随钻声波测井仪电子系统研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:gpi678c
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作为随钻声波测井的一项关键技术,电子系统是随钻声波测井仪器研发的一个重点。本论文研究的目的在于设计并制作能够满足随钻声波测井技术要求的电子系统,包括发射激励电路、信号接收及波形采集电路、系统控制及数据处理电路、电源及控制电路、数据处理方法及系统软件。通过分析随钻声波测井仪电子系统的技术难点以及系统功能要求,确定了系统设计方案。根据锂电池性能、发射换能器以及声波发射电路中脉冲变压器的参数等,设计了发射激励电路,并采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)构成激励控制器,产生发射触发脉冲,实现发射换能器的可控激励。采用多级可控增益放大器,对接收通道的微弱模拟信号进行放大,并通过具有良好陡降特性的滤波器设计,减小通道内的噪声干扰,实现了随钻声波测井信号的高灵敏度、低噪声、宽动态范围接收。采用高速、低功耗模数转换器(ADC)采集多通道波形数据,并由CPLD实现采集控制器,结合数据缓存电路实现多通道采集过程控制以及高速数据传输。以微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)和CPLD为核心,构建了系统控制及数据处理电路,其中MCU负责系统电源管理和实时数据传输,DSP负责系统工作流程控制以及实时数据处理,CPLD构成协调发射/接收时序的系统控制器。通过NAND FLASH存储电路以及数据存储结构设计,实现了随钻声波大容量波形数据的可靠存储。采用系统内部串行总线和多种外部通讯总线,实现了仪器内部单元电路之间以及仪器与外部系统之间命令和数据的高速传输。根据电子系统的多路电源工作要求,设计了系统电源及其控制电路,与随钻测量(MWD)系统协调工作,实现了随钻声波测井仪的间歇工作方式,提高了仪器的可靠性。采用一维STC算法与首波探测法,设计了一种随钻声波纵波时差提取算法,适于井下DSP快速计算,满足随钻声波测井的实时性要求。为消除电路器件噪声对测量数据的影响,设计了一种基于Ⅴ系统的随钻声波数据降噪算法,通过对声波信号进行Ⅴ系统变换,消除高频噪声,反变换得到降噪后的声波信号,具有较好的降噪效果。制作了系统硬件电路,并编制了控制及数据处理程序,测试结果表明,系统功能指标达到了设计要求。
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