油气井出砂信号预处理电路的设计

表2 CA3140电荷放大电路测试结果

表3 AD823电荷放大电路测试结果

从表2可以看出该电荷放大器的输入信号电流大于30PA时，才能实现正常的放大。当偏置电流与输入信号电流相近时，输入信号被偏置电流所淹没不能实现正常的放大，因此测量误差较大。从表3可以看出：在输入信号电流为5pA时，该电荷放大器仍然能实现正常的放大，所以测量误差很小。同时从表2、3中还可以看出：在相同电荷源的作用下，AD823输出的电压大，具有较强的电荷转换能力。因此，根据测试结果，选择运放AD823作为电荷转换级的运放是比较合适的。

通过仿真输出波形，可以形象的看出不同电路参数对输出电压幅度的影响，因此适当的调节元件参数可以使电荷灵敏度更佳。

滤波电路的仿真

对图3所示的滤波器电路利用Multisim10软件进行了仿真，采用软件中的信号电压源作为该电路的测试信号源。为了验证该滤波电路的滤波特性，对其在输入信号幅值相同,频率不同的情况进行了测试。测试结果如表3所示。

从表4可以看出：当输入信号频率在100kHz-1MHz范围内，输出信号的幅度较大，当输入信号频率在100kHz-1MHz之外，输出信号衰减的较大，从而能很好的抑制掉带外的干扰信号。因此该电路满足设计要求。

试验结果

图7 滤波后的出砂信号波形

图7所示为滤波电路输出的出砂信号，该信号是由砂粒撞击出油管线所产生的冲击或瞬态振动信号。由于出砂检测装备的机械传动引起的振动和大量的其它随机信号的存在，使得出砂信号被严重“污染”。因此为了提高该信号的信噪比，提取信号的有效特征信息，该信号还需要进行进一步的数字滤波处理。

结论

文中给出了适合砂信号预处理的电路。提出采用集成芯片AD823实现电荷放大器电路，解决了常用电荷放大器测量带宽低的问题。给出了运放选取的原则，以及确定了电路中的主要器件和参数，通过电路的测试与仿真，表明测试结果与设计指标一致。而在出砂信号检测系统中的应用，表明了电路性能良好，但是该电路输出信号还存在一定的不足，噪声信号还是比较大。后续工作要做的是对适调滤波电路再进行处理，进一步降低噪声信号，以便更好的满足对出砂信号检测要求。