一種用于聲波測井的集成化數據采集器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于聲波測井的集成化數據采集器，屬于石油測井儀器設備技術領域。本集成化數據采集器，使用時置于井下，通過線纜與井上的地面控制系統相連，用于聲波測井的集成化數據采集器包括聲波發射傳感器、聲波接收傳感器、模擬信號處理器和數據采集模塊；聲波發射傳感器和聲波接收傳感器分別通過信號線與模擬信號處理器和數據采集模塊依次相連。本發明的數據采集器，數據采集和控制系統集中在單芯片上，提高了系統整體的集成度和可靠性，降低了系統功耗。并具有集成度高、成本低、功耗小、尺寸小、穩定性高的優點，更適合于石油工業聲波測井系統應用。
【專利說明】
一種用于聲波測井的集成化數據采集器
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于聲波測井的集成化數據采集器，屬于石油測井儀器設備技術領域。
【背景技術】
[0002]聲波測井數據采集電路主控電路一般采用多DSP(數字信號處理器)+FPGA(可編程邏輯門陣列)+ADC(模數轉換器)的結構。其中FPGA控制ADC負責多種模式下聲波模擬信號采集，DSP負責完成數字濾波、數據壓縮、傳感器控制、電纜通信等任務。DSP與FPGA，DSP和DSP之間通過低速的工業通信接口或處理器外部總線接口連接。這種結構能實現井下數據采集和系統控制功能，但是多芯片的系統電路結構復雜，電路整體功耗高；同時多芯片之間的頻繁通信容易產生錯誤，降低了電路系統整體的可靠性。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提出一種用于聲波測井的集成化數據采集器，使用SoCFPGA(可編程邏輯門陣列單芯片系統)器件替代傳統系統中的多DSP+FPGA結構，以SoC FPGA和ADC為核心器件搭建新型的數據采集主控器。
[0004]本發明提出的用于聲波測井的集成化數據采集器，使用時置于井下，通過線纜與井上的地面控制系統相連，用于聲波測井的集成化數據采集器包括聲波發射傳感器、聲波接收傳感器、模擬信號處理器和數據采集模塊;其中:
[0005]聲波發射傳感器，用于向待測井壁發射一個聲波信號；
[0006]聲波接收傳感器，用于接收由待測井壁反射的回聲信號，并將該回聲信號轉化為32路原始模擬電信號，32路原始模擬電信號的幅值為O?200毫伏，然后將32路原始模擬電信號發送至模擬信號處理器，聲波接收傳感器與模擬信號處理器通過信號線相連；
[0007]模擬信號處理器，用于接收聲波接收傳感器發送的32路原始模擬電信號，將32路原始模擬電信號分成8組，對每組4個原始模擬電信號進行運算、放大、濾波的預處理，得到8組經過處理的模擬電信號，該模擬電信號的幅值為-5?+5伏，并將該8組經過處理的模擬電信號通過信號線發生至數據采集模塊，模擬信號處理器與數據采集模塊相連；
[0008]數據采集模塊，用于接收模擬信號處理器的模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號，然后對數字信號進行壓縮和打包處理得到指定格式的數據包，并將數據包傳送至地面系統，數據采集模塊與地面系統用線纜相連;數據采集模塊與模擬信號處理器通過信號線相連，數據采集模塊控制模擬信號處理器的運算、放大、濾波功能;數據采集模塊與聲波發射傳感器通過信號線相連，數據采集模塊控制聲波發射傳感器發射聲波。
[0009]集成化數據采集器中，所述的數據采集模塊包括模數轉換器、模數轉換控制單元、模擬信號處理控制單元、聲波發射控制單元、微處理器和系統電源，其中:
[0010]模數轉換器，用于接收來自模擬信號處理器的8組經過處理的模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號，并將數字信號輸入到模數轉換控制單元，模數轉換器與模數控制單元通過信號線連接；
[0011 ]模數轉換控制單元，用于控制模數轉換器進行模數轉換，并將來自模數轉換器的數字信號按照指定格式存儲，最后將存儲的數字信號通過高級外設總線發送給微處理器；微處理器和模數控制單元通過高級外設總線相連；
[0012]模擬信號處理控制單元，用于控制模擬信號處理器對原始模擬電信號進行運算、放大、濾波操作，模擬信號處理控制單元與模擬信號處理器通過信號線相連;模擬信號處理控制單元與微處理器通過高級外設總線相連，微處理器通過該總線向模擬信號處理控制單元發送運算、放大、濾波控制指令，以達到控制作用；
[0013]聲波發射控制單元，用于控制聲波發射傳感器進行聲波發射，聲波發射控制單元與聲波發射傳感器通過信號線相連；聲波發射控制單元與微處理器通過高級外設總線相連，微處理器將井上地面控制系統的指令通過高級外設總線發送給聲波發射控制單元，聲波發射控制單元根據指令對聲波發射傳感器進行控制；
