论文部分内容阅读
在油田勘探开发过程中,声波测井是一种常用的测井方法,但随着复杂井、大斜度井、水平井和超深井的增加,常规电缆声波测井手段不再适用。鉴于此,结合新的适应于复杂井的过钻具测井手段,研究开发高精度、低噪声、小尺寸的过钻具多极子阵列声波测井仪具有十分重要的工程意义。本文针对过钻具测井仪器空间小、井下数据存贮、电池供电的特点,以及多极子阵列声波测井频段宽(300Hz-30kHz),信号动态范围大(176μV-1.76V)的声波信号特征,开展过钻具多极子阵列声波测井信号采集电路的研发工作,提出了电路设计方案,开发了实用的采集条带电路,主要研究如下:1.针对声波接收换能器的频率响应特性,本文详细分析了基于电荷放大以及电压放大两种接收电路的优缺点,最后根据换能器检测声波信号就近数字化的设计要求,考虑井下的高温工作环境,采用了仪表放大电路作为前置放大电路的设计方案。2.为更好地降低电路设计噪声,提高仪器的测量动态范围,本文根据电路噪声理论分析方法,仔细分析对比各器件噪声等技术指标,并结合ADI与TI噪声分析软件,进行信号调理电路噪声的理论分析,为器件的选择和电路的设计提供了理论依据,最终完成相应的信号调理电路设计与实现。3.根据对采集声波信号幅度特征和频率特征的分析,提出基于18位数模转换芯片AD4007的声波信号数字化的设计方案,增加了采集信号的动态范围,提高了量化精度;为了提高采集板的集成度,采用AD菊花链串行数据传输的连接方式,大大减少了PCB板上的布线和板间的连线。为了提高电路的集成度和控制的可靠性和灵活性,采用FPGA+片外SRAM的采集控制结构,并实现了与主控电路基于LVDS接口的高速数据传输。4.为验证设计电路的性能,在实验室进行了噪声、信号以及高温测试。实测结果表明:12路通道采集电路功耗小于1.8W,噪声均方根值小于10μV,信号测量动态范围达98dB,单通道采集电路面积仅为70mm×19mm,高温特性达160℃。本文开发的采集条带电路具有高精度、大动态、低功耗、耐高温和高集成度的特点,工作的主要创新点在于:相对于国内的同类仪器,开发的阵列声波接收电路的面积是最小的,而采样精度是最高的,记录动态范围是最大的。综上所述,本文的研究取得了具有应用价值的研究成果,不仅能够很好满足过钻具多极子阵列声波测井信号采集要求,也可作为其它阵列声波测井信号采集的参考方案。