● 摘要
本文对旋转导向系统井下数据采集与处理单元的设计与实现进行了研究。
数据采集与处理单元电路的电源供给由涡轮发电机、整流滤波电路和DC/DC模块构成。井下温度随深度的增加而增加，而可工作于高温环境下的DC/DC电源很少，且功率均不能达到带载电机的功率需求。作为本系统主要负载对象的纠斜力矩电机在扭矩较大时功率达100W。很难找到与之相应的大功率耐高温DC/DC电源。
电源是测控系统的核心部件，其最高工作温度的限制直接制约了钻井系统向深井方向的发展，因此迫切需要可工作于更高温度的DC/DC电源以保证系统的稳定工作。通过对电源电路所涉及的元器件高温特性调研、电路拓扑结构分析以及国内外高温电源的研究，结合实际工作环境的考虑，本文提出了基于反激式结构的耐高温开关电源设计方法。
数据采集与处理模块的目标是解决在高温环境下进行旋转导向井下系统电机转角、姿态信息的采集与电机的驱动问题。井斜问题是井下钻井过程一个重要的问题，电机转角的测量和电机驱动是控制井斜的有效手段。作为“自动垂直钻井技术研究”课题的衍生项目，本文提出了一种满足高温恶劣环境的数据采集与处理方案。
本文首先对数据采集与处理的相关理论知识进行了归纳和总结，分析设计了电源模块，并且针对现有旋转导向钻井平台，设计了基于高温ARM的微控制器的同步采样解算方案来实现电机转角的采样和电机驱动，阐述了地面解算平台的软件实现过程。