单片机油田套管弯曲度测试技术研究(2)
1) 完成光敏面阵的设计；
2) 熟悉51单片机系统的工作原理和设计使用；
3) 完成单片机的设计、加工和调试；
4) 完成控制系统的设计、加工和调试，实现对激光测距模块的控制编程；
5) 完成光电探测器输出信号的处理、采样和编程分析，并在模拟管道中进行实验验证。
2 钻井套管弯曲度测试系统和设计
2.1 系统的总体结构和工作原理
图2.1.1便携式管具激光测试工具的原理结构图
系统原理框图：
图2.1.2 系统原理框图
系统工作原理:
操作者首先根据管具的类型，将激光测距组件和光电接收组件安装于套管的两端。激光测距组件根据操作指令发射测距激光，光电接收组件中的光电接收元件面阵接收测距激光，通过信号处理和微处理器系统处理光电传感信号并计算出套管偏移量传输给激光测距组件，激光测距组件通过测距激光的回波信号和光电接收组件的数据信号给出管具的长度弯曲度信息。
2.2 信号发射系统的设计
本论文要求被测的对象和所需的简单仪器有：
（1）测试对象：长度小于20米，直径小于300mm的套管；
（2）激光测距传感器类型：半导体激光测距传感器；
（3）测距精度：优于5mm；
（4）控制微处理器：MCS51系列单片机；
（5）管道弯曲度偏移量范围：0~50mm ；
（6）弯曲度偏移量分辨率：5mm；
（7）测试仪器电源类型：可充电式锂电
（8）电池组容量：一次充电可使仪器连续工作24小时；
（9）显示：液晶屏
根据上述要求，设计了信号发射系统、信号采集系统、信号 处理系统、通信系统和显示系统。其中信号发射系统如下：
便携式套管测试系统是一套光机电一体化的精密测试系统，整个系统的可靠性、精度与套管两端精密机械结构的设计密不可分。本项目中的管道测试系统采用的机械部分主要分为激光发射端面板和信号采集端面板，将分别用于激光器以及数据接收显示模块的固定。同时，精密的机械结构还将用于保证激光发射端、信号采集端、光学系统三个模块的中心轴线精确重合。精密机械结构设计使整个测试系统研制的重要组成部分。另外测试控制系统的研制和系统的总体设计在整个研究方案中也占据着举足轻重的地位。
激光测试工具就由这信号发射端和信号接收端组成。发射端和接受端控制电路如图所示：
图2.2.1 发射端和接受端控制电路原理框图
发射端由发射端-锥形螺纹接箍（带扳手）、调节套筒、一些调节辅助结以
及盖板、盖筒组装而成。其总体装配如图：
发射端主要是激光测距机。
激光测距机是指利用射向目标的激光脉冲或连续波激光束测量目标距离的一种距离测量仪。利用激光脉冲的称为脉冲激光测距机，利用连续波激光束的称为连续波激光测距机。脉冲激光测距机利用脉冲法测距，具有测程远，体积小的特点，多用在军事上对各种战场目标测距，因此通常战术应用的军用激光测距机主要是指脉冲激光测距机。
激光测距机一般由激光发射机、激光接收机和电源三大部分组成。激光发射机由脉冲激光器、发射光学系统、取样器以及瞄准光学系统组成，其作用是将高峰值功率的激光脉冲射向目标。激光接收机由接收光学系统、光电探测器和放大器、接收电路和计数显示器组成，其作用是接收从目标漫反射回来的激光脉冲回波并计算和显示目标距离。激光电源由高压电源和低压电源组成，其作用是提供电能。激光测距机的工作原理是利用脉冲激光器向目标发射单次激光脉冲或激光脉冲串，计数器测量激光脉冲到达目标并由目标返回到接收机的往返时间，由此运算目标的距离。其工作过程是：首先瞄准目标，然后接通激光电源，起动激光器，通过发射光学系统，向瞄准的目标发射激光脉冲信号。同时，采样器采集发射信号，作为计数器开门的脉冲信号，起动计数器，钟频振荡器向计数器有效地输入钟频脉冲，由目标反射回来的激光回波经过大气传输，进入接收光学系统，作用在光电探测器上，转变为电脉冲信号，经过放大器放大，进入计数器，作为计算器的关门信号，计数器停止计数。计数器从开门到关门期间，所进入的钟频脉冲个数，经过运算得到目标距离，在显示器上显示出来。