本200℃高溫MWD（隨鉆測(cè)量）專用電路系統(tǒng)，是為極端井下環(huán)境設(shè)計(jì)的核心電子系統(tǒng)。本文的全部產(chǎn)品由青島智騰微電子有限公司自主研制，其中的電路模塊均采用MCM厚膜混合集成電路工藝和封裝技術(shù)，確保在200℃高溫及高壓、強(qiáng)振動(dòng)的惡劣工況下穩(wěn)定運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)由一系列功能模塊高度集成，協(xié)同工作，精確完成地質(zhì)參數(shù)測(cè)量、井下工具控制及數(shù)據(jù)上傳任務(wù)。

該系統(tǒng)主要包含以下幾大核心功能模塊：

（1）200℃定向傳感器采集模塊：

作為系統(tǒng)的“感知器官”，此模塊負(fù)責(zé)精確測(cè)量并數(shù)字化井眼的方位角、傾斜角和工具面角等關(guān)鍵幾何參數(shù)。它為地質(zhì)導(dǎo)向和軌跡控制提供最基礎(chǔ)且至關(guān)重要的數(shù)據(jù)輸入。

智騰產(chǎn)品型號(hào)“LH240011”是一款設(shè)計(jì)應(yīng)用于 MWD 測(cè)井儀器的定向傳感器采集及驅(qū)動(dòng)電路模塊。應(yīng)用于隨鉆測(cè)井控制系統(tǒng)。可以在-40℃～+200℃環(huán)境下穩(wěn)定工作，具有體積小、集成度高、可靠性高、抗振性好等特性。

部分主要特性和參數(shù)指標(biāo)：

• 工作溫度范圍：-40℃～+200℃
• 輸入電壓范圍：±10V～±16V（典型值±15V），+4.8 V～+5.5V（典型值+5V）
• 抗振性：20grms，20～2000Hz
• 抗沖擊：1000g，0.5ms,半正弦
• 具備三軸加計(jì)信號(hào)測(cè)量功能
• 具備三軸加計(jì)溫度信號(hào)測(cè)量功能
• 具備3軸磁通門驅(qū)動(dòng)及測(cè)量功能（智騰配套磁通門）
• 具備磁通門溫度信號(hào)測(cè)量功能
• 具備板面溫度監(jiān)測(cè)功能
• 具備總線電壓信號(hào)檢測(cè)功能
• 具備 64MB 存儲(chǔ)功能
• 具備 bootloader 功能
• 通信接口：1組 TTL（5V）、2 組 RS485、1組 CAN

（2）200℃隨鉆測(cè)量電源管理模塊：

此模塊是整個(gè)電路的“能源心臟”。它負(fù)責(zé)對(duì)接井下渦輪發(fā)電機(jī)或高溫電池組等一次能源，進(jìn)行高效的電壓轉(zhuǎn)換、分配和智能管理，為所有其他功能模塊提供穩(wěn)定、潔凈且受保護(hù)的電力供應(yīng)，確保系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間可靠工作。

智騰產(chǎn)品型號(hào)“LH250011”隨鉆測(cè)量電源管理模塊采用 MCM 工藝制造，為隨鉆測(cè)量?jī)x器提供二次電源，將電池或發(fā)電機(jī)整流穩(wěn)壓后的電壓轉(zhuǎn)換成加速度計(jì)和采集主控電路供電的電壓，并具備雙電池供電切換功能，模塊可以在-40℃～+200℃環(huán)境下穩(wěn)定工作，具有體積小、集成度高、可靠性高、抗振性好等特性。

部分主要特性和參數(shù)指標(biāo)：

• 工作溫度（殼溫）：-40℃～+200℃；
• 輸入電壓：24～72V；
• 輸出電壓：+1.85V，+5.2V，±13V；
• 輸出紋波及噪聲：最大 100mV；
• 輸出功率： 10W（200℃外殼時(shí)提供額定功率的50%）；
• 輸出精度：≤±5%；
• 過(guò)沖幅度：10% max；
• 轉(zhuǎn)換效率：典型值75%；
• 靜態(tài)功耗：最大0.7W；
• 抗振性：20grms，20～2000Hz
• 抗沖擊：1000g，0.5ms,半正弦

（3）200℃隨鉆測(cè)量驅(qū)動(dòng)采集主控電路：

作為系統(tǒng)的“大腦和中樞神經(jīng)”，該主控模塊負(fù)責(zé)調(diào)度整個(gè)MWD系統(tǒng)的運(yùn)作。它協(xié)調(diào)各傳感器的數(shù)據(jù)采集，處理并編碼測(cè)量數(shù)據(jù)，生成控制指令，并管理所有模塊間的通信與時(shí)序，是實(shí)現(xiàn)智能化測(cè)量的控制核心。

