传感器获得的三路信号中加入不同的方位旋转角 度，合成了八个方向上指向性图，从而换能器可以在井下得到这八个方向上的噪声信号，通 过对比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。
[0098] 如图9(b)所示的CAN总线控制电路由集成电路SJA1000、光电耦合器件6N137XAN 数据收发控制器TJA1050、电阻31~电阻40、电容C23~电容29、二极管D3、二极管D4连接构 成。集成电路SJA1000芯片的AD0~AD7分别接控制电路中单片机P2.0~P2.7，SJA1000芯片 的9引脚的XTAL1和10引脚XTAL2和用于晶振电路连接，晶振电路由电容C14、电容C16和晶体 振荡器Y2组成。复位电路由电阻R31和电容C24组成连接通过RST连接到SJA1000的RST的引 脚。集成电路AT89C51的ALE端口接集成电路SJA1000的ALE端口，集成电路SJA1000的 ^、〒万、而、、7ZZ端口分别接集成电路AT89C51的P3 · 5、P3 · 7、P3 · 6、P3 · 3、30引脚 端口，集成电路SJA1000的VSS1~VSS3端口接地，集成电路SJA1000的M0DE、VDD1~VDD3端口 连接在一起连接VCGRX0和RX1分别连接电阻R32和电阻R33并联后连接VCC供电，ΤΧ0通过电 阻R38接到光电耦合器件6N137(1)的VF( + )引脚上，光电耦合器件6N137(1)和6N137(2)的 VCC和VE接正5.5伏，光电耦合器件6~137(1)的￥?( -）引脚接正5伏电压。光电耦合器件 6N137(1)的V0作为数据收发输入连接到TJA1050的TXD上，光电耦合器件6N137(2)的VF( + ) 引脚通过电阻R25连接TJA1050的RXD上，其S引脚和GND引脚接地，数据收发芯片TJA1050的 CANH和CANL连个引脚作为CAN总线电路的输出通过电缆传输到地面装置。电容C27和二极管 D3并联后一端接入TJA1050的CANL上，另一端接地，电容C28和二极管D4并联后一端接入 TJA1050的CANH上，另一端也接地。
[0099]如图9(c)所示的为声波发射换能器的外部电压激励电路，由电感L1、电阻18~电 阻30、滑动变阻器R27、R27,电容C11~电容C22、二极管D1、二极管D2、C0M0S管Q1、Q2和集成 电路TL494、555定时器、IR2110和变压器T1组成。采用集成电路TL494产生占空比可调的方 波脉冲产生电路，它的最高输出额定频率可以达到300kHz，通过电阻R17调节占空比。电容 C14和电阻R25并联，主要作用是滤波，即阻止低频信号或者直流信号通过，让高频信号或者 交流信号通过。驱动电路采用集成电路IR2110实质上就是一个功率放大电路，可提供更大 的带负载能力同时起到开关放大的作用，采用集成电路IR2110芯片组成一个DC-DC升压电 路将18V的电压上升到30V。在DC-DC升压电路中，C15和C17为电源去耦电容，R18、R20、C11、 C12并联组成滤波电路。由2个集成555定时器接成一个多谐振荡器和一个单稳态触发器。首 先由单稳态触发器产生一个脉宽为25us的脉冲信号，然后由多谐振荡器以50ms为周期对该 信号进行连续触发，以产生脉宽为25us，重复周期为50ms的脉冲信号。为了连续发出激励脉 冲发，采用的555多谐振荡器作为555单稳态触发器的触发信号。通过调节电阻R28或电容 C21来改变脉冲的周期和宽度。555多谐振荡器的3脚连接到另一个555定时器的TRIG引脚用 于单稳态脉冲触发器的输入，单稳态触发器的输出脉冲引脚3脚连接到C0M0S管Q2的输入端 通过高低电平来控制Q2得导通，最后将获得的30V信号经过变压器T1经行10倍的放大，产生 一个300V电压。由变压器T1引出两根导线与声波发射换能器连接。
[0100]以上所述为本发明的优选应用范例，并非对本发明的限制，凡是根据本发明技术 要点做出的简单修改、结构更改变化均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种主动式噪声压裂效果检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、通过声波发射换能器发射原始声信号对噪声信号进行保护； 步骤二、通过声波接收换能器获得其内部产生的四路电压信号pi、p2、p3 JPp4; 步骤三、将四路电压信号?1、？2、？3、和?4相加得到总的声压信号？