坐键式MWD脉冲发生器电容节电路技术研究

2020-05-22赵会忠张长清罗忠保徐笑鸥

石油研究 2020年1期

赵会忠张长清罗忠保徐笑鸥

摘要：为解决脉冲器电容节电路，故障频次、修复成本较高、周期长，对生产影响较大等问题。对脉冲器的工作原理及工作过程做了较详细的分析阐述，尤其对其控制电路进行解剖分析，并对控制电路的控制原理、电源电路的工作原理、控制电路的测试方法，及控制电路的信号波形做了深入细致的研究。为仪器维修、制造提供了有力的理论依据。

关键词：定向井;仪器;模拟电路;模数转换;测量;控制

引言

目前，泥浆脉冲型脉冲发生器主要有两种，一种是以哈里伯顿为代表的泥浆涡轮发电机型脉冲器，另一种是以BAKE、TOTEQ、HAILAN为代表的电池供电下座键型脉冲器。本文即以下座键型脉冲器进行研究

1.脉冲器及驱动电路工作原理简介

1.1脉冲器工作原理简介

脉冲器主要包括驱动电流、电磁机构、执行机构。其中电磁机构控制阀门头与限流环之间的流通面积，进而引起在钻杆内流动的泥浆压力产生变化，达到传输信号的目的。而驱动电路接受探管脉冲编码信号，转换为适合的驱动信号来驱动电磁机构，电磁机构驱动伺服阀运动，从而驱动执行机构动作。

1.2 驱动电路工作原理

驱动电路主要分3大部分：电源电路、储能电容、驱动管理电路，见图1所示

电源部分接受井下仪器系统的锂电池供电，产生脉冲器工作的电源，为驱动管理电路供电。储能电容做为大电流放电的能源，为伺服机构工作提供能源。驱动管理电路接收探管发来的脉冲编码信号，转换成适合的驱动伺服机构工作的驱动电源。电源电路主要产生3部分电源：VCC、+5V、+Vh。

1.3 驱动管理电路工作原理

运算放大器有两个输入端a（反相输入端），b（同相输入端）和一个输出端o。也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端。当电压U-加在a端和公共端（公共端是电压为零的点，它相当于电路中的参考结点。）之间，且其实际方向从a 端高于公共端时，输出电压U实际方向则自公共端指向o端，即两者的方向正好相反。当输入电压U+加在b端和公共端之间，U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同。为了区别起见，a端和b 端分别用"-"和"+"号标出，但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。电压的正负极性应另外标出或用箭头表示。

运算放大器分通用型、高阻型、低温漂型、2型、低功耗型、高压大功率型、可编程控制等。其中通用型型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。例μA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。

MT2、MT3、MT4晶体管组成驱动输出电路，其中，MT2负责启动，MT3、MT4负责保持拉力。

MT2为场效应管，而MT3、MT4为晶体三极管。场效应管与三极管的各自应用特点：

1、场效应管的源极s、栅极g、漏极d分别对应于三极管的发射极e、基极b、集电极c，它们的作用相似。

2、场效应管是电压控制电流器件，由vGS控制iD，其放大系数gm一般较小，因此场效应管的放大能力较差;三极管是电流控制电流器件，由iB（或iE）控制iC。

3、场效应管栅极几乎不取电流（ig?0）;而三極管工作时基极总要吸取一定的电流。因此场效应管的栅极输入电阻比三极管的输入电阻高。

4、场效应管是由多子参与导电;三极管有多子和少子两种载流子参与导电，而少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。

5、场效应管在源极金属与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使用，且特性变化不大;而三极管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大，β值将减小很多。

6、场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。

7、场效应管和三极管均可组成各种放大电路和开关电路，但由于前者制造工艺简单，且具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因而被广泛用于大规模和超大规模集成电路中。

8、三极管导通电阻大，场效应管导通电阻小，只有几百毫欧姆，在现用电器件上，一般都用场效应管做开关来用，他的效率是比较高的。

2脉冲器驱动电路的测试

下座键脉冲器驱动电路的测试时，需要用到如下仪器：