一种用于声波测井的集成化数据采集器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于声波测井的集成化数据采集器，属于石油测井仪器设备技术领域。本集成化数据采集器，使用时置于井下，通过线缆与井上的地面控制系统相连，用于声波测井的集成化数据采集器包括声波发射传感器、声波接收传感器、模拟信号处理器和数据采集模块；声波发射传感器和声波接收传感器分别通过信号线与模拟信号处理器和数据采集模块依次相连。本发明的数据采集器，数据采集和控制系统集中在单芯片上，提高了系统整体的集成度和可靠性，降低了系统功耗。并具有集成度高、成本低、功耗小、尺寸小、稳定性高的优点，更适合于石油工业声波测井系统应用。
【专利说明】
一种用于声波测井的集成化数据采集器
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于声波测井的集成化数据采集器，属于石油测井仪器设备技术领域。
【背景技术】
[0002]声波测井数据采集电路主控电路一般采用多DSP(数字信号处理器)+FPGA(可编程逻辑门阵列)+ADC(模数转换器)的结构。其中FPGA控制ADC负责多种模式下声波模拟信号采集，DSP负责完成数字滤波、数据压缩、传感器控制、电缆通信等任务。DSP与FPGA，DSP和DSP之间通过低速的工业通信接口或处理器外部总线接口连接。这种结构能实现井下数据采集和系统控制功能，但是多芯片的系统电路结构复杂，电路整体功耗高；同时多芯片之间的频繁通信容易产生错误，降低了电路系统整体的可靠性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种用于声波测井的集成化数据采集器，使用SoCFPGA(可编程逻辑门阵列单芯片系统)器件替代传统系统中的多DSP+FPGA结构，以SoC FPGA和ADC为核心器件搭建新型的数据采集主控器。
[0004]本发明提出的用于声波测井的集成化数据采集器，使用时置于井下，通过线缆与井上的地面控制系统相连，用于声波测井的集成化数据采集器包括声波发射传感器、声波接收传感器、模拟信号处理器和数据采集模块;其中:
[0005]声波发射传感器，用于向待测井壁发射一个声波信号；
[0006]声波接收传感器，用于接收由待测井壁反射的回声信号，并将该回声信号转化为32路原始模拟电信号，32路原始模拟电信号的幅值为O?200毫伏，然后将32路原始模拟电信号发送至模拟信号处理器，声波接收传感器与模拟信号处理器通过信号线相连；
[0007]模拟信号处理器，用于接收声波接收传感器发送的32路原始模拟电信号，将32路原始模拟电信号分成8组，对每组4个原始模拟电信号进行运算、放大、滤波的预处理，得到8组经过处理的模拟电信号，该模拟电信号的幅值为-5?+5伏，并将该8组经过处理的模拟电信号通过信号线发生至数据采集模块，模拟信号处理器与数据采集模块相连；
[0008]数据采集模块，用于接收模拟信号处理器的模拟电信号，将模拟电信号转换为数字信号，然后对数字信号进行压缩和打包处理得到指定格式的数据包，并将数据包传送至地面系统，数据采集模块与地面系统用线缆相连;数据采集模块与模拟信号处理器通过信号线相连，数据采集模块控制模拟信号处理器的运算、放大、滤波功能;数据采集模块与声波发射传感器通过信号线相连，数据采集模块控制声波发射传感器发射声波。
[0009]集成化数据采集器中，所述的数据采集模块包括模数转换器、模数转换控制单元、模拟信号处理控制单元、声波发射控制单元、微处理器和系统电源，其中:
[0010]模数转换器，用于接收来自模拟信号处理器的8组经过处理的模拟电信号，将模拟电信号转换为数字信号，并将数字信号输入到模数转换控制单元，模数转换器与模数控制单元通过信号线连接；
[0011 ]模数转换控制单元，用于控制模数转换器进行模数转换，并将来自模数转换器的数字信号按照指定格式存储，最后将存储的数字信号通过高级外设总线发送给微处理器；微处理器和模数控制单元通过高级外设总线相连；
[0012]模拟信号处理控制单元，用于控制模拟信号处理器对原始模拟电信号进行运算、放大、滤波操作，模拟信号处理控制单元与模拟信号处理器通过信号线相连;模拟信号处理控制单元与微处理器通过高级外设总线相连，微处理器通过该总线向模拟信号处理控制单元发送运算、放大、滤波控制指令，以达到控制作用；
