专利名称：多频率交流信号测量方法
技术领域：
本发明涉及一种测井领域的多频率交流信号测量方法，特别涉及多频率交流信号的有效值测量方法。
背景技术：
测井，也叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理 参数的方法，属于应用地球物理方法之一。石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种石油地质以及工程技术资料，即油层深度、厚度等信息，作为完井和开发油田的原始资料。这种测井习惯上称为裸眼测井。而在油井下完套管后所进行的第二次测井，习惯上称为生产测井或开发测井，这是为了判断测量套管固井质量，随后需要进行射孔，即用专门的射孔枪将套管和水泥环部分射开，使井筒与地层联通，达到油气流入井筒的目的，然后，将油气通过井筒送到地面。在不同的已知频率的正弦交流电源共用同一组线路对井下仪器进行供电时，需要测量其各组成分量的电压、电流的有效值。目前，石油测井仪器井下供电系统中常见的交流信号的有效值测量，主要采用组成分量信号分离，然后对各分量平均值测量的方法。但是，当被测量波形不是标准的正弦波时，会产生相对较大的误差，因此，这种按照平均值测量所间接得出的有效值并不是真正的有效值。准确地测量供电线路的电压、电流的有效值，有利于保证井下仪器的正常工作，不至于因过压损坏仪器或者由于欠压而导致仪器不能正常工作。在常用的普通交流电压测量电路中，为了降低成本和简化电路，都采用简易平均值测量，常用的平均值电路是由二极管组成的半波(或全波)整流电路，这种电路具有电路简单、成本低廉的优点。但是，这种电路是按照标准的正弦波的平均值与有效值的关系来定义的，因此这种电路只能测量那种单一频率、标准无失真的正弦交流信号。对于这种多频率交流电源混合在一起的信号，需要采用一种新的真有效值测量方法来测量各个频率分量的有效值。

发明内容
本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种能够同时精确且实时地测量多频率交流信号的各个分量的电压、电流的有效值的多频率交流信号的有效值测量方法。用于实现本申请发明的电路包括并联连接在电路中的电压传感器、串联连接在电路中的电流传感器、分别与所述电压传感器以及电流传感器连接的第一以及第二电流电压变换电路、与所述第一以及第二电流电压变换电路连接的有源滤波电路、与所述有源滤波电路连接的电压跟随电路、与所述电压跟随电路连接的多路并行采集的A/D转换器以及对来自所述A/D转换器的信号进行数据处理的微处理器。
本发明提供一种多频率交流信号测量方法，其特征在于，
Ca)将频率已知而电压电流幅值未知的多种交流信号叠加在一组线路上进行传输；
(b)交流电压信号经过电压传感器，转换成第一幅值的交流电流小信号，并且，交流电流信号经过电流传感器，转换成第二幅值的交流电流小信号；
(c)所述第一幅值的交流电流小信号经过第一电流电压变换电路，转换成第三幅值的交流电压小信号，并且，所述第二幅值的交流电流小信号经过第二电流电压变换电路，转换成第四幅值的交流电压小信号；
(d)所述第三幅值的交流电压小信号以及所述第四幅值的交流电压小信号输入到有源滤波电路，由所述有源滤波电路进行滤波，滤去高次谐波；· (e)将滤波后的电压信号并行输入到多路并行采集的A/D转换器，所述A/D转换器的输出数据输入到微处理器，所述微处理器采集多个周期的信号，通过查表傅立叶变换的方法求取各个组成分量的有效值。此外，在本发明的多频率交流信号测量方法中，所述多种交流信号中包含三路交流电压号和二路交流电流号。此外，在本发明的多频率交流信号测量方法中，所述有源滤波电路是由运算放大器组成的二阶多路反馈滤波器电路。此外，在本发明的多频率交流信号测量方法中，所述电压、电流测量采用传感器进行前端信号隔离与采集。此外，在本发明的多频率交流信号测量方法中，所述第一电流电压变换电路以及所述第二电流电压变换电路均由取样电阻构成。此外，在本发明的多频率交流信号测量方法中，所述多路并行采集的A/D转换器能够进行同步采样。此外，在本发明的多频率交流信号测量方法中，所述微处理器具有数据实时处理能力。此外，在本发明的多频率交流信号测量方法中，在步骤(e)中，将滤波后的电压信号输入到电压跟随电路，然后输入到多路并行采集的A/D转换器中。根据本申请发明的多频率交流信号测量方法，交流电压或电流经传感器将不便于测量的交流大电压或大电流信号转换成易于测量的交流电流小信号，起信号隔离与缩小作用。交流电流小信号经电流电压变换电路转换成交流电压小信号，然后，再经过有源滤波电路，将信号送到多路并行采集的A/D转换器，A/D转换器的输出数据送到微处理器，微处理器采集多个周期的信号，采用查表傅立叶变换的方法求取各个组成分量的有效值，由此，由于采用多周期高速并行采集，配合查表傅立叶变换的真有效值求取方法，所以，能够同时精确且实时地测量多频率交流信号各个分量的电压、电流的有效值。此外，本发明具有电路结构以及程序编写简单、成本适宜、电性能指标容易保障等优点。使用这种方法，对由已知频率组成的多频率交流信号的各分量有效值进行测量的测量精度高、速度快，可以推广到其它领域。


图I是本发明的电压电流预处理框图。
