0079] vc(t) =Vx(t)cosit+vy(t)sinit = p(t)cos0cosit+p(t)sin0sinit = p(t)cos(0-i]))
[0080] 所以其单边指向性可以表示为：
[0082]假设电子旋转其引导方位为Φ，将产生相应的瞬时声强流输出。取两个相隔角度 为Δ的波束输出Ιι和12做互相关运算得到：
[0084]由上式可以得到超指向性图，得到的超指向性归一化处理即可实现声矢量换能器 在特定方向上的指向性。在地面装置4上只要在获得的Vx、vy和P三路信号里设定不同的Φ值 就可以获得任意方向的指向性超指向性图。
[0085]由声波接收换能器208接收到一个方向上的井下加载噪声信号和经过处理后的该 方向上的井下噪声信号分别为图6(a)和图6(b)所示。图6(c)中表示该方向上多次采集到的 的噪声信号经行希尔伯特变换后的噪声伪彩色图。其中图6(a)是由声波发射换能器2058发 出的一个频率为20kHz与井下噪声加载在一起后的声波波形。声波接收换能器208会将接收 到的加载噪声转换为模拟信号送入压裂效果检测装置2中的电子仓202中进行处理，最后在 地面装置4将噪声加载信号中的声波发射换能器205发射出的载波模拟信号滤除，只留下井 孔中流体与管道接触而产生的噪声信号，如图6(b)所示。在图6(c)中井下一个方位上获得 的多次噪声信息比较可以看出在地面装置4中获得的噪声信息失真较小，可以较为真实的 反映出井下注水后的噪声的情况。通过噪声信号的幅度和频率等信息来判断井下压裂效果 的好坏，就可以较好掌握井下注水后的压裂情况。其他的方向上的井下噪声情况与此类似， 不做--介绍。
[0086] 本发明通过声矢量传感器获得的四路电压信号送至地面装置后最终合成了相互 正交的两路振速信号vx、v y，一路声压信号P;在这三路信号中利用倍频窄波束算法加入八个 不同方向上的旋转角度Φ，合成了在八个方向上的指向性图，从而声波接收换能器208可以 在井下得到这八个方向上的噪声加载后的信号，通过判断这八个方向上注水前后噪声信号 的强弱来判断井下压裂效果的好坏，如图7所示，表示了利用上述公式在给定八个不同的Φ 的情况下，合成了在八个方向上的指向性图。
[0087] 声波接收换能器208采用压电陶瓷圆筒径向极化形成的声压换能器，换能器的指 向性就是通过获得的四路电压信号传输到地面装置4后利用不同的波束"引导方位" Φ值在 井下合成多个方向的波束指向性图，从而实现换能器水平方向的多方位指向性。通过换能 器获得的四路信号经处理能动态的掌握在注水以后井下的压裂噪声情况，将注水后加载的 噪声信号经滤波电路把声波发射换能器发射的原始声信号滤除，将剩下的噪声信号与注水 前比较就可以获得井下注水压裂效果的好坏。主要原理是用指向性换能器将接收到的噪声 加载信号转换为电信号，接着通过电子仓对信号经行放大、A/D转化等相关处理，再将电信 号送到CAN总线电路，然后通过传输电缆送到地面装置，最后用计算机对接收到的注水压裂 噪声信号经行分析处理，同时将获得的东南西北及其他四个方位的噪声加载信号比较，判 断八个方向注水前后井下的压裂效果，得出注水后井下压裂效果在某个方向上压裂效果会 比较好。
[0088] 以下为本发明中所用电路介绍：
[0089] 图8表示了声波接收换能器外部的通道示意图和通道1的内部电路原理图，声波接 收换能器208内部产生的四路电压输出信号分别通过与之相连的四路通道送至A/D转换电 路中，四路通道内的电路和参数完全一样，首先声波接收换能器208接收到的噪声信号会在 声波接收换能器208内部产生的一路电压信号经过通道1送至A/D转换电路中，通道1中依次 连接着前置预处理电路、低通滤波电路、可变增益放大电路、电压放大电路。A/D转换电路和 可变增益放大电路分别和由单片机控制的控制电路连接，控制电路连接有CAN总线电路， CAN总线与数据收发模块相连，最后将处理后数据经电缆1送入地面装置4中。本图中只介绍 声波接收换能器208将采集到的数据经过通道1传输到A/D电路中，其他三路通道的原理与 过程均与通道1相同，在此不做一一介绍。
[0090] 如图9所示，表示了本发明中相关电路原理图：
[0091] 图9(a)表示声波接收换能器与外部电路连接的电路原理，其中包括前置预处理电 路，低通滤波电路，可变增益放大电路，电压放大电路，A/D转换电路，控制电路。
