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[摘 要]本文根据自然伽马测井仪的电路设计、光电倍增管及晶体性能，结合对现用九方仪器伽马短接性能测试的资料，对影响其稳定性的诸多因素进行了细致的分析，找出影响仪器稳定性的主要因素，进而提高自然伽马仪的稳定性。
[关键词]鉴别电路门槛电压 光电倍增管坪区测试 碘化钠晶体性能
中图分类号：TE 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-079-02
前 言
自然伽马测井仪作为放射性注入剖面测井中的核心部分，它的稳定性决定了测井资料的质量。由于电路的设计和传感器（光电倍增管和碘化钠晶体）的性能对仪器的稳定性均有影响，决定从理论分析入手，结合近三年伽马短节的稳定性测试、线性测试和高压坪区测试等资料进行研究。找出影响伽马短节稳定性的关键因素。确保仪器日常维修和每半年一次的性能测试时仪器的质量。
仪器线路板存在的稳定性影响因素
自然伽玛短节的电路分为电源处理部分、信号录取部分、信号处理部分、信号传输部分。电源处理部分包括低压稳压处理和高压稳压处理两个部分；信号处理部分包括信号去杂、信号放大和信号整形三个部分。经过对电路的分析和平时工作中积累的经验，总结出在仪器线路板中有以下几处环节容易导致伽马短接整体稳定性变差，一是高压电源部分，二是信号去杂的鉴别电路门槛电压的设置，三是电路中元件温漂的影响。
1 高压电源
1.1.1 高压电源的不稳定性
根据光电倍增管的倍增原理我们得知，光电子激发产生后是要经过多个倍增电场加速再次激发的，因此最终阳极上收集的光电子总数是经各个倍增极激发产生后累计下来的。由此我们可以想象，如果倍增电场的不稳定度即使很小，可经过多级相乘后也会变得很不稳定了，最终导致光电子不能完全有效地被收集和加速，从而影响光电倍增管总增益的稳定性。因此，光电倍增管对高压供电电源和偏置电压的稳定性要求比较高。
1.1.2 高压电源自激现象
另一方面高压电源变压器一般都具有较高的振荡频率，由于仪器内部电路排版的空间有限，当仪器内部湿度过大时高压线引线与接地端极容易发生自激，导致信号处理电路中产生无用的干扰脉冲，这也是影响伽马短接稳定性的一个原因。
例如在2011年9月21日维修的JF-DDZ-125/60—0612仪器，该仪器在之前的测井操作中均工作正常，班组送回时反映伽马计数普遍偏高。拆开短接检查电路元件与测量探头，均未发现损坏，接着对其仪器线路板进行线性测试，其测试结果如表1：
从测试结果可看出，实测计数明显普遍偏高，这种偏高是不正常的，同时在测试过程中听到类似放电的噼啪声，断定这种不正常的高计数率是由仪器内部湿度过大导致高压线路自激产生的。我们将高压电路处理版用酒精擦拭干净并晾置一段时间后再次对其进行线路板线性测试，实测计数果然回归正常水平，且线性误差也在范围内。
1.2 鉴别电路门槛电压设置
光电子经过光电倍增管处理后转换成电脉冲输出后还要经过比较器处理才能继续向上传送，这里提及的比较器的作用即是给从下面传上来的电脉冲信号设置一个门槛，让其有选择的通过，接收电路有选择地采集录取。为了弄清楚门槛电压高低对信号采集的影响，我们进行了一项测试，将门槛电压先后设置为168mv和300mv（光电倍增管工作在正常高压坪区），分别记录当时的伽马计数，绘制出下面的对比图。