图2是本发明的电压电流数据采集框图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明进行说明。图I是本发明的电压电流预处理框图。在图I中，Vml、Vm2是频率为60Hz的交流电压信号，其来自同一个变压器的两个对称的不同绕组，其电压幅值在O 700伏之间，Iml、Im2是与Vml、Vm2对应的电流信号，其幅值在O 12安之间，Va是频率为50Hz的交流电压信号，其电压幅值也在O 700伏之间，Ia是与Va对应的电流信号，其幅值也在O 12安之间。两种不同的频率的六路信号混合在一起共用一组线路进行传输。 三路O 700V的交流电压信号分别经过三个电压传感器，转换成三路O 25mA的电流信号，三路O 25mA的电流信号再分别经过取样电阻，转换成三路O 5V的电压。此外，三路O 12安的电流信号分别经过电流传感器，转换成O 24mA的电流信号，三路O 24mA的电流信号再分别经过取样电阻，转换成三路O 24V的电压信号。经过上述电流电压转换后的三路O 5V以及三路O 24V这六路电压信号再经过由运算放大器组成的二阶多路反馈滤波器电路，滤去高次谐波，变成V_Vml、V_Iml、V_Vm2、V_Im2、V_Va、V_Ia信号，然后，送到数据采集处理电路板进行采集。图2是本发明的电压电流数据采集框图。在图2中，将上述六路经过降压、降流以及滤波预处理后的电压信号输入到数据采集电路板的输入端子，经过由运算放大器组成的电压跟随电路，然后，输入到能够进行同步采样的并行A/D转换器，A/D转换器通过并行数据总线输送到具有数据实时处理能力的微处理器进行采集。微处理器使用定时器进行ImS的定时米样,每轮米样100个点,对于本电路的50Hz和60Hz的混合信号来说，50Hz的信号正好是5个整周期的采样，60Hz的信号正好是6个整周期的采样，通过查表傅立叶变换求得多种频率混合的交流信号的各个频率分量的有效值，这个有效值是经过电压电流传感器变换后、电流电压转换后的信号的有效值，还要经过一定的公式转换，最后得到原始信号的电压电流值。考虑原始电压电流信号经过了一系列的转换并且经过了滤波电路，信号有所损失，带来了一定量的误差，所以，在测量精度要求较高的情况下，可以进行标定，以提高测量精度。在本发明中，经过标定后，在整个测量的量程内其测量误差小于1%。此外，上述内容仅用于对本发明的实施方式进行说明，而并不是限定。例如，信号的频率不仅限于50Hz和60Hz，也可以是其它频率，并且，不仅限于两种不同的频率的六路信号混合在一起共用一组线路进行传输，也可以是两种以上的频率的多路信号混合在一起共用一组线路进行传输。
权利要求
1.一种多频率交流信号测量方法，其特征在于， Ca)将频率已知而电压电流幅值未知的多种交流信号叠加在一组线路上进行传输； (b)交流电压信号经过电压传感器，转换成第一幅值的交流电流小信号，并且，交流电流信号经过电流传感器，转换成第二幅值的交流电流小信号； (c)所述第一幅值的交流电流小信号经过第一电流电压变换电路，转换成第三幅值的交流电压小信号，并且，所述第二幅值的交流电流小信号经过第二电流电压变换电路，转换成第四幅值的交流电压小信号； (d)所述第三幅值的交流电压小信号以及所述第四幅值的交流电压小信号输入到有源滤波电路，由所述有源滤波电路进行滤波，滤去高次谐波； (e)将滤波后的电压信号并行输入到多路并行采集的A/D转换器，所述A/D转换器的输出数据输入到微处理器，所述微处理器采集多个周期的信号，通过查表傅立叶变换的方法求取各个组成分量的有效值。
2.如权利要求I所述的多频率交流信号测量方法，其特征在于， 所述多种交流信号中包含三路交流电压信号和三路交流电流信号。
3.如权利要求I或2所述的多频率交流信号测量方法，其特征在于，所述有源滤波电路是由运算放大器组成的二阶多路反馈滤波器电路。
4.如权利要求I或2所述的多频率交流信号测量方法，其特征在于，所述电压、电流测量采用传感器进行前端信号隔离与采集。
5.如权利要求I或2所述的多频率交流信号测量方法，其特征在于，所述第一电流电压变换电路以及所述第二电流电压变换电路由取样电阻构成。
6.如权利要求I或2所述的多频率交流信号测量方法，其特征在于，所述多路并行采集的A/D转换器能够进行同步采样。
7.如权利要求I或2所述的多频率交流信号测量方法，其特征在于，所述微处理器具有数据实时处理能力。
8.如权利要求I或2所述的多频率交流信号测量方法，其特征在于，在步骤(e)中，将滤波后的电压信号输入到电压跟随电路，然后输入到多路并行采集的A/D转换器中。
全文摘要
本发明的多频率交流信号测量方法具有(a)将频率已知电压电流幅值未知的多种交流信号叠加在一组线路上传输；(b)交流电压信号经电压传感器转换成第一幅值的交流电流小信号，交流电流信号经电流传感器转换成第二幅值的交流电流小信号；(c)第一幅值的交流电流小信号经第一电流电压变换电路转换成第三幅值的交流电压小信号，第二幅值的交流电流小信号经第二电流电压变换电路转换成第四幅值的交流电压小信号；(d)第三以及第四幅值的交流电压小信号输入到滤波电路，滤去高次谐波；(e)滤波后的电压信号输入到A/D转换器，A/D转换器的输出数据输入到微处理器，微处理器采集多个周期的信号，用查表傅立叶变换的方法求取各个组成分量的有效值。
文档编号G01R19/02GK102955061SQ20111024129
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者陈仕学, 陈文轩, 汪新国, 赵帅, 裴彬彬 申请人:中国石油集团长城钻探工程有限公司