[0092]其中，前置预处理电路的放大倍数在20分贝左右，由集成电路U1A、电阻R1、电阻 R3、电阻R6、电阻R9、电容C2连接构成，集成电路U1A的型号为LM358AD，集成电路U1A的反相 输入端2脚串联电阻R3和电容C2,四路电压信号通过电阻R3和电容C2接入集成电路U1A反相 输入端，集成电路U1A同相输入端3脚通过电阻R6接地，输出端1脚通过反馈电阻R1连接到 U1A的2脚，4脚接地，8脚接正5伏电压；
[0093] 低通滤波电路由集成电路U2A、电阻R4、电阻R5、电阻R11、电阻R12、电容C1、电容 C3、电容C6连接构成，集成电路U2A的型号也为LM358AD，其4脚接地，8脚接正5伏电压，集成 电路U1B的同向输入端5脚串联电阻R4和电容C3后与一级放大电路的输出端相连，其反相输 入端6脚通过电阻R11连接接地，集成电路U1B的输出端7脚连接电容C1和电阻后R5的串联后 接入同向输入端5脚，输出端的另一路通过电阻R12与Rl 1的串联并联电容C6接地，由电容C1 和电容C6构成低二阶通滤波电路，其滤波截止频率大概在20kHZ;
[0094] 可变增益放大电路由集成电路U2B、集成电路XI、电阻R7、电阻R10、电容C4、电容C5 连接构成，集成电路U2B的型号为LM358AD，X1的型号为X9241，X9241是可控的数字电位器， 和控制电路的单片机以及集成电路X1共同组成0~60分贝的可变增益放大电路，集成电路 U2B的反相输入端通过电阻R7和电容C4串联后连接到低通滤波电路U1B的输出端，反相输入 端6脚同时连接到芯片X9241的12引脚和18引脚，U2BA的同相输入端5脚串联电阻R10后接 地，4脚接正5伏电压，8脚接负5伏电压，芯片X9241的4脚和5脚串联后接地，15脚和16脚并联 接地，19脚通过电容C5与可变增益放大电路的输出端，数字电位器X9241的TXD引脚和RXD引 脚与控制电路中的单片机的TXD引脚和RXD引脚连接，通过单片机向X9241芯片的寄存器中 写入一个电阻值，从而控制可变增益放大电路的放大倍数；
[0095] 电压放大电路由集成电路U2A、电阻R2、电阻R8、电阻R13、电容C5连接构成，其电压 放大电路放大倍数在20分贝左右，集成电路U2CA的型号为LM358AD，其4脚接地，8脚接正5伏 电压，集成电路U2B的反相输入端连接电阻R2后接地，同向输入端串联电阻R8、电容C5与可 变增益放大电路输出端相连，U2B的输出端通过反馈电阻R13连接到其同向输入端3脚； [0096] A/D转换电路由集成电路芯片ADC0809、电阻R15、滑动变阻器R14、电压放大电路输 出端和由电阻R15、滑动变阻器R14组成的供电电路与ADC0809的11脚和12脚相连，作为信号 的输入，GND和VREF-脚串联在一起后接地，A/D转换芯片的23脚、24脚和25脚与单片机的 P1.4、P1.5和P1.6三个引脚分别相连作为ADC0809的地址信号锁存，用于选通ADIN0~ADIN7 信号通路的选择，本文其他的三路通道的信号经过相应的处理后分别连接到ADIN1、ADIN2 和ADIN3,不再做一一介绍，D0~D7作为信号的输出与控制电路的单片机P2 口接在一起，用 于信号传输，ADC0809的ST接口与单片机的P1.0相连，单片机的PI. 1接口、P1.2接口、P1.3接 口分用于控制ADC0809的E0C、0E和CLK时钟信号；
[0097]控制电路由集成电路U3、复位电路和晶振电路三部分组成，集成电路U3为 AT89C51单片机作为控制芯片，晶振电路由电容C7、电容C8和晶体振荡器Y1连接构成，晶体 电路的XTAL1和XTAL1与单片机18脚和19脚相连，为单片机提供晶振频率，单片机复位电路 由电容C9、电容C10、电阻R16、电阻R17和按钮S1组成，与单片机的复位引脚RST连接，为单片 机AT89C51提供工作电压，单片机的40引脚接正5伏电压，20脚接地，P1.0~P1.3接口控制A/ D转换电路的控制信号，P1.4~P1.6用于控制ADC0809的地址锁存信号，单片机的P3.0和 P3.1的RXD和TXD引脚用于控制可变增益放大电路中的芯片X9241，单片机的P2接口用于接 收A/D转换电路的输出，P0接口与CAN总线电路连接作为数据的输出，同时单片机的P3.3引 脚、P3.5引脚、P3.6引脚、P3.7引脚、30引脚分别与CAN总线电路的INT引脚、P1.0引脚、R/D弓| 脚、W/R引脚、ALE引脚相连，用于控制单片机和CAN总线电路的输出传输。控制电路模块是整 个电子仓部分电路的核心，控制各个集成电路的工作状态，将井下声波接受换能器接收到 的测井数据传输到地面装置，通过声矢量