[发明专利]一种用于扭矩测量的信号处理系统及方法

说明书

本发明涉及一种信号处理系统及方法，属于钻探技术领域，尤其是涉及一种用于扭矩测量的信号处理系统及方法。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。因此，本发明具有如下优点：1.采用随钻测量方式，能够实时获取钻具所受扭矩，从而为快速调整钻具参数提供支持；2.采用多个扭矩测量传感器圆环结构上的测量体来监测扭矩变化，提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及一种信号处理系统及方法，属于钻探技术领域，尤其是涉及一种用于扭矩测量的信号处理系统及方法。

背景技术

随钻测量MWD(Measurement While Drilling)是指钻机在钻进的同时连续不断地检测有关钻孔或钻头的信息。

钻井过程中，近钻头处的钻压、扭矩等钻井工程参数的随钻准确测量对安全、高效钻井是十分重要的。随着钻井深度的增加，特别是各种分支井、水平井的开发，各种卡钻、掉牙轮、钻具断落等钻井事故时有发生，给钻井生产的安全与效率带来很大影响，实时测量近钻头处的钻压扭矩等钻井工程参数的变化可以有效地防止此类事故的发生，为安全、高效钻井提供技术支持。

公知的钻井监控技术大多采用地面扭矩仪和指重表来测量扭矩和钻压，由于钻井过程中钻柱与井壁的相互作用过程复杂，由地面测量数据推算得到近钻头处工程参数的准确度较差。并且钻铤在钻井液中受到浮力与摩擦力、钻铤下放的冲击力和弹性力、不规则井眼的井壁对钻铤的摩擦力、钻铤螺旋弯曲旋转的离心力、以及钻铤在井下的纵振、横振等因素都不易精确计算，即便推算模型考虑因素再多，推算结果的准确度与可信度也很低。

现有技术中的扭矩测量电路多采用直流信号作为激励信号源。但是，当钻铤承受的扭力较小时，这时扭矩测量装置因受扭矩影响而导致的电压信号变化非常微弱、信噪比差，这时如果通过单一的提高放大倍数很难准确的测量出反应扭矩的有效信号。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种用于扭矩测量的信号处理系统及方法。该信号处理系统及方法利用交流信号具有已知的频率特性，通过带通滤波器和锁相放大器等处理滤掉频带以外的噪声信号，从而将微弱的能反应扭矩变化的信号提取出来。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种用于扭矩测量的信号处理系统，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。

优化的，上的一种用于扭矩测量的信号处理系统，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。

优化的，上的一种用于扭矩测量的信号处理系统，所述控制器还连接有温度传感器。

优化的，上的一种用于扭矩测量的信号处理系统，所述控制器与MWD通讯485协议接口电路相连。

优化的，上的一种用于扭矩测量的信号处理系统，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，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。

优化的，上的一种用于扭矩测量的信号处理系统，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。

一种用于扭矩测量的信号处理方法，包括：