多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及測井技術領域，具體而言，涉及多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統。該測井儀電路系統主要包括：發射電路、接收采集電路和通訊運算電路、主控電路、發射控制電路，主控電路和通訊運算電路是這個電路系統的中心電路。主控電路控制發射控制電路和接收采集電路的工作模式，通訊運算電路提取出相位差與幅度比，本地存儲并將數據傳送到儀器通信短節，通過泥漿脈沖發生器將數據傳送至地面。該電路系統可以快速穩定的將信號發射出，并接受處理有效信號，有效的解決了現階段實現多頻隨鉆電磁波電阻率測井技術電路系統復雜、不易實現或實現時不穩定的問題。
【專利說明】
多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及測井技術領域，具體而言，涉及多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統。
【背景技術】
[0002]多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀在隨鉆測井時，通過對稱或非對稱的多個發射線圈依次向井眼周圍地層中發射不同頻率的電磁波，通過接收線圈采集在地層中傳播的電磁波，用電磁波的幅度衰減與相移反演地層電阻率，以了解地層信息。但現階段，實現此技術的電路系統多有比較復雜和不容易實現的特點，或者在一些能實現多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀隨鉆測井技術的電路系統中，存在實現過程不穩定的問題。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，以解決現階段實現多頻隨鉆電磁波電阻率測井技術電路系統復雜、不易實現或實現時不穩定的問題。
[0004]本實用新型提供了一種多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其包括:
[0005]通訊運算電路、主控電路、發射電路、接收采集電路以及第一數字頻率合成器、發射控制電路，所述通訊運算電路與所述主控電路連接；
[0006]所述發射電路包括:第一濾波器、功率放大器，所述發射控制電路、第一數字頻率合成器、第一濾波器以及功率放大器依次連接，且所述功率放大器連接有第一雙頻調諧電路;所述發射控制電路與所述主控電路連接；
[0007]所述接收采集電路包括:第二數字頻率合成器、第二濾波器、混頻器、濾波放大器和第一數模轉換器ADC，所述第二數字頻率合成器、第二濾波器、混頻器、濾波放大器、第一數模轉換器ADC依次連接，且所述混頻器連接有第二雙頻調諧電路，所述第一數模轉換器ADC和濾波放大器均與所述主控電路連接;所述主控電路連接有時鐘扇出電路，且所述時鐘扇出電路還與發射控制電路、第二數字頻率合成器、通訊運算電路連接。在一些實施例中，優選為，所述發射控制電路為單片機，所述通訊運算電路設置有泥漿脈沖發生器，所述泥漿脈沖發生器通過CAN總線與通訊儀器連接。所述接收采集電路、主控電路、通訊運算電路設置在第一電路板上，所述第一電路板設置有串行外設接口 SPI，所述串行外設接口 SPI以一主多從式連接有一個以上的第一發射電路板，所述第一發射電路板包括所述發射電路、第一數字頻率合成器、發射控制電路，并且所述發射控制電路通過開關電路與所述主控電路連接。
[0008]上述電磁波電阻率測井儀電路系統還包括第一電源電路，所述第一電源電路通過第一直流斬波器與所述第一電路板的主控電路連接，并且所述第一電源電路與所有第一發射電路板的開關電路連接，為整個電磁波電阻率測井儀電路系統供電。其中，所述主控電路和所述通訊運算電路的芯片為DSP芯片。
[0009]本實用新型實施例提供的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，與現有技術相比，主要包括發射電路、接收采集電路和通訊運算電路、主控電路、數字頻率合成器、發射控制電路，發射控制電路根據主控電路的指令控制數字頻率合成器發射不同頻率的正弦波的信號，經功率放大電路處理后發射到地層中，然后，接收采集電路將接收到的電磁波與直接數字頻率合成器DDS產生的數字頻率經混頻器處理，這是為了降低接收到的電磁波信號的頻率使得后續計算的數據量減小。最后，由通訊運算電路提取出相位差與幅度比，該通訊運算電路還具有存儲和通訊的功能，并通過泥漿脈沖發生器將數據傳送至地面。