智騰產(chǎn)品型號(hào)“LH240014”是一款設(shè)計(jì)應(yīng)用于 MWD 測(cè)井儀器的定向測(cè)量驅(qū)動(dòng)采集主控電路模塊。應(yīng)用于隨鉆測(cè)井控制系統(tǒng)。可以在-40℃～+200℃環(huán)境下穩(wěn)定工作，具有體積小、集成度高、可靠性高、抗振性好等特性。

部分主要特性和參數(shù)指標(biāo)：

• 工作溫度范圍：-40℃～+200℃
• 輸入電壓范圍：±10V～±15V（典型值±13V），+4.8 V～+5.5V（典型值+5.3V）
• 厚膜混合集成電路工藝
• 抗振性：20grms，20～2000Hz
• 抗沖擊：1000g，0.5ms,半正弦
• 具備轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量功能
• 具備 RTC 功能
• 具備溫度監(jiān)測(cè)功能
• 具備總線電流信號(hào)檢測(cè)功能
• 具備總線電壓信號(hào)檢測(cè)功能
• 具備脈沖編碼功能
• 具備總線電源切換供電控制功能
• 具備 64MB 存儲(chǔ)功能
• 具備 bootloader 功能
• 通信接口：1 組 RS485、1組 Pulse(5V)、4個(gè) GPIO 口

（4）200℃振動(dòng)沖擊測(cè)量模塊：

此模塊是系統(tǒng)的“健康監(jiān)測(cè)儀”。它持續(xù)監(jiān)測(cè)鉆柱的劇烈振動(dòng)、軸向沖擊和橫向加速度，這些數(shù)據(jù)既用于評(píng)估鉆具組合的井下安全狀態(tài)，為優(yōu)化鉆井參數(shù)提供依據(jù)，也可作為重要的地層評(píng)價(jià)輔助信息。

智騰產(chǎn)品型號(hào)“LH250009”是一款設(shè)計(jì)應(yīng)用于 MWD 測(cè)井儀器的振動(dòng)沖擊測(cè)量電路模塊。本模塊內(nèi)置高精度三軸振動(dòng)傳感器、三軸沖擊傳感器，可以實(shí)時(shí)測(cè)量、記錄和分析軸向、橫向的井下振動(dòng)和沖擊，提供井下鉆進(jìn)的振動(dòng)劇烈程度等級(jí)，以便控制最佳轉(zhuǎn)速，提高鉆進(jìn)效率，在振動(dòng)或沖擊量級(jí)超出極限時(shí)，發(fā)出警報(bào)，提示工程人員調(diào)整鉆井參數(shù)。內(nèi)存中記錄的振動(dòng)沖擊數(shù)據(jù)還能為使用中的責(zé)任界定提供依據(jù)。可以根據(jù)客戶要求配置存儲(chǔ)的振動(dòng)數(shù)據(jù)形式，包括但不限于原始數(shù)據(jù)、振動(dòng)頻率、加速度峰值、加速度有效值，并可以配置測(cè)量時(shí)間窗口、測(cè)量帶寬、存儲(chǔ)時(shí)間間隔以及沖擊振動(dòng)加速度閾值等。

部分主要特性：

• 具備三軸振動(dòng)信號(hào)測(cè)量功能，三軸沖擊信號(hào)測(cè)量功能
• 內(nèi)置高性能 DSP 芯片，具備振動(dòng)分析功能
• 具備溫度監(jiān)測(cè)功能
• 256MB 大容量存儲(chǔ)
• 具備 bootloader 功能

（5）200℃旋轉(zhuǎn)閥電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與高溫脈沖器驅(qū)動(dòng)模塊：

這兩個(gè)模塊共同構(gòu)成了MWD系統(tǒng)的“信號(hào)發(fā)射器”。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊精確控制產(chǎn)生泥漿壓力脈沖的旋轉(zhuǎn)閥的動(dòng)作；脈沖器驅(qū)動(dòng)模塊則提供大功率驅(qū)動(dòng)能力，以克服鉆井液阻力，驅(qū)動(dòng)脈沖器閥頭產(chǎn)生清晰、穩(wěn)定的負(fù)壓或正壓脈沖信號(hào)，將編碼后的測(cè)量數(shù)據(jù)上傳至地面。

