高壓的泥漿等復雜環境下正常 工作。
【附圖說明】
[0050] 圖1為鉆井洛魚不意圖。
[0051] 圖2為本發明的落魚定位儀的主視圖。
[0052] 圖3為本發明的落魚定位儀的側視圖。
[0053 ]圖4為本發明的落魚定位儀的電路原理圖。
[0054] 圖5為本發明的MCU主控板的24V轉5V電路原理圖。
[0055] 圖6為本發明的MCU主控板的5V轉3.3V電路原理圖。
[0化6] 圖7為本發明的STM32F407VG主控忍片的電路原理圖。
[0057]圖8為本發明的MCU主控板的PWM脈沖波反向輸出電路原理圖
[005引圖9為本發明的MCU主控板的SSP脈沖啟動變壓器升壓電路原理圖。
[0059] 圖10為本發明的MCU主控板的帶通濾波器電路原理圖。
[0060] 圖11為本發明的MCU主控板的對數放大電路原理圖。
[0061] 圖12為本發明的MCU主控板的定時器捕獲/外部中斷方式電路原理圖。
[0062] 圖13為本發明的MCU主控板的L抓指示模塊電路原理圖；其中，圖13(a)為紅色LED 指示燈電路原理圖，圖13(b)為綠色LH)指示燈電路原理圖。
[0063] 圖14為本發明的MCU主控板的驅動電路板供電電路原理圖；其中，圖14(a)為驅動 電路板24V電源供電電路原理圖，圖14(b)為驅動電路板5V電源供電電路原理圖。
[0064] 圖15為本發明的MCU主控板的化INK下載接口電路原理圖。
[0065] 圖16為本發明的落魚的受力模型圖。
[0066] 圖17為本發明的落魚某點斜率計算示意圖。
[0067] 圖18為本發明的落魚在水平井中建立的坐標系進行數學計算的函數模型的示意 圖。
[0068] 圖19為本發明的落魚斜置時懸臂梁模型圖。
[0069] 圖20為本發明的XOY坐標系、X ' OY '坐標系和r 0 ' r坐標系建立示意圖。
[0070] 圖21為本發明的落魚產生在水平井時的打拱過程及建立坐標系后的示意圖。
[0071] 圖22為本發明的落魚產生在垂直井的打拱過程及建立坐標系后的示意圖。
[0072] 圖23為本發明的落魚定位流程圖。
【具體實施方式】
[0073] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0074] 本發明提供一種落魚定位儀，參見圖2至圖3,包括超聲探頭1、自旋步進電機2、承 接平臺3、圓筒型外殼4、襯板5、光軸6、電子羅盤7、MCU主控板;每個超聲探頭1、自旋步進電 機2、電子羅盤7分別連接MCU主控板，MCU主控板連接上位機。
[0075] 超聲探頭1，包括多個，根據需要進行設置，運里具體設置為4個，呈直線等距自上 而下排列在襯板5上；四個超聲探頭分別用于在垂直于襯板的方向上測量到落魚的距離，通 過運四個超聲探頭測量到的距離值來計算探測位置處落魚斜率的平均值(圖18所示建立的 XOY坐標系中落魚的斜率，Q表示每次落魚定位儀下降的深度），從而得到該探測位置處落魚 的傾角(落魚與探測方向的夾角）。
[0076] 自旋步進電機2,固定在圓筒型外殼4頂部上，驅動襯板5旋轉。
[0077] 承接平臺3,固定在圓筒型外殼4的內部邊緣上，承接平臺3上設置有安裝在光軸6 上的軸承。通過承接平臺3可W防止光軸偏屯、旋轉。
[0078] 光軸6上設置有防止光軸偏屯、旋轉的承接平臺3,光軸6的一端連接自旋步進電機 2,光軸6的另一端從圓筒型外殼4底部伸出并與襯板5連接。
[0079] 電子羅盤7，安裝于襯板5上，固定在襯板5上方。
[0080] 自旋步進電機2與MCU主控板連接，每個超聲探頭1通過驅動板與MCU主控板連接， MCU主控板連接上位機;驅動板需要3.3￥(￥00)、5￥、24￥電源：其中5￥和24￥由1〇]主控板的 24V轉5V電路(參見圖5)提供，3.3V由主控板的5V轉3.3V電路(參見圖6)提供，是通過轉壓忍 片LMl 117及相應RC電路(增加穩定性)將5V電壓轉變成3.3V。
[0081 ] MCU主控板包括MCU控制器，MCU控制器采用STM32F407VG主控忍片，參見圖7,其中 12、13引腳接8MHz外部晶振，94引腳B00T0、37引腳B00Tl外接100K電阻后接GND。參見圖4， MCU控制器將產生的nm脈沖信號輸出到脈沖放大電路，脈沖放大電路接收nm脈沖信號并 輸出高壓脈沖信號到超聲探頭，超聲探頭接收高壓脈沖并發射超聲波，超聲探頭將接收到 的回波信號經過帶通濾波器電路濾波放大后，再通過對數放大電路或定時器捕獲/外部中 斷方式電路采樣后輸送到MCU控制器；電子羅盤7、自旋步進電機2分別與MCU控制器連接； MCU控制器連接用于與上位機通信的通訊模塊。其中：
[0082] 1、STM32F407VG主控忍片，具有如下特點：
[0083] (1)先進技術和工藝
[0084] -存儲器加速器：自適應實時加速器(ART Accelerator?)
