传感器工作原理及故障判断方法.doc

传感器工作原理及故障判断方法 概述 综合录井技术是在钻井过程中应用电子技术、计算机技术及分析技术，借助分析仪器进行各种石油地质、钻井工程及其它随钻信息的采集（收集）、分析处理，进而达到发现油气层、评价油气层和实时钻井监控目的的一项随钻石油勘探技术。应用综合录井技术可以为石油天然气勘探开发提供齐全、准确的第一性资料，是油气勘探开发技术系列的重要组成部分。 综合录井技术主要作用为随钻录井、实时钻井监控、随钻地质评价及随钻录井信息的处理和应用。 综合录井技术的特点有：录取参数多、采集精度高、资料连续性强、资料处理速度快、应用灵活、服务范围广等。 目前国际国内先进的综合录井仪参数的检测精度上有了大幅度的提高，也扩展了计算机系统功能，形成了随钻计算机实时监控和数据综合处理网络，部分综合录井仪还配套了随钻随测(MWD)系统，增加了远程传输等功能，实现了数据资源的共享。其原理框图见图1。 图1：综合录井仪基本结构图 1、传感器 亦称一次仪表，是将一种物理量转换为另一种物理量的设备。其输入信号为待测物理量，如温度、密度、压力、电阻率、距离等，输出信号为可以被二次仪表或计算机接收的物理量，如电流、电压、电阻等。传感器是综合录井仪的最基础部分，其工作性能的好坏直接影响着录井质量。 2、气体检测仪 气体检测仪主要包括烃类检测仪、非烃组分检测仪（或二氧化碳检测仪）等气体检测设备，以及脱气器、氢气发生器、空气压缩机等辅助设备。烃类检测仪主要是利用FID技术测量钻井液中的烃类气体含量；非烃组分检测仪是利用热导池鉴定器测量钻井液中CO2、H2等其它气体的含量。 3、计算机系统 随着计算机技术的发展及应用，目前综合录井仪的计算机系统不仅担负着参数的采集、处理、存储和输出的任务。其存储的资料还可以按照用户的要求，应用其它专用软件进行进一步处理，以完成地质勘探、钻井监控及其它录井目的。同时其联机系统已形成多用户的网络化计算机系统，实现多用户、网络化数据管理，具有携带近程或远程工作站的功能，以便于大型应用软件的使用和数据资源的共享。 4、输出设备 综合录井仪输出设备主要有显示器、记录仪、打印机、绘图仪等等。其用途是将计算机采集、处理的信息通过直观的方式呈现给用户以进行进一步的应用。 本文将从气体检测仪、传感器与接口系统等方面介绍综合录井仪的调校方法。 传感器 一、绞车传感器 该传感器被安装在钻机滚筒轴上，通过测量钻机大绳收放时滚筒的角运动来监测大钩垂向运动，计算大钩的位置变化，计算钻头位置以及井深等参数的变化。 具体工作方式是当滚筒产生角位移时，传感器的转子随之产生位移，传感器输出一种相位差为90°的脉冲。该脉冲在数据接口或计算机的处理下，转变为大钩的位移变化。因此现场一般情况下要收集输入大绳、滚筒的相关参数： 绞车传感器是由一个定子部件和一个转子部件组成。定子部件为一个金属圆盘外壳，其上并排安装有两个马蹄形邻近探测头；转子部件为一个具有12个方齿的齿轮。在安装传感器时，转子与滚筒轴被固定在一起，定子部件固定不动，当大钩上提下放时，滚筒转动，转子随之转动，（图2）。 图2 临近绞车传感器内部结构图 1、工作原理 绞车传感器的种类很多，常用的有光学编码、临近及光电耦合式传感器。 （１）光电耦合式绞车传感器 光电耦合式绞车传感器的电路原理图如图3： 图3：绞车传感器电路原理图 图中D1、D2为发光二极管，发出红外线。T1、T2为光敏三极管，二者集成在光电耦合器感应探头中。图中的其它电路都集成密封在传感器上。当遮光片（光齿）随绞车轴转动时，分别阻断、导通光电耦合器中的红外线，使绞车传感器输出脉冲信号。 当遮光片（光齿）阻断红外线时，光敏三极管的基级没有输入信号，三极管处于截止状态，输出脚A（B）输出低电平。 当遮光片（光齿）导通红外线时，红外线照射到光敏三极管的基级，三极管处于导通状态，输出脚A（B）输出高电平。 遮光片（光齿）采用圆盘状十二齿交错结构，根据光齿结构将光电耦合器感应探头在安装位置上进行设计和调节就可以使A、B两脚输出相应位差为90o的脉冲信号。如图4所示： 图4：绞车传感器输出脉冲信号图 两路脉冲信号经过绞车板电路触发、鉴相、倍频处理后，就可以输出48个脉冲信号（绞车传感器每转动一圈）。 （２）邻近探头式绞车传感器 邻近探测头实际上是一个无触点开关，它由一个振荡器组成。在振荡线圈感应面的前方产生一个交变电磁场。当有金属片接近振荡线圈时，探测头附近的高频磁场在金属片中感应出涡流，造成较大的能量损失，输出一个低电压信号；当有金属片远离振荡线圈时，探测头附近的高频磁场的能量损失较小，此时输出的电压近似于传感器振荡线路供电电压，因此输出一个高电压信号。 当大钩运动时，传感器转子部件随滚筒一起转动，转子齿轮的齿与齿间空交替地通过探测头前方，使探测头电路输出一系列