一种小井眼自然伽马能谱测井装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及FPGA技术和测井领域，尤其涉及60mm小井眼自然伽马能谱测井测量系统。
【背景技术】
[0002]地层中含有不同数量的放射性元素，放射性核素发生衰变产生伽马光子，伽马射线与物质的发生作用产生次级电子，这些电子能引起物质中的原子电离和激发，这些受激的原子在退激时以发射荧光的形式释放出多余的能量，光电倍增管能将光脉冲变成电脉冲，将极为微弱的光成比例地转变成较大的电压脉冲。
[0003]自然伽马能谱测井通过探头将地层中放射的伽马光子转变为电压脉冲，经过放大输送到地面仪器，以确定地层中放射性核素铀、钍、钾的含量。目前国内和进口的自然伽马能谱测井仪，大量采用中小规模集成元器件，导致体积超过90_。我国一些热液型铀矿床属于铀、钍混合型矿床，此类矿床需要采用伽马能谱测井方法分别测定矿石的铀、钍含量，才能准确计算铀的储量。但现有钻井的井眼直径越来越小，采用保温瓶设计的伽马能谱测井仪，进一步减小探头中晶体的直径，探测效率降低，统计起伏增大，已经无法适应于现有的小井眼的钻井。
[0004]针对上述问题，急需开发一种能对小井眼钻井进行测量、可靠性强的伽马能谱测井装置。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种小井眼自然伽马能谱测井装置，该装置探头采用碘化钠晶体和光电倍增管，在满足钻井内高温条件的基础上最大限度的提高了探头中碘化钠晶体的直径，通过能谱控制电路消除钻井内温度变化引起脉冲幅度变化，保持测井过程中特征峰稳谱，并通过FPGA技术实现数据采集电路的高度集成，实现了小井眼、高温条件下自然伽马能谱的测量，
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种小井眼自然伽马能谱测井装置，包括:探头、模拟电路和数字电路；
[0007]探头包括直径为Φ 38 X 300mm碘化钠晶体和光电倍增管；
[0008]模拟电路，用于放大探头转换的电压脉冲，并在电压脉冲峰值信号稳定时，将峰值信号转换为数字信号；
[0009]数字电路包括FPGA和单片机；
[0010]FPGA，用于控制电压脉冲的信号转换，累计数字信号形成伽马能谱，并通过UART协议将伽马能谱传输至单片机；
[0011]单片机经CAN总线将伽马能谱传输至上位机。
[0012]优选地，UART协议集成于FPGA中，用于FPGA和单片机的双向通讯；
[0013]优选地，小井眼自然伽马能谱测井装置还包括低通滤波器，集成于FPGA中，用于过滤光电倍增管产生的噪声，减少噪声对测量精度的影响。
[0014]优选地，模拟电路具体包括:前置放大电路、基线恢复电路、能谱控制电路、峰值保持电路和脉冲幅度转换电路，其中，能谱控制电路，用于控制高压电源的输出，保持特征峰稳谱。
[0015]优选地，小井眼自然伽马能谱测井装置还包括通讯模块，具有CAN控制器和CAN收发器，其中，CAN控制器，集成于单片机内部，用于单片机与上位机的双向通讯。
[0016]优选地，模拟电路包括前置放大电路、基线恢复电路、能谱控制电路、峰值保持电路和脉冲幅度转换电路，其中，能谱控制电路，通过调整高压电源的输出，从而改变光电倍增管内电压，由此控制特征峰稳谱。
[0017]优选地，小井眼自然伽马能谱测井装置还包括电源模块。
[0018]优选地，探头、模拟电路、数字电路、通讯模块和电源模块集成在一块集成电路板
K O、
[0019]优选地，小井眼自然伽马能谱测井装置最大外径为60mm。
[0020]本发明通过FPGA技术实现数据采集电路的高度集成，FPGA直接控制模数转换器，实现脉冲幅度分析和成谱处理，单片机和FPGA之间采用UART协议通讯，充分利用了 FPGA的设计资源，有效减少了硬件和传输数据线规模。探头在保持井测装置外径小于60mm的条件下，增大了探头晶体的直径，能谱控制电路通过调整高压电源的输出，保持特征峰稳谱，提高了仪器可靠性，实现了高温条件下60_小井眼自然伽马能谱测井测量。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例提供的测井装置示意图；
[0022]图2为本发明实施例提供的前置放大电路和基线恢复电路示意图；
[0023]图3为本发明实施例提供的峰值保持电路示意图；
[0024]图4为本发明实施例提供的脉冲幅度转换电路示意图；
[0025]图5为本发明实施例提供的测量系统数字电路示意图；
[0026]图6为本发明实施例提供的能谱控制电路示意图；
[0027]图7为本发明实施例提供的CAN收发器示意图。
【具体实施方式】
[0028]为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
[0029]图1为本发明实施例提供的测井装置示意图。如图1所示，本实施例具体包括:探头、前置放大电路、基线恢复电路、峰值保持电路、能谱控制电路、模数转换电路、单片机、FPGA、CAN收发器、上位机及电源。地层中的放射性核素发生衰变产生伽马光子，伽马光子与地层发生作用产生次级电子与探头中碘化钠晶体里的原子相互作用产生荧光，光电倍增管将极为微弱的光脉冲成比例地转变成较大的电压脉冲。
[0030]具体地，探头主要由碘化钠(铊)晶体、光电倍增管组成，碘化钠晶体具有耐高温的特性，在满足小井眼规定的体积下，最大限度的提高探头晶体的直径，提高了探测效率，本仪器晶体大小为?38X300mm，光电倍增管采用耐175°C高温的光电倍增管R9722A。
[0031]具体地，在这一过程中，光电倍增管的暗电流和R9722A会产生噪声，通过集成于FPGA内部的低通滤波器过滤噪声，设置噪声阈值，降低噪声对测量精度的影响。
[0032]图2为本发明实施例提供的前置放大电路和基线恢复电路示意图。如图2所示，经采集转化得到的电压脉冲信号GRIN连接到前置放大电路和基线恢复电路。前置放大电路主要由两个运算放大器U7和Ull组成，将来自探头的信号GRIN进行两级放大，电位器R32主要控制脉冲宽度变化，电位器R33用来调整采样的幅度变化。如图2所示，基线恢复电路主要由晶体管D4、D5及阻容元件构成，用于消除脉冲信号引起的基线偏移，避免前面脉冲影响后续脉冲幅度测量。经过前置放大电路和基线恢复电路处理的信号GRPO连接到峰值保持电路和脉冲幅度转换电路。
[0