[0085] -多重AHB總線矩陣和多通道DMA:支持程序執行和數據傳輸并行處理，數據傳輸速 率非常快
[00化]-90nm工藝
[0087] (2)高性能
[0088] -210DMIPSil68MHz
[0089] -由于采用了 ST(意法半導體）的ART加速器，程序從FLASH運行相當于0等待更多的 存儲器
[0090] -多達IMB FLA甜
[0091] -192肺SRAM: 128邸在總線矩陣上，64KB在專為CPU使用的數據總線上高級外設與 STM32F2 兼容
[0092] -USB OTG高速480Mbit/s
[0093] -I 邸 E1588，W 太網 MAC 10/100
[0094] -PWM高速定時器:168MHz最大頻率
[00M]-加密/哈希硬件處理器:32位隨機數發生器(RNG)
[0096] -帶有日歷功能的32位RTC: CiiA的實時時鐘，1秒精度
[0097] (3)更多的提升
[009引-低電壓：1.8V到3.6V VDD，在某些封裝上，可降低至1.7V
[0099] -全雙工 12S
[0100] -12 位 ADC: 0.41US 轉換/2.4Msps (7.2Msps 在交替模式）
[0101] -高速 USART，可達 10.5Mbits/s
[0102] -高速 SPI，可達 37.5Mbits/s
[0103] -Camera接口，可達54M字節/s
[0104] 2、超聲探頭
[0105] -采用200K-75K化超聲換能器，外加耐壓防護罩適用于工業泥漿及水中
[0106] -型號:DYW-75/200-E
[0107] -量程：200KHz 0.6~120m，75KHz 1.8~300m [010引-盲區：200KHZ盲區0.6米，75KHZ盲區1.5米
[0109] -頻率：200KHZ ± 5KHz 或 75K 監 ± 3KHz
[0110] -工作電壓:峰值電壓<800VPP
[0111] -工作溫度:-20 ~+80 °C
[0112] -壓力:最大5000米液深
[0113] -角度:2001(化時(波束寬度)半功率角@-3地：10.4°，銳度角：24.6%751(化時(波束 寬度)半功率角@-3地:28°，銳度角:69°
[0114] -耐腐蝕性:在弱酸弱堿的環境下可W使用。
[011引3、脈沖放大電路
[0116] 脈沖放大電路包括依次連接的PWM脈沖波反向輸出電路和SSP脈沖啟動變壓器升 壓電路。MCU主控忍片發出的PWM信號(根據換能器的頻率和實際工作的要求，產生5-20個周 期的脈沖信號，信號的頻率必須與換能器的頻率相當，信號幅度為5化P)經過由74肥T04D反 相器元件及輔助電路構成的PWM脈沖波反向輸出電路(74肥T04D是一個六通道反相器，參見 圖8)后得到與PWM信號相反的SSP信號;SSP信號再經過SSP脈沖啟動變壓器升壓電路(SSP脈 沖通過LU3410NM0S管控制變壓器Tl是否進行升壓，當SSP有脈沖時候則進行升壓驅動超聲 探頭，無脈沖時候則不驅動，參見圖9)后得到超聲探頭輸入信號TRANS，圖9所示SSP脈沖啟 動變壓器升壓電路中的Tl是變壓器，作用是將電壓升到超聲探頭發射所需要的電壓值；
[0117] 4、帶通濾波器電路
[0118] 參見圖10,帶通濾波器電路采用低成本、高速、電壓反饋型放大器AD8052,具有信 號有源濾波作用，9018超高頻娃=極管Ql具有信號放大作用(首先回波信號通過9018 =極 管Ql放大微弱的回波信號，利用AD8052配合輔助RC濾波電路進行一級濾波和二級濾波，使 相關噪聲和干擾波被濾除）；帶通濾波器電路處理完的信號通過網絡CHULI輸出至對數放大 電路或定時器捕獲/外部中斷方式電路。
[0119] 5、對數放大電路和定時器捕獲/外部中斷方式電路
[0120] 對數放大電路、定時器捕獲/外部中斷方式電路分別采用了兩種不同的工作方式， 對數放大電路可W通過AD轉換模式進行采集，定時器捕獲/外部中斷方式電路可W采用定 時器捕獲方式采集，運里W使用定時器捕獲/外部中斷方式電路為例進行說明：
[0121] 1)對數放大電路：
[0122] 帶通濾波電路經過網絡CmJLI連接到對數放大電路。對數放大電路，參見圖11，采 用的主要忍片有AD8310和LM358dAD8310是AD公司生產的一種高速電壓輸出型對數放大器。 它可對DC到440MHz的頻率范圍進行解調。LM358是雙運算放大器，內部包括有兩個獨立的、 高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于 雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(本電路中用到是單電源 模式）；經對數放大電路處理后得到的SING_AD信號發送到主控忍片，由程序處理。
[0123] 2)定時器捕獲/外部中斷方式電路：
[01