[0013]声波发射控制单元，用于控制声波发射传感器进行声波发射，声波发射控制单元与声波发射传感器通过信号线相连；声波发射控制单元与微处理器通过高级外设总线相连，微处理器将井上地面控制系统的指令通过高级外设总线发送给声波发射控制单元，声波发射控制单元根据指令对声波发射传感器进行控制；
[0014]微处理器，用于接收来自模数转换单元的数字信号，并将该数字信号进行压缩处理，然后按指定格式通过线缆发送给井上地面控制系统;微处理器通过高级外设总线分别与声波发射控制单元、模拟信号处理单元和模数转换控制单元相连，微处理器能分别对这三个单元实现控制；
[0015]系统电源，用于为集成化数据采集器提供电源。
[0016]本发明提出的用于声波测井的集成化数据采集器，其优点如下:
[0017]1、本发明的集成化数据采集器，其数据采集模块中的微处理器、声波发射控制单元、模拟信号处理控制单元、模数转换控制单元可以使用一个单芯片SoC FPGA器件实现，从而大大提高了数据采集模块的集成度和可靠性，并使集成化数据采集器具有集成度高，成本低，功耗小，尺寸小，稳定性高的优点，更适合于石油工业声波测井系统应用。
[0018]2、本发明的集成化数据采集器，其数据采集模块中的微处理器与声波发射控制单元、模拟信号处理控制单元、模数转换控制单元之间通过高级外设总线进行数据共享和访问，通信速度能逼近处理器总线的通信速度，并且减少了电路外部复杂的地址、数据总线的硬件连线，因此本发明的集成化数据采集器采用的是一种高速、低功耗的高效的数据通信方式。
【附图说明】
[0019]图1是本发明提出的用于声波测井的集成化数据采集器的结构框图。
[0020]图2是图1所示的集成化数据采集器中数据采集模块的结构框图。
【具体实施方式】
[0021]本发明提出的用于声波测井的集成化数据采集器，其结构框图如图1所示，使用时置于井下，通过线缆与井上的地面控制系统相连，用于声波测井的集成化数据采集器包括声波发射传感器、声波接收传感器、模拟信号处理器和数据采集模块;其中:
[0022]声波发射传感器，用于向待测井壁发射一个声波信号；
[0023]声波接收传感器，用于接收由待测井壁反射的回声信号，并将该回声信号转化为32路原始模拟电信号，32路原始模拟电信号的幅值为O?200毫伏，然后将32路原始模拟电信号发送至模拟信号处理器，声波接收传感器与模拟信号处理器通过信号线相连；
[0024]模拟信号处理器，用于接收声波接收传感器发送的32路原始模拟电信号，将32路原始模拟电信号分成8组，对每组4个原始模拟电信号进行运算、放大、滤波的预处理，得到8组经过处理的模拟电信号，该模拟电信号的幅值为-5?+5伏，并将该8组经过处理的模拟电信号通过信号线发送至数据采集模块，模拟信号处理器与数据采集模块相连；
[0025]数据采集模块，用于接收模拟信号处理器的模拟电信号，将模拟电信号转换为数字信号，然后对数字信号进行压缩和打包处理得到指定格式的数据包，并将数据包传送至地面系统，数据采集模块与地面系统用线缆相连;数据采集模块与模拟信号处理器通过信号线相连，数据采集模块控制模拟信号处理器的运算、放大、滤波功能;数据采集模块与声波发射传感器通过信号线相连，数据采集模块控制声波发射传感器发射声波。
[0026]上述集成化数据采集器中，所述的数据采集模块，其结构框图如图2所示，包括模数转换器、模数转换控制单元、模拟信号处理控制单元、声波发射控制单元、微处理器和系统电源，其中:
[0027]模数转换器，用于接收来自模拟信号处理器的8组经过处理的模拟电信号，将模拟电信号转换为数字信号，并将数字信号输入到模数转换控制单元，模数转换器与模数控制单元通过信号线连接；
[0028]模数转换控制单元，用于控制模数转换器进行模数转换，并将来自模数转换器的数字信号按照指定格式存储，最后将存储的数字信号通过高级外设总线发送给微处理器；微处理器和模数控制单元通过高级外设总线相连；
[0029]模拟信号处理控制单元，用于控制模拟信号处理器对原始模拟电信号进行运算、放大、滤波操作，模拟信号处理控制单元与模拟信号处理器通过信号线相连;模拟信号处理控制单元与微处理器通过高级外设总线相连，微处理器通过该总线向模拟信号处理控制单元发送运算、放大、滤波控制指令，以达到控制作用；
[0030]声波发射控制单元，用于控制声波发射传感器进行声波发射，声波发射控制单元与声波发射传感器通过信号线相连；声波发射控制单元与微处理器通过高级外设总线相连，微处理器将井上地面控制系统的指令通过高级外设总线发送给声波发射控制单元，声波发射控制单元根据指令对声波发射传感器进行控制；