如图2所示，门槛电压为300mv时的伽马计数要比门槛电压为168mv时的伽马计数要低，从此我们可以得出结论，门槛电压越高伽马计数越低，门槛电压越低伽马计数越高。这一点对我们的校验工作很具有指导意义，对仪器校准时应根据标准井中围岩层和标准层的放射强度合理的调整设置比较电路的门槛电压，使仪器的稳定性更为可靠，以便在实际测井过程中更准确地记录井下资料。
1.3 电路中元件的温漂的影响
电子元器件通常都有一定的温度系数，其输出信号会随温度变化而漂移，称为“温漂”。在伽马短接中温漂的影响同样存在，由于长时间工作，仪器内部元件产生的热量不能及时完全散发会产生误差，使输出脉冲不稳定。这一点可通伽马测井仪稳定性报告可看出。
取一支JF-DDZ-125/60仪器，确定其内部元器件无任何损坏能够正常工作的情况下对其进行稳定性测试，其稳定性报告如下表：
从表2可以看出，在不变的测试环境下，随着测试时间的累积，元器件表面温度不断升高，伽马计数也呈不断上升的趋势，这的确影响了伽马短接的稳定性。
光电倍增管部分存在的稳定性影响因素
光电倍增管简称PMT，是灵敏度极高，响应速度极快的光探测器，他的工作原理是基于光敏材料的光电发射效应。光电倍增管坪区的校验是日常工作中判断其性能的一个主要方法，它可以判定出管子坪特性的好坏及坪区的变化情况，然后根据校验出的结果对伽马短接重新刻度或采取更换光电倍增管等相应的措施。
2.1 光电倍增管坪区变化
经过长期的使用后，光电倍增管由于老化其坪区会发生变化。经过三年对16支九方伽玛测井仪短节的坪区测试的研究，发现主要有两种情况发生，一是高压坪区范围变窄；二是整个坪区向后偏移。通常情况下这两种变化并不是单独产生的，而是同时存在的。以JF-DDZ-125/60—0735为例，对其进行高压坪区的校验。其出厂时测试结果及后期使用过程中测试结果如下图：
从以上三个图表的对比，可以看出该仪器内光电倍增管的高压坪区不仅存在着明显的变窄趋势，而且还向后发生了偏移。可见当仪器工作一段时间之后，仪器的高压小于坪区高压的最小值，移出高压坪区，使得仪器的稳定性变差。
由以上分析可知，每支仪器的光电倍增管每隔半年必须做一次高压坪区测试，确定坪区的范围大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且将高压工作点调到坪区范围的中部，确保仪器的稳定性。
2.2 光电倍增管热稳定性
光电倍增管的耐热稳定性很差，光电倍增管在高温条件下工作时，光阴极的发射效率大大下降，结果导致脉冲幅度下降。通常，由室温升至100摄氏度是光电倍增管输出的脉冲幅度下降约50%，同时随着温度升高热噪声增加，会产生更多的干扰脉冲。
碘化钠晶体的性能
碘化钠是一种透明单晶，可以做成体积较大的晶块，其重要特性为发出光脉冲幅度和伽马射线能量成正比。它对光电效应、康普顿效应、电子对效应的吸收系数都较大。它的缺点是易于潮解，久置于空气中晶体会发黄变质，并且易碎。如若发生以上任一种情况，都会使伽马短接的稳定性能變差。
结论
通过对伽马短接电路及各传感器性能分析，结合相关实验结果，得出以下结论：
1、电路中高压电源和偏置电压的不稳定会影响光电子的加速和收集，从而影响短接的整体稳定性。
2、高压电源的自激现象会产生很大的干扰脉冲，有损短接的稳定性。
3、信号处理电路中电子元器件的温漂影响同样会对伽马短接的测试稳定性有所影响。
4、信号处理电路中门槛电压设置的不合理也影响井下数据的准确录取，从而影响伽马短接的稳定性。
5、经过长期使用后，光电倍增管的高压坪区会变窄并向后偏移，如未及时做出调整，会严重影响测试结果的准确性。