[0010]其中，主控電路和通訊運算電路是這個電路系統的中心電路，使得電路系統各個部分協調工作，實現接收地面測井服務表，協調控制發射電路與接收電路采集工作于不同的模式，還發揮處理采集到的數據、向上發送測井數據、存儲測井數據等功能。發射電路主要實現發射不同頻率的電磁波的功能，根據主控電路的命令工作于不同模式，包括:400KHz模式、2MHz模式及斷電模式。接收采集電路實現接收采集經地層衰減后的電磁波的功能，同樣受主控電路控制，工作于400KHz模式與2MHz模式。雙頻調諧電路的作用，是增大400KHz與2MHz信號幅度，減小其他信號幅度。
[0011]通過以上電路系統的結構，可以快速穩定的將信號發射出，并接受處理有效信號，有效的解決了現階段實現多頻隨鉆電磁波電阻率測井技術電路系統復雜、不易實現或實現時不穩定的問題。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型一個實施例中多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統示意圖；
[0013]圖2為本實用新型一個實施例中多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統示意圖；
[0014]圖3為本實用新型圖1實施例中第一電路板示意圖；
[0015]圖4為本實用新型圖1實施例中第二發射電路板示意圖；
[0016]圖5為本實用新型圖1實施例中一主多從式連接通訊原理圖；
[0017]圖6為本實用新型圖2實施例中第二電路板示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0019]針對現階段實現多頻隨鉆電磁波電阻率測井技術電路系統復雜、不易實現或實現時不穩定的問題，本實用新型提出了一種多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統。如圖1-6所示，其具體包括:通訊運算電路、主控電路、發射電路、接收采集電路以及第一數字頻率合成器、發射控制電路。
[0020]其中，發射電路包括第一濾波器、功率放大器，發射控制電路、第一數字頻率合成器、第一濾波器以及功率放大器依次連接，且功率放大器連接有第一雙頻調諧電路，而發射控制電路又與主控電路連接。主控電路給發射控制電路發出指令，則發射控制電路控制第一數字頻率合成器產生相應頻率的電磁波，該電磁波在經由發射電路到達發射線圈發射出去。
[0021]接收采集電路包括第二數字頻率合成器、第二濾波器、混頻器、濾波放大器和第一數模轉換器ADC，第二數字頻率合成器、第二濾波器、混頻器、濾波放大器、第一數模轉換器ADC依次連接，且混頻器連接有第二雙頻調諧電路，第一數模轉換器ADC和濾波放大器均與主控電路連接。
[0022]主控電路連接有時鐘扇出電路，且時鐘扇出電路還與發射控制電路、第二數字頻率合成器、通訊運算電路連接。時鐘扇出電路通過此連接關系，為主控電路、通訊運算電路、發射電路和接收采集電路提供時鐘。此外，時鐘扇出電路使發射電路與采集電路時鐘同源，保證了混頻電路的準確性。
[0023]并且，發射控制電路為單片機，此發射控制電路基于單片機實現的DDS控制、SPI通訊控制、ADC(此模數轉換器是單片機內部自帶的)發射電路單元狀態監控、C2(單片機在線調試接口)等功能。通訊運算電路設置有泥漿脈沖發生器，泥漿脈沖發生器通過CAN總線與通訊儀器連接。
[0024]第一、第二數字頻率合成器為直接數字頻率合成器DDS，DDS是一種數字電子方式，它從一個單一(或混合)的頻率源中產生任意波形和頻率，與傳統的頻率合成器相比，DDS具有低成本、高分辨率、便于集成，體積小，重量輕和快速轉換時間等優點。
[0025]在第一種實施例中，接收采集電路、主控電路、通訊運算電路設置在第一電路板上，所述第一電路板設置有串行外設接口SPI，所述串行外設接口SPI以一主多從式連接有一個以上的第一發射電路板，第一發射電路板包括所述發射電路、第一數字頻率合成器、發射控制電路，并且發射控制電路通過開關電路與主控電路連接。其中，主控電路和通訊運算電路的芯片為DSP芯片或CPLD或FPGA或MCU或ARM。其中，主控電路和通訊運算電路是圖3中以DSP為中心的方框表示DSP實現的功能，具體包括數據采集控制、發射模式控制、DDS控制、數據運算功能。
