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1、(10)申请公布号 CN 103353781 A(43)申请公布日 2013.10.16CN103353781A*CN103353781A*(21)申请号 201310302188.0(22)申请日 2013.07.18G05F 1/56(2006.01)(71)申请人中国石油集团渤海石油装备制造有限公司地址 062552 河北省任丘市渤海路渤海装备石油机械厂(72)发明人李继宏 苑华 席栋 原嘉丽李威(54) 发明名称智能稳压电磁涡流刹车司钻开关控制器(57) 摘要本发明公开了一种智能稳压电磁涡流刹车司钻开关控制器，设有外壳、手柄轴、操作手柄，手柄轴上设有一个装有磁力信号发生器的定位架，在与。
2、定位架相对的位置上设有一个霍尔传感器，在外壳内的下部，安装了具有电压调制电路的电路板，霍尔传感器与电压调制电路进行信号连接，设有接线端子将电压调制电路的输出的电压调制信号与刹车控制柜进行信号传输连接。所述电压调制电路设有依序电连接的开关电源电路、霍尔传感器电路、时基振荡信号发生器电路、信号差分比较放大器电路、MOS管驱动电路、MOS管开关电路，还设有电压采样负反馈电路和负载保护电路；本发明适用于做石油钻机司钻开关控制器，控制精确、安全、节电。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图1页(1。
3、0)申请公布号 CN 103353781 ACN 103353781 A1/1页21.一种智能稳压电磁涡流刹车司钻开关控制器，设有外壳(8、9)，该外壳的上部(8)设有一个横向贯通的手柄轴(2)，该手柄轴的一端伸出外壳，该手柄的伸出端固定连接一个操作手柄(1)，其特征是：设有一个磁力信号发生器的定位架(3)，该定位架从中心穿过并固定在所述操作手柄轴上，在该定位架上设有磁力信号发生器(4)，在与定位架相对的位置上设有一个霍尔传感器(5)，在外壳内的下部(9)，安装了具有电压调制电路的电路板(6)，霍尔传感器与电压调制电路进行信号连接，设有接线端子(7)将电压调制电路的输出的电压调制信号与刹车控制。
4、柜进行信号传输连接。2.根据权利要求1所述的智能稳压电磁涡流刹车司钻开关控制器，其特征在于：所述电压调制电路设有依序电连接的开关电源电路、霍尔传感器电路、时基振荡信号发生器电路、信号差分比较放大器电路、MOS管驱动电路、MOS管开关电路，还设有电压采样负反馈电路，该负反馈电路的输入端与所述信号差分比较放大器电路进行电连接，其输出端与所述MOS管开关电路进行电连接，并设有负载保护电路，该负载保护电路的输入端与所述开关电源电路、MOS管开关电路的输出端及所述接线端子进行电连接。3.根据权利要求2所述的智能稳压电磁涡流刹车司钻开关控制器，其特征在于：所述开关电源电路由依序电连接的变压器、全桥整流电路。
5、、滤波电路、LM7818稳压电路、LM7805稳压电路组成；所述霍尔传感器电路是依序电连接的由A3515/A3516宽温度范围的线性霍尔效应传感器、滤波电路组成；所述磁力信号发生器采用永磁铁制作；所述时基振荡发生器电路由依序电连接的NE555时基振荡发生器、RC振荡电路、信号输出电路组成；所述信号差分比较放大器电路由依序电连接的LM339四路差分比较器、差分减法运算放大器电路、反向输入运算放大器电路组成；MOS管驱动电路由8050M三极管、偏置电路组成；MOS管开关电路由IRFS351MOS管、偏置电路、肖特基二极管输出级保护电路组成；电压采样负反馈电路由依序电连接的采样电阻、电容器、反向差分。
6、运算放大器组成；负载保护电路由依序电连接的二极管组成。电源为220V或110V交流电，经开关稳压电源调制成5V、18V两种电压等级的电压，为电压调制电路供电；当操作司钻开关时，手柄向下在90度角范围内旋转，带动磁力信号发生器定位架和定位架上的磁力信号发生器随之旋转，磁力信号发生器在旋转过程中的不同位置，通过霍尔传感器的磁通量产生变化，经霍尔传感器电路检测并转化成0.24.8V线性电信号，该电信号经时基振荡信号发生器电路调制处理成具有一定频率的方波信号后提供至信号差分比较器电路，同时与输出端负反馈信号通过反向差分运算放大器放大后的负反馈电压信号叠加后输入反向输入运算放大器的信号输入端与基准信号进。
7、行比较，并将差分信号通过两级信号放大后输出方波信号给MOS管驱动电路，使MOS管驱动电路对MOS管栅极发出控制信号控制MOS管N形沟道的导通与判断状态，实现电压调制电路对外输出018V精确线性电压调节信号，该电压调节信号经接线端子送给刹车控制柜进行信号传输连接；为适应不同负载，在输出电压的信号端并联的负载保护电路通过并联二极管对输出电压信号减弱时感性负载反馈的反向电压进行放电，实现对输出端所接负载进行安全保护。权 利 要 求 书CN 103353781 A1/4页3智能稳压电磁涡流刹车司钻开关控制器 技术领域 ：0001 本发明涉及一种石油钻井设备技术，具体是一种石油钻机的司钻开关控制器，一种。