[0014]微處理器，用于接收來自模數轉換單元的數字信號，并將該數字信號進行壓縮處理，然后按指定格式通過線纜發送給井上地面控制系統;微處理器通過高級外設總線分別與聲波發射控制單元、模擬信號處理單元和模數轉換控制單元相連，微處理器能分別對這三個單元實現控制；
[0015]系統電源，用于為集成化數據采集器提供電源。
[0016]本發明提出的用于聲波測井的集成化數據采集器，其優點如下:
[0017]1、本發明的集成化數據采集器，其數據采集模塊中的微處理器、聲波發射控制單元、模擬信號處理控制單元、模數轉換控制單元可以使用一個單芯片SoC FPGA器件實現，從而大大提高了數據采集模塊的集成度和可靠性，并使集成化數據采集器具有集成度高，成本低，功耗小，尺寸小，穩定性高的優點，更適合于石油工業聲波測井系統應用。
[0018]2、本發明的集成化數據采集器，其數據采集模塊中的微處理器與聲波發射控制單元、模擬信號處理控制單元、模數轉換控制單元之間通過高級外設總線進行數據共享和訪問，通信速度能逼近處理器總線的通信速度，并且減少了電路外部復雜的地址、數據總線的硬件連線，因此本發明的集成化數據采集器采用的是一種高速、低功耗的高效的數據通信方式。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明提出的用于聲波測井的集成化數據采集器的結構框圖。
[0020]圖2是圖1所示的集成化數據采集器中數據采集模塊的結構框圖。
【具體實施方式】
[0021]本發明提出的用于聲波測井的集成化數據采集器，其結構框圖如圖1所示，使用時置于井下，通過線纜與井上的地面控制系統相連，用于聲波測井的集成化數據采集器包括聲波發射傳感器、聲波接收傳感器、模擬信號處理器和數據采集模塊;其中:
[0022]聲波發射傳感器，用于向待測井壁發射一個聲波信號；
[0023]聲波接收傳感器，用于接收由待測井壁反射的回聲信號，并將該回聲信號轉化為32路原始模擬電信號，32路原始模擬電信號的幅值為O?200毫伏，然后將32路原始模擬電信號發送至模擬信號處理器，聲波接收傳感器與模擬信號處理器通過信號線相連；
[0024]模擬信號處理器，用于接收聲波接收傳感器發送的32路原始模擬電信號，將32路原始模擬電信號分成8組，對每組4個原始模擬電信號進行運算、放大、濾波的預處理，得到8組經過處理的模擬電信號，該模擬電信號的幅值為-5?+5伏，并將該8組經過處理的模擬電信號通過信號線發送至數據采集模塊，模擬信號處理器與數據采集模塊相連；
[0025]數據采集模塊，用于接收模擬信號處理器的模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號，然后對數字信號進行壓縮和打包處理得到指定格式的數據包，并將數據包傳送至地面系統，數據采集模塊與地面系統用線纜相連;數據采集模塊與模擬信號處理器通過信號線相連，數據采集模塊控制模擬信號處理器的運算、放大、濾波功能;數據采集模塊與聲波發射傳感器通過信號線相連，數據采集模塊控制聲波發射傳感器發射聲波。
[0026]上述集成化數據采集器中，所述的數據采集模塊，其結構框圖如圖2所示，包括模數轉換器、模數轉換控制單元、模擬信號處理控制單元、聲波發射控制單元、微處理器和系統電源，其中:
[0027]模數轉換器，用于接收來自模擬信號處理器的8組經過處理的模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號，并將數字信號輸入到模數轉換控制單元，模數轉換器與模數控制單元通過信號線連接；
[0028]模數轉換控制單元，用于控制模數轉換器進行模數轉換，并將來自模數轉換器的數字信號按照指定格式存儲，最后將存儲的數字信號通過高級外設總線發送給微處理器；微處理器和模數控制單元通過高級外設總線相連；
[0029]模擬信號處理控制單元，用于控制模擬信號處理器對原始模擬電信號進行運算、放大、濾波操作，模擬信號處理控制單元與模擬信號處理器通過信號線相連;模擬信號處理控制單元與微處理器通過高級外設總線相連，微處理器通過該總線向模擬信號處理控制單元發送運算、放大、濾波控制指令，以達到控制作用；
[0030]聲波發射控制單元，用于控制聲波發射傳感器進行聲波發射，聲波發射控制單元與聲波發射傳感器通過信號線相連；聲波發射控制單元與微處理器通過高級外設總線相連，微處理器將井上地面控制系統的指令通過高級外設總線發送給聲波發射控制單元，聲波發射控制單元根據指令對聲波發射傳感器進行控制；
[0031 ]微處理器，用于接收來自模數轉換單元的數字信號，并將該數字信號進行壓縮處理，然后按指定格式通過線纜發送給井上地面控制系統;微處理器通過高級外設總線分別與聲波發射控制單元、模擬信號處理單元和模數轉換控制單元相連，微處理器能分別對這三個單元實現控制；
[0032]系統電源，用于為集成化數據采集器提供電源。
[0033]以下結合附圖，按步驟詳細介紹本發明數據采集器的工作原理和工作過程:
