实例分析一种基于DSP的张力、深度、速度测量系统解析

摘 要：本系统用于油田测井过程中，对电缆所受的张力、油井的深度及电缆下井速度等参数的测量。重点阐述了系统结构及工作原理。同时，对测力传感器、测深编码器、系统硬件电路设计及软件流程也做了介绍。该系统精度高、体积小、工作稳定。既能实时测量所测参数，又兼具“黑匣子”功能，能对数据进行24小时以内的记录，为事故分析提供可靠的依据，具有较高的工程应用价值。可用与所有测负荷，测长度，测速度的场合。
　　关键词：应变传感器，光电编码器，DSP，CPLD，I2C总线
　　1 引言
　　在油田测井过程中，地面操作人员需要知道油井的深度、电缆下井速度及电缆所承载的负荷。只有及时准确地掌握这些数据，才能使测井工作顺利进行，以保证测井过程安全可靠。因此，我们开发了基于DSP的张力、深度、速度测量系统。该系统准确度高，可靠性强，处理速度快，是地面操作人员理想的监测工具。
　　2 应变传感器及光电编码器
　　2.1 应变传感器
　　电缆所受张力使应变传感器产生机械变形，传感器将机械变形转化为电信号输出，从而测得张力。
　　。工作电压：直流１２V
　　。输出范围：０～１２mV
　　。输出灵敏度：１mv/v
　　2.2 光电编码器
　　将光电编码器的转轴同轴地固定在周长已知的量轮的圆心上，当量轮转动时编码器同步转动并输出脉冲信号。这样，一定的长度便对应一定数量的脉冲信号，通过计算脉冲信号便可换算出深度值。对单位时间的深度值采样便得到速度值。
　　。工作电压：直流5V
　　。工作电流：40mA
　　。脉冲类型：两路正交的脉冲信号，通过逻辑电路可完成对光电编码器转动方向的识别和对深度脉冲的输出。
　　3 系统结构及工作原理
　　将应变传感器产生的毫伏信号输入到放大器进行放大，然后送入A/D转换器进行模数转换，转换成处二进制序列后送入DSP处理。为保证A/D转换的可靠性，采用V/F器件LM331实现模数转换，将电压信号转换为频率信号。此器件可靠性高，占用资源少。
　　由光电编码器产生的两路正交信号输入到CPLD，经处理后，产生两路信号。一路为辨向脉冲，用于识别光电编码器的转动方向。另一路为计数脉冲，用于完成深度参数的换算。两路脉冲均输入到DSP。见图1。