃纯、分褥岛理簿，将剐受葶珏谖题兹 提出者、系统使用者反簸磋商并在_ 陂用现场进行实地考察数爱方熊明确的确 定下来。 f 2 ) 确定总体方案 羁确了系统蛙麓戳露，应考虑熟秘实褒这些鼓零功能，鄄采翅蘩辨电路采 完成它。对于比较简单斡系统，可采用中、小规模集成电路实现：对予输入逶 辑变量比较多、逻辑表达式比较复杂的系统，可采用犬规模可编稷逻辑器件完 成；对于需要完成复杂的算术运算、进行多路数据采集、处理、控制的系统， 可采露纂冀掇系统实瑗；鏊蘸对于处理笈杂豹数字系绞最佳方寨是夫鼹摸可续 程逻辑器髀加单片枫，这可大大简化设计成本，挺商可靠性。 ( 3 ) 逻辑功能划分 任何个复杂的大袋统都可以逐步划分成不同屡次的较小的予系统。一般 先凑系统划分秀绩惠楚纛辞控裁电路瓣帮分；然爱羧撵售塞楚理毫赣豹功藐要 求将其分成若干个功能横块。控制电路是整个数字系统的核心，它根据外部输 入信号及受其控制的信息处理电路来的状态信号，产生受控电路的控制信号。 常用的控制电路有如下三种：移位型控制器、计数型控制器和微处理器控制器： 一般棂豢突藏控裁霹象戆复杂程度，霹灵活选择控澍嚣形式。 ( 4 ) 单元电路设计 在全蹶分析各模块功能类型后，鹿选择出合适的器件并设计出电路。剥于 组合逻辑电路设计豹一般步骤方框图如图2 - 3 所示。褥对于时序逻辑电路的设 诗步骤翔鬻2 4 疆示。农设诗电路时，森充分考瘗麓蠢耀a s i c 耩 孛实王燕菜些逻 辑单元电路，这样可大大简化逻辑设计，提高系统的可靠性和减小p c b 体积。 逻 设 越母 最辑 l 凰i 简 表 逻 与达 辑 式 电 路 计 公 式 换 图 要 求 逻 式 4辑 _ - 法 4 表 化 达 简 式 图2 - 3 组合逻辑电路设计步骤 画 一凿砉卜 求 圊 状状 设 原 态态 求 画 始 状 分方 驱 逻 计 真状 态 表明 程 动 辑 输、 方 电 程 路 图 值态 换一待| | l 卜程 要 表图 化 求 或 简 状 态 图2 - 4 时序逻辑电路设计步骤 ( 5 ) 系统电路综合 在各单元电路模块和控制电路达到预期要求以后，可把各个部分电路连接 起来，构成整个电路系统，并对该系统进行功能测试。测试主要包含三部分工 作：系统故障诊断与排除、系统功能测试、系统性能指标测试。若系统有一项 不符合要求，则必须修改电路设计。 ( 6 ) 撰写设计文件 在整个系统实验完成后，应整理出如下的设计文件：完整的电路原理图、 详细的原程序清单、所用元器件清单、功能与性能测试结果、使用说明书等。 2 2 2 3 电子电路的抗干扰措施 由于空间中存在着由高压电网、电台、电焊机、电机等用电设备造成的各 种干扰源，这些干扰源会对电子电路造成不良影响，轻则使电路的性能指标下 降，严重的可使电子电路不能正常工作。为此，在设计电子电路时提高电路的 抗干扰能力也是非常重要的。常见抑制噪声的措旋有如下几种。 ( 1 ) 正确选择器件 正确分析电子电路的应用情况，合理的选择元器件，可以减少噪声的产生。 例如在低噪声电路中常使用金属膜电阻器、采用云母和瓷介质电容器以及漏电 流小的钽电解电容。结型场效应管相对于三极管来讲具有较高的输入阻抗和较 小的噪声，故常用于低噪声的前置放大器。