油氣井出砂信號預(yù)處理電路的設(shè)計(jì)

表2 CA3140電荷放大電路測試結(jié)果

表3 AD823電荷放大電路測試結(jié)果

從表2可以看出該電荷放大器的輸入信號電流大于30PA時，才能實(shí)現(xiàn)正常的放大。當(dāng)偏置電流與輸入信號電流相近時，輸入信號被偏置電流所淹沒不能實(shí)現(xiàn)正常的放大，因此測量誤差較大。從表3可以看出：在輸入信號電流為5pA時，該電荷放大器仍然能實(shí)現(xiàn)正常的放大，所以測量誤差很小。同時從表2、3中還可以看出：在相同電荷源的作用下，AD823輸出的電壓大，具有較強(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)換能力。因此，根據(jù)測試結(jié)果，選擇運(yùn)放AD823作為電荷轉(zhuǎn)換級的運(yùn)放是比較合適的。

通過仿真輸出波形，可以形象的看出不同電路參數(shù)對輸出電壓幅度的影響，因此適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)元件參數(shù)可以使電荷靈敏度更佳。

濾波電路的仿真

對圖3所示的濾波器電路利用Multisim10軟件進(jìn)行了仿真，采用軟件中的信號電壓源作為該電路的測試信號源。為了驗(yàn)證該濾波電路的濾波特性，對其在輸入信號幅值相同,頻率不同的情況進(jìn)行了測試。測試結(jié)果如表3所示。

從表4可以看出：當(dāng)輸入信號頻率在100kHz-1MHz范圍內(nèi)，輸出信號的幅度較大，當(dāng)輸入信號頻率在100kHz-1MHz之外，輸出信號衰減的較大，從而能很好的抑制掉帶外的干擾信號。因此該電路滿足設(shè)計(jì)要求。

試驗(yàn)結(jié)果

圖7 濾波后的出砂信號波形

圖7所示為濾波電路輸出的出砂信號，該信號是由砂粒撞擊出油管線所產(chǎn)生的沖擊或瞬態(tài)振動信號。由于出砂檢測裝備的機(jī)械傳動引起的振動和大量的其它隨機(jī)信號的存在，使得出砂信號被嚴(yán)重“污染”。因此為了提高該信號的信噪比，提取信號的有效特征信息，該信號還需要進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)字濾波處理。

結(jié)論

文中給出了適合砂信號預(yù)處理的電路。提出采用集成芯片AD823實(shí)現(xiàn)電荷放大器電路，解決了常用電荷放大器測量帶寬低的問題。給出了運(yùn)放選取的原則，以及確定了電路中的主要器件和參數(shù)，通過電路的測試與仿真，表明測試結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)一致。而在出砂信號檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用，表明了電路性能良好，但是該電路輸出信號還存在一定的不足，噪聲信號還是比較大。后續(xù)工作要做的是對適調(diào)濾波電路再進(jìn)行處理，進(jìn)一步降低噪聲信號，以便更好的滿足對出砂信號檢測要求。