题目：光纤陀螺油井测斜仪系统硬件研究及设计

在石油工业中，水平钻井是利用定向随钻测量设备来监测井眼的方位和位置。目前，测量井眼轨迹的设备多数采用三只加速度计和三个磁通门相互正交安装，加速度计测量地球引力分量来确定井眼的倾斜角和工具面角，磁通门测量地球磁场方向确定井眼的方位角。由于磁通门容易受到外界磁场的干扰，尤其当含有铁磁物质时会导致仪器无法正常工作。因而，本论文提出用光纤陀螺替代磁通门，实现井眼轨迹测量。论文简要分析了光纤陀螺油井测斜仪内部结构和工作原理，给出了基于捷联惯性导航技术的测斜仪解算算法，同时介绍了光纤陀螺和加速度计的工作原理及其性能参数。本文重点研究光纤陀螺油井测斜仪系统硬件电路设计，其主要由以下几个部分组成。首先，研究设计了高精度加速度计读出电路，采用新一代同步压频转换器（SVFC）AD7742，它具有很高的输出频率，能以较小的采样周期获得较高的分辨率。其次，以高性能浮点数字信号处理器TMS32VC33和大容量、低成本的FPGA为基础，设计数据采集及导航解算电路。DSP作为核心处理芯片完成数字信号滤波、补偿处理和导航解算；FPGA辅助DSP完成脉冲数据采集、接口逻辑实现及数据编码输出等。再次，设计油井测斜仪与地面测试设备的通讯电路，采用声波逻辑的方式实现数据传输。由于系统结构复杂、硬件电路模块很多，并研究系统的供电电源设计，实现稳定可靠的电源管理和监控。最后，在数据采集及导航解算电路的基础上，编写自引导程序（Boot-loader），采用汇编语言和C语言混合编程，软件实现数字滤波、系统误差和温度补偿、捷联导航算法程序。 由于油井测斜仪系统工作环境的特殊性大大增加了设计和实现的难度，通过采用低功耗设计思想来尽量减少热量扩散，从而解决温度问题。 在系统试验样机实验测试过程中，系统硬件工作稳定可靠，实现了测斜功能，为实际工程应用奠定了基础。