[0034]1、數據采集模塊的微處理器通過線纜接收井上地面系統的采集指令。
[0035]2、數據采集模塊的微處理器將井上地面控制系統的采集指令通過高級外設總線發送給聲波發射控制單元。
[0036]3、數據采集模塊中的聲波發射控制單元控制聲波發射換能器向待測井壁發射聲波信號。
[0037]4、聲波接收傳感器接收到井壁反射的回聲信號，并將該回聲信號轉化為32路原始模擬電信號，32路原始模擬電信號的幅值為O?200毫伏。
[0038]5、模擬信號處理控制單元控制模擬信號處理器，模擬信號處理器接收聲波接收傳感器發送的32路原始模擬電信號，將32路原始模擬電信號分成8組，對每組4個原始模擬電信號進行運算、放大、濾波的預處理，得到8組經過處理的模擬電信號，該模擬電信號的幅值為-5?+5伏，并將該8組經過處理的模擬電信號通過信號線發送至數據采集模塊。
[0039]6、數據采集模塊中的模數轉換器接收來自模擬信號處理器的8組經過處理的模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號，并將數字信號輸入到模數轉換控制單元。
[0040]7、數據采集模塊的微處理器通過高級外設總線讀取模數轉換控制單元中的數字信號，并將該數字信號進行壓縮打包處理，然后按指定格式通過線纜發送給井上地面控制系統。
[0041]上述步驟1-7循環執行，以完成多次聲波測井數據采集功能。
【主權項】
1.一種用于聲波測井的集成化數據采集器，其特征在于該用于聲波測井的集成化數據采集器置于井下，通過線纜與井上的地面控制系統相連，用于聲波測井的集成化數據采集器包括聲波發射傳感器、聲波接收傳感器、模擬信號處理器和數據采集模塊;其中: 聲波發射傳感器，用于向待測井壁發射一個聲波信號； 聲波接收傳感器，用于接收由待測井壁反射的回聲信號，并將該回聲信號轉化為32路原始模擬電信號，32路原始模擬電信號的幅值為O?200毫伏，然后將32路原始模擬電信號發送至模擬信號處理器，聲波接收傳感器與模擬信號處理器通過信號線相連； 模擬信號處理器，用于接收聲波接收傳感器發送的32路原始模擬電信號，將32路原始模擬電信號分成8組，對每組4個原始模擬電信號進行運算、放大、濾波的預處理，得到8組經過處理的模擬電信號，該模擬電信號的幅值為-5?+5伏，并將該8組經過處理的模擬電信號通過信號線發生至數據采集模塊，模擬信號處理器與數據采集模塊相連； 數據采集模塊，用于接收模擬信號處理器的模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號，然后對數字信號進行壓縮和打包處理得到指定格式的數據包，并將數據包傳送至地面系統，數據采集模塊與地面系統用線纜相連;數據采集模塊與模擬信號處理器通過信號線相連，數據采集模塊控制模擬信號處理器的運算、放大、濾波功能;數據采集模塊與聲波發射傳感器通過信號線相連，數據采集模塊控制聲波發射傳感器發射聲波。2.如權利要求所述的集成化數據采集器，其特征在于其中所述的數據采集模塊包括模數轉換器、模數轉換控制單元、模擬信號處理控制單元、聲波發射控制單元、微處理器和系統電源，其中: 模數轉換器，用于接收來自模擬信號處理器的8組經過處理的模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號，并將數字信號輸入到模數轉換控制單元，模數轉換器與模數控制單元通過信號線連接； 模數轉換控制單元，用于控制模數轉換器進行模數轉換，并將來自模數轉換器的數字信號按照指定格式存儲，最后將存儲的數字信號通過高級外設總線發送給微處理器;微處理器和模數控制單元通過高級外設總線相連； 模擬信號處理控制單元，用于控制模擬信號處理器對原始模擬電信號進行運算、放大、濾波操作，模擬信號處理控制單元與模擬信號處理器通過信號線相連;模擬信號處理控制單元與微處理器通過高級外設總線相連，微處理器通過該總線向模擬信號處理控制單元發送運算、放大、濾波控制指令，以達到控制作用； 聲波發射控制單元，用于控制聲波發射傳感器進行聲波發射，聲波發射控制單元與聲波發射傳感器通過信號線相連;聲波發射控制單元與微處理器通過高級外設總線相連，微處理器將井上地面控制系統的指令通過高級外設總線發送給聲波發射控制單元，聲波發射控制單元根據指令對聲波發射傳感器進行控制； 微處理器，用于接收來自模數轉換單元的數字信號，并將該數字信號進行壓縮處理，然后按指定格式通過線纜發送給井上地面控制系統;微處理器通過高級外設總線分別與聲波發射控制單元、模擬信號處理單元和模數轉換控制單元相連，微處理器能分別對這三個單元實現控制； 系統電源，用于為集成化數據采集器提供電源。
【文檔編號】E21B47/14GK105909242SQ201610488180
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】葉朝輝, 張成暉, 劉西恩, 張利偉, 吳楠, 鄭哲宇
【申請人】清華大學