一种通道可扩展可自主配置的接口复用型模拟量采集系统的制作方法

本技术涉及石油钻井设备，尤其涉及一种通道可扩展可自主配置的接口复用型模拟量采集系统。

背景技术：

1、在石油钻井等工业场景中，实时采集井口压力、钻杆振动、泥浆流量、温度(如热电偶或热电阻)等多类传感器信号，是保障作业安全、提高钻井效率和实现设备智能管理的关键手段。通过对这些关键参数的连续监测，可及时发现井喷、卡钻等潜在风险，辅助判断设备运行状态，优化泥浆循环系统，同时为自动化控制与智能决策提供基础数据支持，有效推动钻井作业向高效、安全、智能化方向发展。

2、目前，相关的模拟量采集装置在实际应用中主要采用固定通道结构，每台设备配置有特定数量的采集通道。这种结构在应用时通常按预设方案进行部署，适用于信号点位数量较为明确的场景。当现场信号点位发生变动或需扩展时，往往通过多机组网的方式进行扩充。在传感器接口方面，采集装置一般设计为单一接口模式，每次接入一个传感器。接口多为专用型，通常适配特定的信号种类，如电压、电流或热电偶等。这种设计便于管理和维护，但在面对多类型、多品牌传感器并存的应用环境时，接入灵活性受到一定限制。在参数设置方面，目前的装置大多依赖本地操作方式进行配置，例如通过硬件跳线或机身按键实现信号类型和量程的设定。这种方式稳定可靠，适用于设备调试阶段和长期固定场景，但在需要频繁调整或远程管理的现代工业场景下，操作效率和灵活性则相对有限。

3、然而，随着工业自动化和物联网技术的发展，对模拟量采集装置的性能和功能提出了更高的要求，因此，如何同时采集多种传感器信号成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种通道可扩展可自主配置的接口复用型模拟量采集方法，能够解决相关技术中传感器信号采集信号单一的技术问题。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供一种通道可扩展可自主配置的接口复用型模拟量采集系统，该系统包括：采集模块、光耦矩阵单元和数据处理单元；采集模块、光耦矩阵单元和数据处理单元均电连接；采集模块包括第一接线端、第二接线端、第三接线端和第四接线端；第一接线端，被配置为与待接入传感器的正极电连接；若待接入传感器为二线制，则第二接线端被配置为与待接入传感器电连接；若待接入传感器为三线制，则第三接线端和第四接线端被配置为与待接入传感器电连接；光耦矩阵单元，被配置为响应于待接入传感器信号的输入操作，切换第一工作状态；第一工作状态为在第一接线端和第二接线端接入第一电阻，且第三接线端和第四接线端均保持断开；还被配置为响应于指令，切换与指令对应的类型工作状态；数据处理单元，被配置为在第一工作状态下采集第一接线端和第二接线端之间第一电压；还被配置为根据第一预设条件和第一电压，输出第一类型结果或第二类型结果；第一类型结果用于表明待接入传感器的类型；还被配置为在类型工作状态下采集二级电压；还被配置为根据判断预设条件和二级电压，输出判断类型结果；判断类型结果用于表明待接入传感器的除第一类型结果之外的其他类型；其中，第二类型结果用于触发生成第一指令；指令包括第一指令。

4、基于上述对本技术实施例提供的通道可扩展可自主配置的接口复用型模拟量采集系统的描述，可知，该通道可扩展可自主配置的接口复用型模拟量采集系统包括采集模块，通过设置第一接线端、第二接线端、第三接线端和第四接线端，能够实现不同传感器的连接。第一接线端、第二接线端、第三接线端和第四接线端可以理解为一个通道上的四个接线端。完成传感器的连接后，光耦矩阵单元通过切换工作状态，在当前工作状态测量电压，得到第一类型结果或判断类型结果,从而能够实现至少两种传感器的种类判断。这样，传感器的数据和类型都能被接口复用型模拟量采集系统得知，同一个通道能够实现至少两种传感器的数据采集，从而解决相关技术中传感器信号采集信号单一的技术问题。

