基于ADuC845的石油錄井二氧化碳檢測儀(一）

1、 福建科達(dá)衡器有限公司 基于ADuC845的石油錄井二氧化碳檢測儀(一）引言在石油勘探過程中，二氧化碳檢測是一項(xiàng)重要的錄井工作，為后續(xù)的地質(zhì)解釋評價(jià)提供參考依據(jù)。從鉆井液脫出的氣體包括多種烴類氣體、氫氣、二氧化碳等，在采用紅外光譜吸收法之前一般采用熱導(dǎo)法檢測二氧化碳，這種方法的缺點(diǎn)是易受其他氣體的干擾。隨著工藝的發(fā)展，紅外發(fā)光源和紅外傳感器變得更加小巧，紅外光譜吸收法逐漸取代了熱導(dǎo)法。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確穩(wěn)定的檢測，除了采用性能優(yōu)良的紅外發(fā)光源和紅外傳感器外，信號采集處理部分也至關(guān)重要。其中，穩(wěn)定可靠的ADC采集和高效的數(shù)據(jù)處理是二氧化碳檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵。1 紅外光譜吸收法原理紅外光譜吸收法是利用被測氣

2、體對紅外光的特征吸收來實(shí)現(xiàn)氣體成分的濃度分析。當(dāng)對應(yīng)某一氣體具有特征吸收的光波通過這一被測氣體時(shí)，其強(qiáng)度將明顯減弱，強(qiáng)度衰減程度與該氣體濃度有關(guān)。根據(jù)對出射光強(qiáng)的測試，可確定被測氣體的濃度，對確定波長的紅外光波的吸收，其強(qiáng)度和被測氣體濃度間的關(guān)系遵守比爾定律。其基本原理如圖1所示。圖1，紅外檢測器原理圖基本數(shù)學(xué)模型：大部分有機(jī)和無機(jī)多原子分子氣體在紅外區(qū)有特征吸收波長。當(dāng)紅外光通過時(shí)，這些氣體分子對特定波長的透過光強(qiáng)可由朗伯一比爾定律表示：而吸收光強(qiáng)i可表示為：式中：Io為入射光強(qiáng);I為透過光強(qiáng);l為氣體介質(zhì)厚度，p為氣體濃度，k為吸收系數(shù)。吸收系數(shù)k是一個(gè)非常復(fù)雜的量，它不僅與氣體種類、入射

3、光波長有關(guān)，而且還受環(huán)境溫度、環(huán)境大氣壓等因素的影響。因此，對于變溫、變氣壓的工作環(huán)境，k是一個(gè)變值，從而直接影響吸收光強(qiáng)I。2 ADuC845的基本原理和性能特點(diǎn)ADuC845是高性能24位數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，它內(nèi)部集成有兩個(gè)24位分辨率的-ADC、雙D/A轉(zhuǎn)換器、10或8通道輸入多路復(fù)用器、一個(gè)高效的8051內(nèi)核;可提供62 KB的Flash程序存儲器，4 KB Flash數(shù)據(jù)存儲器和2304字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。ADuC845具有串行下載和調(diào)度模式，可通過EA引腳提供引腳競爭模式，同時(shí)支持Quick Start開發(fā)系統(tǒng)和低成本的軟件和硬件工具。ADuC845可通過一個(gè)片內(nèi)鎖相環(huán)PLL產(chǎn)生一個(gè)12.58 MHz的高頻時(shí)鐘，以使之運(yùn)行于32 kHz外部晶振。片內(nèi)微控制器是一個(gè)優(yōu)化的單指令周期8051閃存MCU。該MCU在保持與8051指令系統(tǒng)兼容的同時(shí)，具有12.58 MIPS的性能。該芯片的兩個(gè)獨(dú)立的ADC(主ADC和輔助ADC)由一個(gè)輸入多路復(fù)用器、一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)可直接測量低幅度信號的可編程增益放大器PGA組成。主、輔ADC都采用高頻“斬波”技術(shù)