[0026]該實施例中包括一個以上的發射電路板，第一電路板用SPI(或UART或CAN或其他自定義總線)總線并配合電源選通控制信號控制發射電路與接收采集電路以不同的模式工作。主控電路發出控制發射控制電路的控制信號，以控制第一數字頻率合成器產生不同頻率的電磁波，其中發射電路工作模式包括400KHz模式、2MHz模式及斷電模式，400KHz或2MHz的電磁波經過第一濾波器、功率放大器以增強信號強度，同樣第一雙頻調諧電路增大400KHZ與2MHz信號幅度，減小其他信號幅度。最后，由發射線圈處理過的信號發射到地層中。
[0027]上述實施例中，主控電路控制第二數字頻率合成器產生一定頻率的電磁波，該頻率的電磁波通過第二濾波器過濾去其他頻率的電磁波，同時接收線圈接收到的地層中衰減后的電磁波進入第二雙頻調諧電路增大400KHZ與2MHz信號幅度，減小其他信號幅度，上述兩路電磁波一同通過混頻器以增強或減弱電磁波的頻率，混頻器的原理是將接收到的兩路高頻波處理為低頻波(6Khz或其他頻頻率)，減小后期運算量。并且，主控電路控制接受采集電路的濾波放大器，根據對接收到的信號處理要求，控制濾波放大器的放大倍數。經過混頻器處理過的電磁波進入濾波放大器，對其進行濾波放大處理。濾波放大處理后的電磁波進入模數轉換器ADC，此時兩通道ADC同步采集，ADC將電磁波轉化成數字信號，數字信號被傳入通訊運算電路進行運算處理。通訊運算電路包括數據運算單元、存儲單元和通訊單元，運算單元提取出信號的相位差與幅度比，然后保存到存儲單元，部分數據通過通訊單元發送給通信短節，并通過泥漿脈沖發生器將數據傳送至地面。
[0028]上述實施例中的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統還包括第一電源電路，第一電源電路通過第一直流斬波器與第一電路板的主控電路連接，其中，第一直流斬波器DC/DC將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓。并且第一電源電路與所有第一發射電路板的開關電路連接，為整個電磁波電阻率測井儀電路系統供電。發射電路板由電源電路單獨供電，多個發射電路板間的供電時序由主控電路控制，也就是說發射電路板是否通電是由主控電路控制的。
[0029]在第二種實施例中，接收采集電路、主控電路、通訊運算電路，以及第一數字頻率合成器、發射控制電路設置在第二電路板上，第二電路板連接有第二發射電路板，第二發射電路板包括一個以上的發射電路和一個多路開關電路，所有發射電路均與多路開關電路連接;第二電路板還包括調幅電路，調幅電路與主控電路和多路開關電路連接。主控電路和通訊運算電路的芯片為DSP芯片和FPGA芯片，DSP芯片和FPGA芯片之間設置有先入先出隊列FIFO存儲器。DSP作為主控芯片，實現復雜的數據處理，數據存儲和通訊的功能，FPGA作為輔助控制芯片，實現系統的控制，簡單的數據處理和數據緩存功能。
[0030]第一種實施例和第二種實施例的發射信號、接收信號、處理信號的原理相同，只是結構不同。第二種實施例中比第一種實施例的集成程度更高，此實施例中第二電路板集成了數字頻率合成控制部分、主控電路集系統控制、信號采集、發射控制、波形合成、數據存儲及通信等功能于一體，從而減少了電路板的數量，減掉了一主多從的通信結構。
[0031]第二電路板上的主控電路發出控制發射控制電路的信號，該信號控制第一數字頻率合成器產生400KHz或2MHz的電磁波，電磁波通過一個調幅電路進入第二發射電路板。調幅電路的作用是固定發射出的電磁波的幅度，在第一種實施例中之所以沒有改調幅電路是因為每個第一發射電路板都已設定好各自的固有幅度。在第二種實施例中，第二發射電路板上包括一個以上的發射電路，如圖2所示，第二發射電路板包括發射電路Tl、發射電路T2、發射電路T3、發射電路T4區域，主控電路控制第二發射電路板不同電路的工作模式，并將調幅電路處理過的電磁波傳輸到工作的發射電路，由該發射電路通過相應的發射線圈將電磁波發射地層中。
[0032]上述實施例中的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統還包括第二電源電路，第二電源電路通過第二直流斬波器與第二電路板的主控電路連接，為整個電磁波電阻率測井儀電路系統供電，各個電路統一由電源電路供電。第二電源電路由輸入輸出濾波電路、電磁兼容性EMC電路組成。第二直流斬波器DC/DC具有耐高溫的特性，
