DSP在動(dòng)液面深度測(cè)試中的應(yīng)用

1、dsp在動(dòng)液面深度測(cè)試中的應(yīng)用動(dòng)液面深度是油機(jī)井的井口到井下油層表面的距離，是抽油機(jī)井定期測(cè)試中的一個(gè)重要參數(shù)。由動(dòng)液面深度還可計(jì)算出井管內(nèi)的平均聲速。動(dòng)液面深度、井管內(nèi)的平均聲速與其它測(cè)試項(xiàng)目的結(jié)果相結(jié)合可以充分反映抽油機(jī)井的工作狀態(tài)和產(chǎn)量狀況，為油井的診斷和維護(hù)提供依據(jù)。2 動(dòng)液面深度測(cè)試原理動(dòng)液面深度測(cè)試儀器通過(guò)采集由安裝在井口的炮槍發(fā)出并經(jīng)過(guò)井管接頭反射的節(jié)箍波信號(hào)和經(jīng)過(guò)油層表面反射的液面波信號(hào)（1所示），找出井口位置、動(dòng)液面位置及基準(zhǔn)節(jié)箍波，用公式（1）來(lái)計(jì)算動(dòng)液面深度。圖1節(jié)箍波和液面波波形暗示圖(1)公式（1）中a、b、c、d分離代表井口位置、液面位置、參考節(jié)箍波起點(diǎn)和參考節(jié)箍波

2、盡頭，l為單節(jié)井管的長(zhǎng)度，n為介于c、d之間的參考節(jié)箍波的個(gè)數(shù)。因?yàn)槊總€(gè)節(jié)箍波對(duì)應(yīng)一節(jié)井管，因此n就是c、d之間的井管個(gè)數(shù)。因?yàn)楸旧淼脑肼暋h(huán)境噪聲等多種噪聲源的存在，所采集到的波形并非都能1那樣很簡(jiǎn)單地找出上述的各特征點(diǎn)，尤其是參考節(jié)箍波，這就給精確計(jì)算動(dòng)液面深度帶來(lái)困難，有時(shí)甚至根本無(wú)法計(jì)算。因此對(duì)傳感器輸出信號(hào)的濾波處理成為精確計(jì)算動(dòng)液面深度的關(guān)鍵。3 傳統(tǒng)的動(dòng)液面深度測(cè)試儀結(jié)構(gòu)目前普遍采納的動(dòng)液面深度測(cè)試儀有2所示的基于的結(jié)構(gòu)和3所示的基于微控制器的結(jié)構(gòu)。圖2基于模擬的動(dòng)液面深度測(cè)試儀原理框圖圖3基于微控制器的動(dòng)液面深度測(cè)試儀原理框圖在圖2的結(jié)構(gòu)中，微音器撿拾由炮槍發(fā)出并經(jīng)過(guò)井管接頭和

3、油層表面反射后返回到井口的低頻聲波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)入兩個(gè)窄帶：帶通濾波器 bpf和lpf。帶通濾波器的輸出即為節(jié)箍波信號(hào)，低通濾波器的輸出為液面波信號(hào)。數(shù)據(jù)采集由驅(qū)動(dòng)電路控制繪圖筆在紙帶上繪制節(jié)箍波和液面波曲線(xiàn)來(lái)完成。井口位置、液面位置、參考節(jié)箍波起點(diǎn)、參考節(jié)箍波盡頭等特征位置的提取及動(dòng)液面深度與井管內(nèi)平均聲速的計(jì)算徹低由技術(shù)人員手工完成。在圖3的結(jié)構(gòu)中，模擬信號(hào)的撿拾、放大和濾波部分與圖2所示的結(jié)構(gòu)徹低相同，但數(shù)據(jù)采集部分由微控制器系統(tǒng)完成。微控制器系統(tǒng)由微控制器、a/d轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器及顯示和打印接口組成。在該結(jié)構(gòu)中只要找出各特征位置，則動(dòng)液面深度與聲速的計(jì)算可由微控制器自動(dòng)完成。在采

