油氣井出砂信號預處理電路的設計

表2 CA3140電荷放大電路測試結果

表3 AD823電荷放大電路測試結果

從表2可以看出該電荷放大器的輸入信號電流大于30PA時，才能實現(xiàn)正常的放大。當偏置電流與輸入信號電流相近時，輸入信號被偏置電流所淹沒不能實現(xiàn)正常的放大，因此測量誤差較大。從表3可以看出：在輸入信號電流為5pA時，該電荷放大器仍然能實現(xiàn)正常的放大，所以測量誤差很小。同時從表2、3中還可以看出：在相同電荷源的作用下，AD823輸出的電壓大，具有較強的電荷轉換能力。因此，根據測試結果，選擇運放AD823作為電荷轉換級的運放是比較合適的。

通過仿真輸出波形，可以形象的看出不同電路參數(shù)對輸出電壓幅度的影響，因此適當?shù)恼{節(jié)元件參數(shù)可以使電荷靈敏度更佳。

濾波電路的仿真

對圖3所示的濾波器電路利用Multisim10軟件進行了仿真，采用軟件中的信號電壓源作為該電路的測試信號源。為了驗證該濾波電路的濾波特性，對其在輸入信號幅值相同,頻率不同的情況進行了測試。測試結果如表3所示。

從表4可以看出：當輸入信號頻率在100kHz-1MHz范圍內，輸出信號的幅度較大，當輸入信號頻率在100kHz-1MHz之外，輸出信號衰減的較大，從而能很好的抑制掉帶外的干擾信號。因此該電路滿足設計要求。

試驗結果

圖7 濾波后的出砂信號波形

圖7所示為濾波電路輸出的出砂信號，該信號是由砂粒撞擊出油管線所產生的沖擊或瞬態(tài)振動信號。由于出砂檢測裝備的機械傳動引起的振動和大量的其它隨機信號的存在，使得出砂信號被嚴重“污染”。因此為了提高該信號的信噪比，提取信號的有效特征信息，該信號還需要進行進一步的數(shù)字濾波處理。

結論

文中給出了適合砂信號預處理的電路。提出采用集成芯片AD823實現(xiàn)電荷放大器電路，解決了常用電荷放大器測量帶寬低的問題。給出了運放選取的原則，以及確定了電路中的主要器件和參數(shù)，通過電路的測試與仿真，表明測試結果與設計指標一致。而在出砂信號檢測系統(tǒng)中的應用，表明了電路性能良好，但是該電路輸出信號還存在一定的不足，噪聲信號還是比較大。后續(xù)工作要做的是對適調濾波電路再進行處理，進一步降低噪聲信號，以便更好的滿足對出砂信號檢測要求。