[发明专利]一种用于扭矩测量的信号处理系统及方法

权利要求书

1.一种用于扭矩测量的信号处理系统，用于随钻井下扭矩测量系统，其特征在于，

所述随钻井下扭矩测量系统包括：

钻铤本体，其外壁上等间距共轴心设置多个扭矩传感器安装凹槽，相邻扭矩传感器安装凹槽之间设置有通孔；

扭矩测量传感器，为一安装于所述扭矩传感器安装凹槽内部的弹性圆环结构，其上设置有共圆周等距排列的多个扭矩应变测量体；

所述钻铤本体为水眼偏心结构设计，钻铤本体水眼内部设置电池供电单元连接线、MWD接口协议电路连接线，所述钻铤本体的两端接头处设置密封圈结构；

所述钻铤本体侧壁上设置电池舱体、压力测量电路舱体，MWD接口协议电路舱体；

所述扭矩应变测量体包括：硅晶体薄膜，其两端有使用离子注入工艺掺入三价元素硼而形成的P型半导体，其中部设置有寄生电容以及使用离子注入工艺掺入元素磷而形成的N型半导体；

其中，所述信号处理系统包括：

依次串连的控制器、波形发生器，交流激励放大电路，扭矩应变测量电桥，前级放大器、带通滤波器、后级放大器、锁相放大器；

其中，所述扭矩应变测量电桥的桥臂由设置于钻铤外壁上并且与钻铤轴线方向呈相同夹角的扭矩应变测量体串联构成；所述锁相放大器的输出端依次连接低通滤波器、整流桥电路、信号采集电路、控制器；

其中，利用信号处理系统输出的直流电压信号用于反映扭矩测量圆环上所承载的扭力变化；

并且，对所述扭力的标定包括：

使用大型扭矩标定装置产生不同的扭矩力加载到随钻井下扭矩测量系统的钻铤本体上；

将不同扭矩力值及其对应的电压值带入下式并利用最小二乘拟合方法计算多项式系数a_Ti：

式中，X是随钻井下扭矩测量系统的输出电压值，y_T是所加载的扭矩力的真实值；

改变钻铤本体所处环境温度，并求取对应的多项式系数；根据求解的多项式系数，基于以下公式拟合温度系数b_Tji：

式中，M为温度标定次数；

其中，基于下式获取扭矩力y_T：

式中，t为温度，b_Tji为a_Ti拟合多项式的温度标定系数；

其中，实际测量模块中，基于下式获取扭矩力y_T：

y_T＝T*B_T*X

式中，

T＝(1，t，..........t^M)

t为温度，b_Tji为a_Ti拟合多项式的温度标定系数。

2.根据权利要求1所述的一种用于扭矩测量的信号处理系统，其特征在于，所述控制器与MWD通讯485协议接口电路相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于扭矩测量的信号处理系统，其特征在于，所述扭矩应变测量体设置于一圆环结构的扭矩测量传感器上，每个所述扭矩测量传感器上设置4个扭矩应变测量体，分别相对于钻铤轴0度方向的45度方向、135度方向、225度方向、315度方向；连接相距90度的扭矩应变测量体构成的桥臂；将桥臂连接点的电压差作为扭矩电压。

4.根据权利要求1所述的一种用于扭矩测量的信号处理系统，其特征在于，所述波形发生器的型号为AD5932；所述控制器是型号为dspic33fj256mc710A的单片机。