4、集到的波形較抱負(fù)的狀況下，特征位置的提取可以在數(shù)據(jù)采集結(jié)束后由微控制器自動(dòng)完成，但多數(shù)狀況下因?yàn)闉V波效果不好，使得自動(dòng)提取的特征位置不精確，需要技術(shù)人員手工干預(yù)。這兩種結(jié)構(gòu)雖然在數(shù)據(jù)采集方式上有較大不同，但所采集到的波形的好壞均取決于信號(hào)處理通道中兩個(gè)模擬濾波器的頻率響應(yīng)特性。因?yàn)檫@兩路信號(hào)的頻帶都很窄，這就導(dǎo)致了兩個(gè)濾波器在實(shí)現(xiàn)上需要較高的階數(shù)，又因?yàn)楦唠A濾波器對(duì)器件參數(shù)的變幻較敏感，因而給其設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來(lái)較大困難。4 基于數(shù)字信號(hào)處理器的動(dòng)液面深度測(cè)試儀結(jié)構(gòu)基于數(shù)字信號(hào)處理器的動(dòng)液面深度測(cè)試儀結(jié)構(gòu)4所示。微音器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大器和防混疊濾波器后進(jìn)入a/d轉(zhuǎn)換器，a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入數(shù)字

5、信號(hào)處理器舉行數(shù)字濾波處理和采樣頻率變換，然后存入非易失性存儲(chǔ)器，以便舉行特征位置提取、動(dòng)液面深度計(jì)算、井管內(nèi)聲速計(jì)算、波形顯示和打印及其它事后處理。圖4基于數(shù)字信號(hào)處理器的動(dòng)液面深度測(cè)試儀原理框圖在該結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)模擬濾波器的功能由用數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器來(lái)完成，采納的是過(guò)采樣數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。系統(tǒng)以很高的采樣率對(duì)輸入信號(hào)舉行采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)由數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)窄帶數(shù)字濾波器，即節(jié)箍波帶通濾波器bpf和液面波低通濾波器lpf，濾波后的兩路采樣數(shù)據(jù)分離進(jìn)入兩個(gè)采樣率壓縮器。設(shè)系統(tǒng)的輸出采樣頻率為fs，輸入采樣頻率為mfs，節(jié)箍波濾波器bpf的沖擊響應(yīng)為hb(k)，液面波濾波器lp

6、f的沖擊響應(yīng)為hl(k)，輸入采樣數(shù)據(jù)為x(n)，輸出節(jié)箍波采樣數(shù)據(jù)為yb(n)，輸出液面波采樣數(shù)據(jù)為yl(n)，則數(shù)字信號(hào)處理器中數(shù)字濾波及采樣率變換部分的數(shù)據(jù)流圖5所示。圖5中的信號(hào)處理流圖該系統(tǒng)在時(shí)域里的輸入輸出關(guān)系為：yb(m)=wb(mm)=hb(k)x(mm-k)wb(n)=hb(k)x(n-k)yl(m)=wl(mm)=hl(k)x(mm-k)wl(n)=hl(k)x(n-k)因?yàn)閿?shù)字信號(hào)處理器是針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理算法而設(shè)計(jì)的處理器，有著很高的mac（乘和累加）運(yùn)算速度，因此很簡(jiǎn)單實(shí)時(shí)完成這兩路高階窄帶數(shù)字濾波器的運(yùn)算。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的輸出采樣頻率不高，因此過(guò)采樣的m值可以很大，這樣防混疊濾波器可以用容易的二階有源模擬低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)時(shí)可以在通帶上留較寬的裕度，即使防混疊濾波器中模擬元件的參數(shù)隨時(shí)光或溫度發(fā)生漂移，也不會(huì)影響囫圇信號(hào)處理系統(tǒng)的性能。因?yàn)樾盘?hào)處理的主要過(guò)程都采納了數(shù)字處理，使得系統(tǒng)的性能穩(wěn)定、牢靠，克服了圖2和圖3所示兩種結(jié)構(gòu)所固有的因?yàn)V波器元件參數(shù)漂移或不全都而帶來(lái)的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定或設(shè)計(jì)、調(diào)試的困難。該結(jié)構(gòu)由數(shù)字信號(hào)處理器取代了傳統(tǒng)的模擬濾波器和微控制器，并且只用法一路模數(shù)轉(zhuǎn)換器。因?yàn)闉V波效果好，使自動(dòng)提取特征位置的勝利率較基于微控制器的結(jié)構(gòu)有較