——（5.1）200℃旋轉(zhuǎn)閥電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

智騰產(chǎn)品型號(hào)“LH250004”是一款高溫的帶霍爾傳感器無(wú)刷直流電機(jī)六步換相控制驅(qū)動(dòng)模塊，采用高溫 MCM 工藝制作。應(yīng)用于隨鉆測(cè)井中的帶霍爾（位置傳感器）的電機(jī)控制系統(tǒng)，可兼容 APS 的旋轉(zhuǎn)閥脈沖器。模塊內(nèi)部集成4路輸出反激電源、高性能 DSP、三相全橋電路及驅(qū)動(dòng)、電流檢測(cè) IC、電壓比較器保護(hù)等電路，模塊最大輸出扭矩可達(dá) 10N?m，可在-40℃～+200℃環(huán)境下穩(wěn)定工作，具有體積小、集成度高、可靠性高、耐振動(dòng)沖擊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)響應(yīng)穩(wěn)定、超調(diào)小，過(guò)流保護(hù)動(dòng)作快速等特性。

部分主要特性和參數(shù)指標(biāo)：

• 工作溫度范圍：-40℃～+200℃
• 驅(qū)動(dòng)器母線電壓：28V～36V
• 驅(qū)動(dòng)器輸出峰值功率：100W
• 相電流采樣范圍：-5.5A～5.5A
• 雙環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：300r/min～4500r/min
• 保護(hù)功能：過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)
• 可兼容 APS 的旋轉(zhuǎn)閥脈沖器
• 模塊最大輸出扭矩 10N?m
• 隨機(jī)振動(dòng)：50g
• 沖擊：1500g

——（5.2）高溫脈沖器驅(qū)動(dòng)模塊

智騰產(chǎn)品型號(hào)“LH233613”采用厚膜混合集成電路工藝制作，具有耐高溫、體積小、重量輕、可靠性高等特性，應(yīng)用于脈沖器驅(qū)動(dòng)電路中。工作溫度范圍為?40°C 至+175°C 溫度范圍。

部分主要特性：

• 工作溫度范圍：-40℃～+175℃
• 導(dǎo)通控制信號(hào)范圍：+3.3V～+5.0V
• 控制端設(shè)計(jì)為高電平導(dǎo)通，低電平關(guān)斷
• 輸入電壓范圍：+24V～+33V
• 輸出電壓范圍：+23.5V～+32.5V

（6）200℃高溫RTC電池組件

此組件是系統(tǒng)的“不間斷備用電源”。在渦輪發(fā)電機(jī)無(wú)法供電或供電不穩(wěn)的工況下，它為整個(gè)電路系統(tǒng)，特別是主控電路的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和關(guān)鍵內(nèi)存提供持續(xù)電力，保證數(shù)據(jù)不丟失和系統(tǒng)狀態(tài)的連續(xù)性，是系統(tǒng)可靠性的一道重要保障。

智騰產(chǎn)品型號(hào)“LA250006”是一款設(shè)計(jì)應(yīng)用于 MWD 測(cè)井儀器的高溫鋰電池組件。應(yīng)用于隨鉆測(cè)井控制系統(tǒng)。可以在70℃～200℃環(huán)境下穩(wěn)定工作，具有體積小、集成度高、可靠性高、抗振性好等特性。

部分主要特性和參數(shù)指標(biāo)：

• 工作溫度范圍：70℃～200℃
• 開路電壓：3.67V
• 額定放電電流：10mA
• 抗振性：20grms，20～2000Hz
• 抗沖擊：1000g，0.5ms,半正弦
• 滿容量下最大電流：20mA
• 自放電：2%/年@25℃
• 低速率能力

綜合

綜上所述，該專用電路通過(guò)各模塊的精密配合，實(shí)現(xiàn)了在高溫高壓環(huán)境下對(duì)井下信息的實(shí)時(shí)感知、智能處理與可靠傳輸，是現(xiàn)代超深井、定向井鉆井作業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)裝備。

廠家介紹

青島智騰微電子有限公司是國(guó)家級(jí)專精特新重點(diǎn)“小巨人”企業(yè)、山東省制造業(yè)單項(xiàng)冠軍企業(yè)。公司自2002年成立以來(lái)持續(xù)堅(jiān)持自主研發(fā)的路線，經(jīng)過(guò)多年創(chuàng)新積累，形成了“高精度高可靠性”和“高溫高可靠性”的兩大產(chǎn)品特色，已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化國(guó)防工業(yè)、航空航天、深地深海等極端環(huán)境。

智騰已獲批承建極端環(huán)境智能微系統(tǒng)及傳感器技術(shù)山東省工程研究中心、山東省“一企一技術(shù)”研發(fā)中心、青島市博士后創(chuàng)新實(shí)踐基地、青島市高溫半導(dǎo)體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、青島市高溫定向傳感器創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室、青島市高溫厚膜集成電路制造工程研究中心等科研平臺(tái)，具備深厚的前沿高溫測(cè)井系統(tǒng)研發(fā)能力。