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二维PSD在石油钻杆曲率检测中的应用

孟秀娟  
【摘要】:石油钻杆曲率的检测是石油勘探中一项关键的技术,本文提出了一种新的基于二维位置敏感探测器PSD的石油钻杆曲率检测系统。本系统是利用PSD位置传感器,将光电子技术与单片机技术结合在一起的精密的石油钻杆曲率测量系统,与传统检测方法相比它有着测量精度高,测量装置体积小,使用简单,功耗低,响应快等特点。具有很高的经济效益和科学实用价值。 本系统采用光敏面有效面积为10mm×10mm的PSD器件S5991-01;前置放大器选择低偏置电流特性、低输入噪声,低零漂移的器件;系统中选用的光源是近红外线半导体激光器,原因是其辐射光谱与PSD的峰值响应波长有良好的匹配性;系统中的MSP430系列单片机软件设计采用了C语言,这使软件功能的扩展具有了较大的灵活性,可以引入实时操作系统,实现多任务操作。 具体的设计方案是在石油钻杆一端放置位置敏感探测器PSD,另一端放置半导体激光器,中间放置光学系统。经过光学系统的光照射到PSD上,如果石油钻杆没有弯曲,则光斑应该位于PSD的中心,否则会有一个偏离。石油钻杆弯曲程度不同,引起照射到PSD光敏面上的光斑位置的不同。通过对位置敏感探测器PSD受到光源照射后输出的模拟交流电流信号进行电流—电压转换,信号放大,信号加减,然后选用单片机MSP430进行数据采集和A/D转换,并对数据进行曲率解算。本论文工作的具体内容包括该系统的光路设计,器件选型,电路设计、制版、调试以及MSP430的编程;并对照射到PSD光敏面上的光斑重心位置进行了检测,实验表明PSD传感器对光斑位置的检测精度较高,验证了将该系统用于石油钻杆的实时曲率检测的可行性与可靠性。


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