对于具有强电磁干扰且存在大的共 0 模干扰信号的环辘，要求健输有用信息时，要选用光电耦合器或光电耦台放大 器。 ( 2 ) 燕魂分布笼嚣传 在电子系统中，电子单元电路的布局不合理，同样会造成电路的相互影响。 蓬碳的毒爨原粼如t ： 元器件的引线要尽艇短，且不允许有交叉电路。对于印刷电路板中可能 交叉的线条，可用“钻”、“绕”等办法解决。例如在双面板印剃电路板 中道过线飘来避免交叉。电路板中的线条在攒弯时，簧瑟浮，不要膏尖 角。 卷藩变压嚣、秀关戆踩孛豹大劈率开关管或滤渡电容螫器量远漶售号瓣 输入极。电源线不鬻与信号、控制或灵敏的电子电路接近或平行。信号 竣入线要尽量短劳鼹要移辕如线尽量分开。电路阕瘦聚瘸分嚣躞羼藏懿 方法，相蕊隔离。 同一级电路的接地点应尽量靠近，并姐本级电路的电源滤波电容应接在 该缀接圭邕点上。俄如在运算放大器缀成的放大电路孛，电源滤波电容蘩 尽可能近地连在运算放大器的电源端上。 慧逸线盛绥严格按离缀一串频一低鬏逐缓扶弱泡裂强媳的壤彦舞 穰，基 不可随便翻来覆去地乱接。高频电路采用大面积包围式接地，以保证有 良好静屏蔽效果。 强电流引线( 公共地线、功放电流引线等) 戚尽可能宽些。 照抗高的走线要尽爨短，阻抗低的走线可长一些。因为阻抗商的走线容 菸发射和嗷浚傣号，弓l 超电路酶不稳定。电滚线、选绫、无反馈元器 警 的基极走线、发射擞引线等均属于低阻抗走线。射极跟随器的藏极走线、 敖大器集壤援走线、秘耪毙镌敷大爨羧入走线等均属予寒阻菝走线。要 撤据通过弓l 线的电流和电压选择导线的粗细和绝缘。 移) 交瀛输入电源增热电源滤波器 电源滤波器怒一种让电源频率附近的颓率通过，而对于筒于这种频率成分 的信号给予很大衰减的电路。目前已研制了各种各样的电源滤波器，许多电予 设备都穗淮源酌输入臻安装了电源滤波器。实筏证暖，电源滤渡器霹予静截嚷 网中各种噪声起刹了关键作用，大大提高了电子设备的抗干扰能力。 固藏麓屡薮接撬 在自由空间中，存在潜不同强度的电场和磁场，由于分布电容和杂散电感 的存在，电路之阀可能发生不尉形式熬电磁耦合。为了消除电路闯的相互影响， 可采用不同的屏蔽措施。 静电屏蔽，是切断电容性耦含的一个十分有效的方法。屏蔽常用的材料 裔紫锈、赞锯、韬获锻褥然等。要筏静电屏蔽效果好，曾先要馒屏蔽律 接地，其次是尽量将被干扰的部分屏蔽起来，使干扰源和被干扰电路的 耦合电容减到最小。 电磁屏蔽：是减少电感性耦合的有效方法，主要是利用在低电阻的金属 屏蔽材料内流过的电流来防止频率较高的磁通干扰。一般用于屏蔽像线 圈等这类向外泄漏磁通的元器件。电磁屏蔽体如果接地，同样有静电屏 蔽的作用。 ( 5 ) 用合理的接地方式 抑制干扰的接地技术，一般都是防止出现由于接地线路的阻抗而产生电压 降和由于两个以上接地点形成接地回路，而形成环路电流。清除公共阻抗耦合 的有效方法是采用一点接地，尽可能降低公共阻抗。一点接地就是把各回路的 接地线集中于一点接地。但在模拟电路、数字电路、大功率驱动电路混合系统 中，若再采取一点接地方式，可能造成地线的长度过长，为此可采用大信号地 线和小信号地线分开的办法，大信号地线供大功率或有较大噪声的电路用，小 信号地线供小信号或易受干扰的电路使用。 ( 6 ) 电路加入滤波电容和补偿网络 在数字电路中，由于印刷电路板上的线条非常细且密集，故存在着比较大 的分布电感。当电流突然变化时，电路将产生相当大的压降，造成比较大的噪 声电压。为了有效的抑制电源线上电压波动，一般可在靠近每一片集成电路电 源管脚处接入0 0 1 - - 4 ) 1l af 的旁路电容。对于模拟电路系统，由于电源性能不好， 内阻较大，往往会产生自激振荡。解决的办法是用0 1 1u f 的电容作电源退耦， 电容的引线要尽可能的短。产生自激振荡的原因不仅仅是由于电源电压造成的， 有时负反馈过强也会产生自激振荡。这时消除自激振荡的方法是在电路中加入 校正网络。其目的是使电路的幅频特性和相频特性发生变化，破坏自激振荡的 条件。 2 3 性能指标和总体构成 q x f 3 6 型井壁取芯器地面控制仪是q x f 3 6 型选发器配套产品，控制仪的 输出电压可在一定范围内调整，以满足地面测试和不同井深工作条件下使用不 同长度电缆的操作需要，从而保证取芯器可靠工作。控制仪适用交流点火，并 具有找零档、药包检测、放炮指示等项测量功能，可监测选发器在井下工作情 况。q x f 3 6 型控制仪操作简单、工作可靠、便于维修，是一种可靠的取芯控制 设备。 2 3 1 性能指标 根据井壁取芯器地面控制仪对地下作业任务的控制要求、工作环境以及野 外车载作业的需要，地面控制仪的整体性能应达到： ( 1 ) 操作简单，工作可靠，便于维修； 2 ) 设诗? 窀莲转换装置，豁灌是在熬瑟溺试稻不弱菸深工嫠条馋下捷蠲 不同长度电缆的操作需骥； ( 3 ) 面板数码喾显承靠选发器反馈壤号控制，孵靠保诞了面叛照示与选发 器选发位置的同步性： ( 4 ) 点火电路采用了低电压、大电流技术，不但减少了点火信母在电缆巾 的损失，而置大大降低了辩点火系统靛绝缘要求，麸磊遂一步傈证了 取芯器的发射牵。 控裁纹瓣主要技术整蠢鸯： ( 1 ) 工作电源：a c 2 2 0 v ，5 0 h z ； 2 ) 额定输嫩换档趣压、点火电压( 照下表) ：5 档 袭2 - 1 换裆电压、点火电压裹 换档档位对应点火档位换档电压( 直流)点火电压( 交流) 9 0 v2 2 淡r8 l v1 9 0 v 2 2 0 v2 2 0 v1 9 8 v2 2 0 v 2 5 0 v2 5 0 v2 2 5 v2 2 0 v 2 8 挑，2 8 0 v2 5 2 v2 6 0 v 3 1 0 v2 s o v2 7 9 v一2 6 0 v ( 3 ) 额定输出换档电流( 直流) ：1 a ； ( 毒) 额定输魄点火藏滚( 交流) ：3 - - 6 a l ( 5 ) 换档工作电压：d c 9 0 v ，点火工作电压：a c l 2 v ( 6 ) 控毒取芯颞数：3 8 颞； ( 7 ) 井下工作温度：最高1 8 0 。 2 3 2 势蹙取芯嚣遮嚣控铡铰总髂梅我 井爨取芯器地面控制仪由电压转换功能、点火功能、仪表显示功能、颗粒 盥：云功能缝或，分别由点火瞧路、换挡电路、测量及摄示电路基实现( 如塑2 5 ) 。 圈2 - 5 著壁取芯器建嚣拄剃致总髂稳藏 2 3 。2 1 毫援转换功戆 电压转换功能使控制仪的控制信号在使用不同长度电缆进行传输与接收 中，可靠地消除传输线路上的电阻产生的压黪损失