6、光电倍增管的热稳定性很差，在高温条件下工作时会导致脉冲幅度下降，且产生更多的干扰脉冲。
7、碘化钠晶体易潮解易碎的缺点同样会影响伽马短接整体的测试稳定性。
[关键词]鉴别电路门槛电压 光电倍增管坪区测试 碘化钠晶体性能
中图分类号：TE 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-079-02
前 言
自然伽马测井仪作为放射性注入剖面测井中的核心部分，它的稳定性决定了测井资料的质量。由于电路的设计和传感器（光电倍增管和碘化钠晶体）的性能对仪器的稳定性均有影响，决定从理论分析入手，结合近三年伽马短节的稳定性测试、线性测试和高压坪区测试等资料进行研究。找出影响伽马短节稳定性的关键因素。确保仪器日常维修和每半年一次的性能测试时仪器的质量。
仪器线路板存在的稳定性影响因素
自然伽玛短节的电路分为电源处理部分、信号录取部分、信号处理部分、信号传输部分。电源处理部分包括低压稳压处理和高压稳压处理两个部分；信号处理部分包括信号去杂、信号放大和信号整形三个部分。经过对电路的分析和平时工作中积累的经验，总结出在仪器线路板中有以下几处环节容易导致伽马短接整体稳定性变差，一是高压电源部分，二是信号去杂的鉴别电路门槛电压的设置，三是电路中元件温漂的影响。
1 高压电源
1.1.1 高压电源的不稳定性
根据光电倍增管的倍增原理我们得知，光电子激发产生后是要经过多个倍增电场加速再次激发的，因此最终阳极上收集的光电子总数是经各个倍增极激发产生后累计下来的。由此我们可以想象，如果倍增电场的不稳定度即使很小，可经过多级相乘后也会变得很不稳定了，最终导致光电子不能完全有效地被收集和加速，从而影响光电倍增管总增益的稳定性。因此，光电倍增管对高压供电电源和偏置电压的稳定性要求比较高。
1.1.2 高压电源自激现象
另一方面高压电源变压器一般都具有较高的振荡频率，由于仪器内部电路排版的空间有限，当仪器内部湿度过大时高压线引线与接地端极容易发生自激，导致信号处理电路中产生无用的干扰脉冲，这也是影响伽马短接稳定性的一个原因。
例如在2011年9月21日维修的JF-DDZ-125/60—0612仪器，该仪器在之前的测井操作中均工作正常，班组送回时反映伽马计数普遍偏高。拆开短接检查电路元件与测量探头，均未发现损坏，接着对其仪器线路板进行线性测试，其测试结果如表1：
从测试结果可看出，实测计数明显普遍偏高，这种偏高是不正常的，同时在测试过程中听到类似放电的噼啪声，断定这种不正常的高计数率是由仪器内部湿度过大导致高压线路自激产生的。我们将高压电路处理版用酒精擦拭干净并晾置一段时间后再次对其进行线路板线性测试，实测计数果然回归正常水平，且线性误差也在范围内。
1.2 鉴别电路门槛电压设置
光电子经过光电倍增管处理后转换成电脉冲输出后还要经过比较器处理才能继续向上传送，这里提及的比较器的作用即是给从下面传上来的电脉冲信号设置一个门槛，让其有选择的通过，接收电路有选择地采集录取。为了弄清楚门槛电压高低对信号采集的影响，我们进行了一项测试，将门槛电压先后设置为168mv和300mv（光电倍增管工作在正常高压坪区），分别记录当时的伽马计数，绘制出下面的对比图。
如图2所示，门槛电压为300mv时的伽马计数要比门槛电压为168mv时的伽马计数要低，从此我们可以得出结论，门槛电压越高伽马计数越低，门槛电压越低伽马计数越高。这一点对我们的校验工作很具有指导意义，对仪器校准时应根据标准井中围岩层和标准层的放射强度合理的调整设置比较电路的门槛电压，使仪器的稳定性更为可靠，以便在实际测井过程中更准确地记录井下资料。
