关于DSP芯片在超声波钻井液测漏仪中的应用

1.2 超声波传感器的研制

　　由图1可见,传感器轴线与钻杆外壁之间的距离是十分有限的,为了保证超声波传感器发出的信号能够通过泥浆直接进入接收传感器,需要控制超声波传感器的中心角。设两只传感器的距离为L,传感器轴线距井轴的距离为D,钻杆直径为d,则应使中心角θ满足:
　　
　　实际结构允许的θ为2.95°,这对一般的超声波传感器来说是一个比较严格的指标。另外,由于井下的温度可高达150°C,压力为100Mpa,因此研制了专门的超声波传感器,其工作频率为600kHz。

1.3 测量原理

　　两只传感器交替地发送和接收超声波信号,把靠近地面的一只记作B,靠近井下的一只记作A,则A发送、B接收所用的时间为:
　　
　　同理,B发送、A接收所用的时间为:
　　
　　由以上两式可得:
　　
　　其中,C为超声波在泥浆中的传播速度,V为泥浆流速。

　　由于C>>V,所以C2-V2≈C2,因此有:
　　
　　可见,只要测出时间差△t,就可以求出泥浆流速,从而推断井下漏失情况。漏层位置是通过时间与深度的换算关系确定的,地面计算机与井下测量电路在同一时刻开始计时,由于地面可以方便地实时掌握仪器的下井深度,而井下仪器又可记录任意时间点的泥浆流速,当仪器提升到地面后,将记录的数据回放到计算机,就可知道任意深度处的流速。

2 DSP的应用

2.1 测漏仪电路结构

　　测漏仪电路结构如图2所示。图中IC1是DSP芯片,这里采用TI公司的TMS320VC33浮点数字信号处理器,它是整个测量电路的核心,其指令周期为17ns,字长为32位,扩展精度为40位,内部存储器容量为34K×32bit,可寻址空间为16M,具有一个32位的串口、一个DMA通道、两个定时器、四个外部中断源;芯片的供电电压为3.3V,内核供电电压为1.8V,由IC5提供。由于芯片的运行速度很高,为了防止外部振荡电路的过高频率引起射频干扰,对外接振荡器采用了内部倍频技术。


&nb sp; 图2 测漏仪电路结构图

2.2 接口技术

　　图2中的IC2为DS1251存储器,它是一种非易失性的存储器,其输出电压高电平为5V。但TMS320VC33的I/O电平为3.3V,不能承受高电平为5V的TTL信号。为了使TMS320VC33与DS1251能够交换数据,电路中采用IC3(74LVC164244)实现3.3V与5V电平的转换。该芯片同时具有3.3V和5V两种供电电源,与DSP相连的I/O脚电平为3.3V,与存储器相连的I/O脚电平为5V。

2.3 引导

　　引导(Boot Loader)是将存储在外部程序存储器中的程序代码一次性地全部加载到DSP芯片内部的高速存储器中,以实现程序指令的高速运行。TMS320VC33有四种引导方式,其中前三种方式是从外部存储器引导,第四种方式是从串行口引导。它们都是通过将四个外部中断引脚中的某一个设置为低电平而实现的。本文采用表1中所示的第二种引导方式,即DSP从400000H开始引导程序。



　　将用户程序加载到DSP的片内高速RAM是由DSP的片内ROM的驻机程序(出厂时已设置)完成的。上电后,DSP的复位引脚由“0”变为“1”,同时在电路连接上保证引脚MCBL/=“1”,固化在片内的引导程序查询