8、智能稳压精确控制的石油钻井用电磁涡流刹车司钻开关控制器。 背景技术 ：0002 目前，对于钻井用电磁涡流刹车的控制主要靠装在司钻操作台上的司钻开关来实现。目前在用的钻机配套电磁涡流刹车的司钻开关多采用铁芯位置可调的变压器来实现，通过调整铁芯位置使司钻开关输出电压在018V范围内变动。我们发现在实际生产过程中，对外输出电压常受电源电压波动影响，且由于这种控制装置是利用凸轮及顶杆的滑动摩擦实现对动铁芯的位置调节，对外输出电压达不到绝对018V的要求，空载电压达到0.5V以下都很困难，18V输出电压往往偏差较大，且不能自动调控，在实际使用过程中有时甚至远远高于25V，极易造成控制柜内触发电路板烧毁故。
9、障，而且组装及调试极为麻烦。在实际应用过程中随着凸轮机构的磨损，司钻开关的空载输出电压还会随之变动，导致电磁涡流刹车常期处于小电流工作状态，既浪费能源、缩短设备寿命又影响正常的钻井工作。因此，急需要提出一种结构更为合理，功能更好的新型司钻开关控制器。 发明内容 ：0003 本发明为克服现有司钻开关控制器的不足，提供一种智能稳压电磁涡流刹车司钻开关控制器，该开关控制器基于霍尔传感器元件，融合开关电源技术、纯数字化精确电压控制电路，使司钻开关控制器达到输出稳定电压在018V范围内，并且可精确调节控制的控制要求。 0004 为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 0005 智能稳压。
10、电磁涡流刹车司钻开关控制器，设有外壳，该外壳的上部设有一个横向贯通的手柄轴，该手柄轴的一端伸出外壳，该手柄的伸出端固 定连接一个操作手柄，其特征是：设有一个磁力信号发生器的定位架，该定位架从中心穿过并固定在所述操作手柄轴上，在该定位架上设有磁力信号发生器，在与定位架相对的位置上设有一个霍尔传感器，在外壳内的下部，安装了具有电压调制电路的电路板，霍尔传感器与电压调制电路进行信号连接，设有接线端子将电压调制电路的输出的电压调制信号与刹车控制柜进行信号传输连接。 0006 本发明进一步完善和实施的补充方案是： 0007 所述电压调制电路设有依序电连接的开关电源电路、霍尔传感器电路、时基振荡信号发生器。
11、电路、信号差分比较放大器电路、MOS管驱动电路、MOS管开关电路，还设有电压采样负反馈电路，该负反馈电路的输入端与所述信号差分比较放大器电路进行电连接，其输出端与所述MOS管开关电路进行电连接，并设有负载保护电路，该负载保护电路的输入端与所述开关电源电路、MOS管开关电路的输出端及所述接线端子进行电连接。 0008 所述开关电源电路由依序电连接的变压器、全桥整流电路、滤波电路、LM7818稳压说 明 书CN 103353781 A2/4页4电路、LM7805稳压电路组成；所述霍尔传感器电路是依序电连接的由A3515/A3516宽温度范围的线性霍尔效应传感器、滤波电路组成；所述磁力信号发生器采用。
12、永磁铁制作；所述时基振荡发生器电路由依序电连接的NE555时基振荡发生器、RC振荡电路、信号输出电路组成；所述信号差分比较放大器电路由依序电连接的LM339四路差分比较器、差分减法运算放大器电路、反向输入运算放大器电路组成；MOS管驱动电路由8050M三极管、偏置电路组成；MOS管开关电路由IRFS351MOS管、偏置电路、肖特基二极管输出级保护电路组成；电压采样负反馈电路由依序电连接的采样电阻、电容器、反向差分运算放大器组成；负载保护电路由依序电连接的二极管组成。 0009 电源为220V或110V交流电，经开关稳压电源调制成5V、18V两种电压等级的电压，为电压调制电路供电；当操作司钻开关。
13、时，手柄向下在90 度角范围内旋转，带动磁力信号发生器定位架和定位架上的磁力信号发生器随之旋转，磁力信号发生器在旋转过程中的不同位置，通过霍尔传感器的磁通量产生变化，经霍尔传感器电路检测并转化成0.24.8V线性电信号，该电信号经时基振荡信号发生器电路调制处理成具有一定频率的方波信号后提供至信号差分比较器电路，同时与输出端负反馈信号通过反向差分运算放大器放大后的负反馈电压信号叠加后输入反向输入运算放大器的信号输入端与基准信号进行比较，并将差分信号通过两级信号放大后输出方波信号给MOS管驱动电路，使MOS管驱动电路对MOS管栅极发出控制信号控制MOS管N形沟道的导通与判断状态，实现电压调制电路对。
