實(shí)例分析一種基于DSP的張力、深度、速度測(cè)量系統(tǒng)解析

摘 要：本系統(tǒng)用于油田測(cè)井過(guò)程中，對(duì)電纜所受的張力、油井的深度及電纜下井速度等參數(shù)的測(cè)量。重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理。同時(shí)，對(duì)測(cè)力傳感器、測(cè)深編碼器、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)及軟件流程也做了介紹。該系統(tǒng)精度高、體積小、工作穩(wěn)定。既能實(shí)時(shí)測(cè)量所測(cè)參數(shù)，又兼具“黑匣子”功能，能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行24小時(shí)以內(nèi)的記錄，為事故分析提供可靠的依據(jù)，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值?？捎门c所有測(cè)負(fù)荷，測(cè)長(zhǎng)度，測(cè)速度的場(chǎng)合。
　　關(guān)鍵詞：應(yīng)變傳感器，光電編碼器，DSP，CPLD，I2C總線
　　1 引言
　　在油田測(cè)井過(guò)程中，地面操作人員需要知道油井的深度、電纜下井速度及電纜所承載的負(fù)荷。只有及時(shí)準(zhǔn)確地掌握這些數(shù)據(jù)，才能使測(cè)井工作順利進(jìn)行，以保證測(cè)井過(guò)程安全可靠。因此，我們開(kāi)發(fā)了基于DSP的張力、深度、速度測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)準(zhǔn)確度高，可靠性強(qiáng)，處理速度快，是地面操作人員理想的監(jiān)測(cè)工具。
　　2 應(yīng)變傳感器及光電編碼器
　　2.1 應(yīng)變傳感器
　　電纜所受張力使應(yīng)變傳感器產(chǎn)生機(jī)械變形，傳感器將機(jī)械變形轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，從而測(cè)得張力。
　　。工作電壓：直流１２V
　　。輸出范圍：０～１２mV
　　。輸出靈敏度：１mv/v
　　2.2 光電編碼器
　　將光電編碼器的轉(zhuǎn)軸同軸地固定在周長(zhǎng)已知的量輪的圓心上，當(dāng)量輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)編碼器同步轉(zhuǎn)動(dòng)并輸出脈沖信號(hào)。這樣，一定的長(zhǎng)度便對(duì)應(yīng)一定數(shù)量的脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算脈沖信號(hào)便可換算出深度值。對(duì)單位時(shí)間的深度值采樣便得到速度值。
　　。工作電壓：直流5V
　　。工作電流：40mA
　　。脈沖類(lèi)型：兩路正交的脈沖信號(hào)，通過(guò)邏輯電路可完成對(duì)光電編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)方向的識(shí)別和對(duì)深度脈沖的輸出。
　　3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
　　將應(yīng)變傳感器產(chǎn)生的毫伏信號(hào)輸入到放大器進(jìn)行放大，然后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成處二進(jìn)制序列后送入DSP處理。為保證A/D轉(zhuǎn)換的可靠性，采用V/F器件LM331實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)。此器件可靠性高，占用資源少。
　　由光電編碼器產(chǎn)生的兩路正交信號(hào)輸入到CPLD，經(jīng)處理后，產(chǎn)生兩路信號(hào)。一路為辨向脈沖，用于識(shí)別光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。另一路為計(jì)數(shù)脈沖，用于完成深度參數(shù)的換算。兩路脈沖均輸入到DSP。見(jiàn)圖1。