5、在第一方面可行的实现方式中，光耦矩阵单元，还被配置为响应于第一指令，切换第二工作状态；第二工作状态为断开第一电阻，且第一接线端和第二接线端之间接入高阻抗缓冲器；数据处理单元，还被配置为在第二工作状态下，确认第二电压；第二电压为第一接线端和第二接线端之间接入高阻抗缓冲器后的电压；二级电压包括第二电压；在判断预设条件包括第二预设条件的情况下，数据处理单元还被配置为判断第二电压是否满足第二预设条件；若第二电压满足第二预设条件，则输出第三类型结果；若第二电压不满足第二预设条件，则输出第四类型结果；判断类型结果包括第四类型结果；第四类型结果用于触发生成第二指令；指令包括第二指令。

6、这样，完成传感器的连接后，光耦矩阵单元在切换第一工作状态之后，通过切换第二工作状态，并测量电压，得到第三类型结果或第四类型结果,从而能够实现至少三种传感器的种类判断。这样，传感器的数据和类型都能被接口复用型模拟量采集系统得知，同一个通道能够实现至少三种传感器的数据采集，从而解决相关技术中传感器信号采集信号单一的技术问题。

7、在第一方面可行的实现方式中，光耦矩阵单元，还被配置为响应于第二指令，切换第三工作状态；第三工作状态为先断开第一接线端、第二接线端、第三接线端和第四接线端，再连通第一接线端和第三接线端，第一接线端和第三接线端连接恒流源，最后连通第三接线端和第四接线端；数据处理单元，还被配置为在第三工作状态下，确认第三电压；第三电压为第三接线端和第四接线端之间的电压；二级电压包括第三电压；在判断预设条件包括第二预设条件的情况下，数据处理单元还被配置为基于第三电压，计算第一电阻；以及，判断第一电阻是否满足第三预设条件；若第一电阻满足第三预设条件，则输出第五类型结果；若第一电阻不满足第三预设条件，则输出第六类型结果；判断类型结果包括第六类型结果；第六类型结果用于触发生成第三指令；指令包括第三指令。

8、这样，完成传感器的连接后，光耦矩阵单元在切换第一工作状态和第二工作状态之后，通过切换第三工作状态，并测量电压，得到第五类型结果或第六类型结果,从而能够实现至少四种传感器的种类判断。这样，传感器的数据和类型都能被接口复用型模拟量采集系统得知，同一个通道能够实现至少四种传感器的数据采集，从而解决相关技术中传感器信号采集信号单一的技术问题。

9、在第一方面可行的实现方式中，光耦矩阵单元，还被配置为响应于第三指令，切换第四工作状态；第四工作状态为先断开第一接线端、第二接线端、第三接线端和第四接线端，再连通第一接线端和第二接线端，第一接线端和第二接线端连接高阻抗缓冲器，最后连通第四接线端，以连接冷端温度传感器；数据处理单元，还被配置为在第四工作状态下，确认第四电压和冷端温度传感器的第一温度；第四电压为第一接线端和第二接线端之间的电压；在判断预设条件包括第四预设条件的情况下，数据处理单元还被配置为基于第四电压和第一温度，计算补偿电压；以及，判断补偿电压是否满足第四预设条件；若补偿电压满足第四预设条件，则输出第七类型结果；若补偿电压不满足第四预设条件，则输出第八类型结果。

10、这样，完成传感器的连接后，光耦矩阵单元在切换第一工作状态、第二工作状态和第三工作状态之后，通过切换第四工作状态，并测量电压，得到第七类型结果或第八类型结果,从而能够实现至少五种传感器的种类判断。这样，传感器的数据和类型都能被接口复用型模拟量采集系统得知，同一个通道能够实现至少五种传感器的数据采集，从而解决相关技术中传感器信号采集信号单一的技术问题。

11、在第一方面可行的实现方式中，在输出第五类型结果的情况下，数据处理单元还被配置为判断第一电阻是否位于第一数值范围；若第一电阻位于第一数值范围，则输出第一子类型；若第一电阻没有位于第一数值范围，则判断第一电阻是否位于第二数值范围；若第一电阻位于第二数值范围，则输出第二子类型。