； 步骤四、利用位于X轴方向上的声压信号PdPp3,通过两点的声压差利用声压梯度求得 水平方向上的振速vx; 步骤五、利用位于y轴方向上的声压信号P#PP4,通过两点的声压差利用声压梯度求得 垂直方向上的振速Vy ; 步骤六、通过设置不同的电子旋转角度Φ，在上述步骤中得到的P、Vx、Vy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，合成这八个方向上的指向性图，使得 声波接收换能器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。2. 根据权利要求1所述的一种主动式噪声压裂效果检测方法，其特征在于，所述步骤 一、通过声波发射换能器发射原始声信号对噪声信号进行保护，噪声保护方法如下： (1.1) 声波发射换能器发射出原始声信号； (1.2) 该原始声信号在井下套管里和井下多个方向的噪声信号混合加载在一起形成噪 声加载信号； (1.3) 噪声加载信号被声波接收换能器接收后由电缆传至地面装置； (1.4) 地面装置把噪声加载信号中的原始声信号滤除，只留下井下各个方向上的噪声 信号。3. 根据权利要求1所述的一种主动式噪声压裂效果检测方法，其特征在于，所述步骤 三、 将四路电压信号?1、风、阳、和口4相加得到总的声压信号？： P = P1+P2+P3+P4 ⑴。4. 根据权利要求1所述的一种主动式噪声压裂效果检测方法，其特征在于，所述步骤 四、 利用位于X轴方向上的声压信号PdPp3,通过两点的声压差利用声压梯度求得水平方向 上的振速Vx:其中P为介质密度，△!·为Pl和P3两点之间的距离。5. 根据权利要求1所述的一种主动式噪声压裂效果检测方法，其特征在于，所述步骤 五、 利用位于y轴方向上的声压信号？2和?4,通过两点的声压差利用声压梯度求得垂直方向 上的振速Vy:其中P为介质密度，为P2和P4两点之间的距离。6. 根据权利要求1所述的一种主动式噪声压裂效果检测方法，其特征在于，所述步骤 六、 通过设置不同的电子旋转角度Φ，在上述步骤中得到的P、Vx、Vy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，合成这八个方向上的指向性图，包括如下步 骤： (6.1) 声波接收换能器指向性的合成原理是： 当波达方向为Θ的声场平面波入射到声波接收传感器上，可以通过声波接收换能器获 得相互正交的两个振速分量Vx、Vy和一个声场中声压信号P，此时产生的输出可以表不为： Xv(t) = [l,U]P(t) (4) 其中，Xv(t) = [P(t) ,vx(t) ,Vy(t)]T，U=[sin0 ,C〇S0]T，U为与波达方向有关的单位方向 向量； (6.2) 在地面装置中引入一个旋转角度Φ，控制波束在二维空间的旋转，令： vc(t) =Vx(t)cosit+Vy(t)sini]5 = x(t)cos(0s-i])) (5) vs(t) = -vx(t)sinit+Vy(t)cosit = x(t)sin(9s-i])) (6) Vc(tWPVs(t)具有偶极子指向性，通过改变不同的Φ值，即可控制波束Vc；(tWP Vs(t)在水 平面的旋转； (6.3) 把声压和振速的乘积定义为瞬时声强流： I(t)=p(t)v(t) (7) 那么电子旋转声矢量角度传感器输出向量： vc(t) =vx(t)cosit+vy(t)sinit = p(t)cos0cosit+p(t)sin0sinit = p(t)cos(0-i])) (8) 所以其单边指向性可以表示为：(6.4) 取两个相隔角度为△的波束输出IjPI2做互相关运算得到：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。
【专利摘要】本发明属于噪声测井领域，具体涉及一种主动式噪声压裂效果检测方法，利用声波发射换能器发射出原始声信号对井下噪声信号进行保护，利用声波接收换能器获得的四路电压信号，之后送至地面系统最终合成了相互正交的两路振速信号和一路声压信号，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，合成了在八个方向上的指向性图；本发明可以有效减小井下噪声的失真，能够更加准确地获得井下注水后的噪声信息，另外也可以在提高目标分辨能力的同时测得井下多个方向上的噪声，从而通过对噪声的分析得到出井下多个方位在注水前后的压裂效果的好坏情况。
【IPC分类】E21B43/26, E21B47/14
【公开号】CN105525916
【申请号】CN201610008587
【发明人】张光斌, 吴子洋, 张小凤, 李强
【申请人】陕西师范大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2016年1月7日