1.3 电路中元件的温漂的影响
电子元器件通常都有一定的温度系数，其输出信号会随温度变化而漂移，称为“温漂”。在伽马短接中温漂的影响同样存在，由于长时间工作，仪器内部元件产生的热量不能及时完全散发会产生误差，使输出脉冲不稳定。这一点可通伽马测井仪稳定性报告可看出。
取一支JF-DDZ-125/60仪器，确定其内部元器件无任何损坏能够正常工作的情况下对其进行稳定性测试，其稳定性报告如下表：
从表2可以看出，在不变的测试环境下，随着测试时间的累积，元器件表面温度不断升高，伽马计数也呈不断上升的趋势，这的确影响了伽马短接的稳定性。
光电倍增管部分存在的稳定性影响因素
光电倍增管简称PMT，是灵敏度极高，响应速度极快的光探测器，他的工作原理是基于光敏材料的光电发射效应。光电倍增管坪区的校验是日常工作中判断其性能的一个主要方法，它可以判定出管子坪特性的好坏及坪区的变化情况，然后根据校验出的结果对伽马短接重新刻度或采取更换光电倍增管等相应的措施。
2.1 光电倍增管坪区变化
经过长期的使用后，光电倍增管由于老化其坪区会发生变化。经过三年对16支九方伽玛测井仪短节的坪区测试的研究，发现主要有两种情况发生，一是高压坪区范围变窄；二是整个坪区向后偏移。通常情况下这两种变化并不是单独产生的，而是同时存在的。以JF-DDZ-125/60—0735为例，对其进行高压坪区的校验。其出厂时测试结果及后期使用过程中测试结果如下图：
从以上三个图表的对比，可以看出该仪器内光电倍增管的高压坪区不仅存在着明显的变窄趋势，而且还向后发生了偏移。可见当仪器工作一段时间之后，仪器的高压小于坪区高压的最小值，移出高压坪区，使得仪器的稳定性变差。
由以上分析可知，每支仪器的光电倍增管每隔半年必须做一次高压坪区测试，确定坪区的范围大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且将高压工作点调到坪区范围的中部，确保仪器的稳定性。
2.2 光电倍增管热稳定性
光电倍增管的耐热稳定性很差，光电倍增管在高温条件下工作时，光阴极的发射效率大大下降，结果导致脉冲幅度下降。通常，由室温升至100摄氏度是光电倍增管输出的脉冲幅度下降约50%，同时随着温度升高热噪声增加，会产生更多的干扰脉冲。
碘化钠晶体的性能
碘化钠是一种透明单晶，可以做成体积较大的晶块，其重要特性为发出光脉冲幅度和伽马射线能量成正比。它对光电效应、康普顿效应、电子对效应的吸收系数都较大。它的缺点是易于潮解，久置于空气中晶体会发黄变质，并且易碎。如若发生以上任一种情况，都会使伽马短接的稳定性能變差。
结论
通过对伽马短接电路及各传感器性能分析，结合相关实验结果，得出以下结论：
1、电路中高压电源和偏置电压的不稳定会影响光电子的加速和收集，从而影响短接的整体稳定性。
2、高压电源的自激现象会产生很大的干扰脉冲，有损短接的稳定性。
3、信号处理电路中电子元器件的温漂影响同样会对伽马短接的测试稳定性有所影响。
4、信号处理电路中门槛电压设置的不合理也影响井下数据的准确录取，从而影响伽马短接的稳定性。
5、经过长期使用后，光电倍增管的高压坪区会变窄并向后偏移，如未及时做出调整，会严重影响测试结果的准确性。
6、光电倍增管的热稳定性很差，在高温条件下工作时会导致脉冲幅度下降，且产生更多的干扰脉冲。
7、碘化钠晶体易潮解易碎的缺点同样会影响伽马短接整体的测试稳定性。