[0033]實施例1和實施例2中的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，不僅適用于4發雙收全補償式線圈系結構，還適用于4發雙收非補償式線圈系與5發雙收部分補償線圈系。
[0034]以上僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其特征在于，包括: 通訊運算電路、主控電路、發射電路、接收采集電路以及第一數字頻率合成器、發射控制電路，所述通訊運算電路與所述主控電路連接； 所述發射電路包括:第一濾波器、功率放大器，所述發射控制電路、第一數字頻率合成器、第一濾波器以及功率放大器依次連接，且所述功率放大器連接有第一雙頻調諧電路;所述發射控制電路與所述主控電路連接； 所述接收采集電路包括:第二數字頻率合成器、第二濾波器、混頻器、濾波放大器和第一數模轉換器ADC，所述第二數字頻率合成器、第二濾波器、混頻器、濾波放大器、第一數模轉換器ADC依次連接，且所述混頻器連接有第二雙頻調諧電路，所述第一數模轉換器ADC和濾波放大器均與所述主控電路連接;所述主控電路連接有時鐘扇出電路，且所述時鐘扇出電路還與發射控制電路、第二數字頻率合成器、通訊運算電路連接。2.如權利要求1所述的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其特征在于，所述發射控制電路為單片機。3.如權利要求1所述的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其特征在于，所述通訊運算電路設置有泥漿脈沖發生器，所述泥漿脈沖發生器通過CAN總線與通訊儀器連接。4.如權利要求1所述的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其特征在于，所述接收采集電路、主控電路、通訊運算電路設置在第一電路板上，所述第一電路板設置有串行外設接口 SPI，所述串行外設接口 SPI以一主多從式連接有一個以上的第一發射電路板，所述第一發射電路板包括所述發射電路、第一數字頻率合成器、發射控制電路，并且所述發射控制電路通過開關電路與所述主控電路連接。5.如權利要求4所述的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其特征在于，還包括第一電源電路，所述第一電源電路通過第一直流斬波器與所述第一電路板的主控電路連接，并且所述第一電源電路與所有第一發射電路板的開關電路連接，為整個電磁波電阻率測井儀電路系統供電。6.如權利要求4所述的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其特征在于，所述主控電路和所述通訊運算電路的芯片為DSP芯片。7.如權利要求1所述的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其特征在于，所述接收采集電路、主控電路、通訊運算電路，以及所述第一數字頻率合成器、發射控制電路設置在第二電路板上，所述第二電路板連接有第二發射電路板，所述第二發射電路板包括一個以上的所述發射電路和一個多路開關電路，所有所述發射電路均與所述多路開關電路連接；所述第二電路板還包括調幅電路，所述調幅電路與所述主控電路和多路開關電路連接。8.如權利要求7所述的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其特征在于，還包括第二電源電路，所述第二電源電路通過第二直流斬波器與所述第二電路板的主控電路連接，為整個電磁波電阻率測井儀電路系統供電。9.如權利要求7所述的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其特征在于，所述主控電路和所述通訊運算電路的芯片為DSP芯片和FPGA芯片，所述DSP芯片和FPGA芯片之間設置有先入先出隊列FIFO存儲器。10.如權利要求1或4或7所述的多頻隨鉆電磁波電阻率測井儀電路系統，其特征在于，第一、第二數字頻率合成器為直接數字頻率合成器DDS。
【文檔編號】E21B49/00GK205422701SQ201620203550
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月16日
【發明人】賈兆榮, 劉慶波
【申請人】北京波特光盛石油技術有限公司