12、这样，在输出第五类型结果的情况下，判断第一电阻是否位于第一数值范围，得到第一子类型或第二子类型,从而能够实现至少六种传感器的种类判断。这样，传感器的数据和类型都能被接口复用型模拟量采集系统得知，同一个通道能够实现至少六种传感器的数据采集，从而解决相关技术中传感器信号采集信号单一的技术问题。

13、在第一方面可行的实现方式中，在输出第一子类型的情况下，数据处理单元还被配置为根据预设电阻温度查表确认第一电阻对应的温度值。

14、在第一方面可行的实现方式中，该系统还包括多个采集模块和主控模块；每个采集模块包括多个通道，每个通道设置有第一接线端、第二接线端、第三接线端和第四接线端；光耦矩阵单元和数据处理单元集成在采集模块中；主控模块与采集模块电连接；主控模块被配置为给采集模块供电、将采集模块的数据上传至上位机，以及下达指令给光耦矩阵单元、数据处理单元和采集模块。

15、这样，通过一个主控模块控制采集模块，每个采集模块包括多个通道。实现多个通道的多种传感器数据的采集。

16、在第一方面可行的实现方式中，多个采集模块包括第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块，第一采集模块包括第一电极、第二电极、第一差分极和第二差分极；第二采集模块包括第三电极、第四电极、第三差分极、第四差分极、第五电极、第六电极、第五差分极、第六差分极；第三采集模块包括第七电极、第八电极、第七差分极和第八差分极；第一电极与第三电极电连接；第二电极和第四电极电连接；第一差分极与第三差分极电连接；第二差分极和第四差分极电连接；第五电极与第七电极电连接；第六电极和第八电极电连接；第五差分极与第七差分极电连接；第六差分极和第八差分极电连接；第三采集模块还包括第九电极、第十电极、第九差分极和第十差分极；主控模块包括第十一电极、第十二电极、第十一差分极和第十二差分极；第九电极和第十一电极电连接；第十电极和第十二电极电连接；第九差分极和第十一差分极电连接；第十差分极和第十二差分极电连接。

17、这样，通过多个采集模块串联，实现通道可扩展。具体的，通过一个主控模块控制采集模块，通道可拓展到128个。

18、在第一方面可行的实现方式中，第一预设条件包括第一阈值范围，第一阈值范围为1-5v；第一类型结果为电流型传感器。

19、第二方面，本技术实施例提供一种通道可扩展可自主配置的接口复用型模拟量采集方法，通道可扩展可自主配置的接口复用型模拟量采集方法还包括：第一接线端与待接入传感器的正极电连接；若待接入传感器为二线制，则第二接线端与待接入传感器电连接；若待接入传感器为三线制，则第三接线端和第四接线端与待接入传感器电连接；光耦矩阵单元响应于待接入传感器信号的输入操作，切换第一工作状态；第一工作状态为在第一接线端和第二接线端接入第一电阻，且第三接线端和第四接线端均保持断开；数据处理单元在第一工作状态下采集第一接线端和第二接线端之间第一电压；数据处理单元根据第一预设条件和第一电压，输出第一类型结果或第二类型结果；第一类型结果用于表明待接入传感器的类型；数据处理单元在类型工作状态下采集二级电压；根据判断预设条件和二级电压，输出判断类型结果；判断类型结果用于表明待接入传感器的除第一类型结果之外的其他类型；光耦矩阵单元响应于指令，切换与指令对应的类型工作状态；其中，第二类型结果用于触发生成第一指令；指令包括第一指令。

20、这样，通过设置第一接线端、第二接线端、第三接线端和第四接线端，能够实现不同传感器的连接。第一接线端、第二接线端、第三接线端和第四接线端可以理解为一个通道上的四个接线端。完成传感器的连接后，光耦矩阵单元通过切换工作状态，在当前工作状态测量电压，得到第一类型结果或判断类型结果,从而能够实现至少两种传感器的种类判断。这样，传感器的数据和类型都能被接口复用型模拟量采集系统得知，同一个通道能够实现至少两种传感器的数据采集，从而解决相关技术中传感器信号采集信号单一的技术问题。