14、外输出018V精确线性电压调节信号，该电压调节信号经接线端子送给刹车控制柜进行信号传输连接；为适应不同负载，在输出电压的信号端并联的负载保护电路通过并联二极管对输出电压信号减弱时感性负载反馈的反向电压进行放电，实现对输出端所接负载进行安全保护。 0010 本发明的有益效果是，通过对司钻开关的电路进行全新设计，使司钻开关控制器达到输出空载电压为绝对0V，正常工作电压在018V范围内数字化精确控制效果。本发明使生产过程基本做到零调试，大大缩短了工人调试时间，降低了生产工人劳动强度，提高了生产效率。解决了电磁涡流刹车现场使用过程中常期带载工作的问题，延长设备寿命及保养、大修周期，现场使用更安全、达到。
15、节能降耗的目的，显著提高经济效益。 附图说明 ：0011 图1是本发明的结构示意图； 0012 图2是本发明的电压调制电路的结构示意图。 0013 本发明的外形不受此图的限制，形的改变也属本专利的保护范围。 具体实施方式0014 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例：参见附图，智能稳压电磁涡流刹车司钻开关控制器，设有外壳8、9，该外壳的上部8 设有一个横向贯通的手柄轴2，该手柄轴的一端伸出外壳，该手柄的伸出端固定连接一个操作手柄1，设有一个磁力信号发生器的定位架3，该定位架从中心穿过并固定在所述操作手柄轴上，在该定位架上设有磁力信号发生器4，在与定位架相对的位置上设有一个霍尔传感器5。
16、，在外壳的下部9内，安装了具有电压调制电路的电路板6，霍尔传感器与电压调制电路进行信号连接，设有接线端子7将说 明 书CN 103353781 A3/4页5电压调制电路的输出的电压调制信号与刹车控制柜进行信号传输连接。 0015 所述电压调制电路设有依序电连接的开关电源电路、霍尔传感器电路、时基振荡信号发生器电路、信号差分比较放大器电路、MOS管驱动电路、MOS管开关电路，还设有电压采样负反馈电路，该负反馈电路的输入端与所述信号差分比较放大器电路进行电连接，其输出端与所述MOS管开关电路进行电连接，并设有负载保护电路，该负载保护电路的输入端与所述开关电源电路、MOS管开关电路的输出端及所述接线。
17、端子进行电连接。 0016 所述开关电源电路由依序电连接的变压器、全桥整流电路、滤波电路、LM7818稳压电路、LM7805稳压电路组成；所述霍尔传感器电路是依序电连接的由A3515/A3516宽温度范围的线性霍尔效应传感器、滤波电路组成；所述磁力信号发生器采用永磁铁制作；所述时基振荡发生器电路由依序电连接的NE555时基振荡发生器、RC振荡电路、信号输出电路组成；所述信号差分比较放大器电路由依序电连接的LM339四路差分比较器、差分减法运算放大器电路、反向输入运算放大器电路组成；MOS管驱动电路由8050M三极管、偏置电路组成；MOS管开关电路由IRFS351MOS管、偏置电路、肖特基二极管。
18、输出级保护电路组成；电压采样负反馈电路由依序电连接的采样电阻、电容器、反向差分运算放大器组成；负载保护电路由依序电连接的二极管组成。 0017 电源为220V或110V交流电，经开关稳压电源调制成5V、18V两种电压等级的电压，为电压调制电路供电；当操作司钻开关时，手柄向下在90 度角范围内旋转，带动磁力信号发生器定位架和定位架上的磁力信号发生器随之旋转，磁力信号发生器在旋转过程中的不同位置，通过霍尔传感器的磁通量产生变化，经霍尔传感器电路检测并转化成0.24.8V线性电信号，该电信号经时基振荡信号发生器电路调制处理成具有一定频率的方波信号后提供至信号差分比较器电路，同时与输出端负反馈信号通过。
19、反向差分运算放大器放大后的负反馈电压信号叠加后输入反向输入运算放大器的信号输入端与基准信号进行比较，并将差分信号通过两级信号放大后输出方波信号给MOS管驱动电路，使MOS管驱动电路对MOS管栅极发出控制信号控制MOS管N形沟道的导通与判断状态，实现电压调制电路对外输出018V精确线性电压调节信号，该电压调节信号经接线端子送给刹车控制柜进行信号传输连接；为适应不同负载，在输出电压的信号端并联的负载保护电路通过并联二极管对输出电压信号减弱时感性负载反馈的反向电压进行放电，实现对输出端所接负载进行安全保护。 0018 本发明专利经实际试制出2台，经渤海钻探公司50553井队及40505井队现场分别试用，控制效果良好，现场实测数据如下： 0019 实测最大输出电压 0020 说 明 书CN 103353781 A4/4页60021 实测空载输出电压 0022 0023 经现场实测，本发明能够实现在操作手柄不操作时空载输出为0V，操 作手柄向下旋转至90角度时，最大输出电压18V0.5，满足设计要求输出电压在018V范围能线性可调的精确控制要求。 0024 对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和改变，这些改进和改变也应视为本专利的保护范围。 说 明 书CN 103353781 A1/1页7图1图2说 明 书 附 图CN 103353781 A。