[0031 ]微处理器，用于接收来自模数转换单元的数字信号，并将该数字信号进行压缩处理，然后按指定格式通过线缆发送给井上地面控制系统;微处理器通过高级外设总线分别与声波发射控制单元、模拟信号处理单元和模数转换控制单元相连，微处理器能分别对这三个单元实现控制；
[0032]系统电源，用于为集成化数据采集器提供电源。
[0033]以下结合附图，按步骤详细介绍本发明数据采集器的工作原理和工作过程:
[0034]1、数据采集模块的微处理器通过线缆接收井上地面系统的采集指令。
[0035]2、数据采集模块的微处理器将井上地面控制系统的采集指令通过高级外设总线发送给声波发射控制单元。
[0036]3、数据采集模块中的声波发射控制单元控制声波发射换能器向待测井壁发射声波信号。
[0037]4、声波接收传感器接收到井壁反射的回声信号，并将该回声信号转化为32路原始模拟电信号，32路原始模拟电信号的幅值为O?200毫伏。
[0038]5、模拟信号处理控制单元控制模拟信号处理器，模拟信号处理器接收声波接收传感器发送的32路原始模拟电信号，将32路原始模拟电信号分成8组，对每组4个原始模拟电信号进行运算、放大、滤波的预处理，得到8组经过处理的模拟电信号，该模拟电信号的幅值为-5?+5伏，并将该8组经过处理的模拟电信号通过信号线发送至数据采集模块。
[0039]6、数据采集模块中的模数转换器接收来自模拟信号处理器的8组经过处理的模拟电信号，将模拟电信号转换为数字信号，并将数字信号输入到模数转换控制单元。
[0040]7、数据采集模块的微处理器通过高级外设总线读取模数转换控制单元中的数字信号，并将该数字信号进行压缩打包处理，然后按指定格式通过线缆发送给井上地面控制系统。
[0041]上述步骤1-7循环执行，以完成多次声波测井数据采集功能。
【主权项】
1.一种用于声波测井的集成化数据采集器，其特征在于该用于声波测井的集成化数据采集器置于井下，通过线缆与井上的地面控制系统相连，用于声波测井的集成化数据采集器包括声波发射传感器、声波接收传感器、模拟信号处理器和数据采集模块;其中: 声波发射传感器，用于向待测井壁发射一个声波信号； 声波接收传感器，用于接收由待测井壁反射的回声信号，并将该回声信号转化为32路原始模拟电信号，32路原始模拟电信号的幅值为O?200毫伏，然后将32路原始模拟电信号发送至模拟信号处理器，声波接收传感器与模拟信号处理器通过信号线相连； 模拟信号处理器，用于接收声波接收传感器发送的32路原始模拟电信号，将32路原始模拟电信号分成8组，对每组4个原始模拟电信号进行运算、放大、滤波的预处理，得到8组经过处理的模拟电信号，该模拟电信号的幅值为-5?+5伏，并将该8组经过处理的模拟电信号通过信号线发生至数据采集模块，模拟信号处理器与数据采集模块相连； 数据采集模块，用于接收模拟信号处理器的模拟电信号，将模拟电信号转换为数字信号，然后对数字信号进行压缩和打包处理得到指定格式的数据包，并将数据包传送至地面系统，数据采集模块与地面系统用线缆相连;数据采集模块与模拟信号处理器通过信号线相连，数据采集模块控制模拟信号处理器的运算、放大、滤波功能;数据采集模块与声波发射传感器通过信号线相连，数据采集模块控制声波发射传感器发射声波。2.如权利要求所述的集成化数据采集器，其特征在于其中所述的数据采集模块包括模数转换器、模数转换控制单元、模拟信号处理控制单元、声波发射控制单元、微处理器和系统电源，其中: 模数转换器，用于接收来自模拟信号处理器的8组经过处理的模拟电信号，将模拟电信号转换为数字信号，并将数字信号输入到模数转换控制单元，模数转换器与模数控制单元通过信号线连接； 模数转换控制单元，用于控制模数转换器进行模数转换，并将来自模数转换器的数字信号按照指定格式存储，最后将存储的数字信号通过高级外设总线发送给微处理器;微处理器和模数控制单元通过高级外设总线相连； 模拟信号处理控制单元，用于控制模拟信号处理器对原始模拟电信号进行运算、放大、滤波操作，模拟信号处理控制单元与模拟信号处理器通过信号线相连;模拟信号处理控制单元与微处理器通过高级外设总线相连，微处理器通过该总线向模拟信号处理控制单元发送运算、放大、滤波控制指令，以达到控制作用； 声波发射控制单元，用于控制声波发射传感器进行声波发射，声波发射控制单元与声波发射传感器通过信号线相连;声波发射控制单元与微处理器通过高级外设总线相连，微处理器将井上地面控制系统的指令通过高级外设总线发送给声波发射控制单元，声波发射控制单元根据指令对声波发射传感器进行控制； 微处理器，用于接收来自模数转换单元的数字信号，并将该数字信号进行压缩处理，然后按指定格式通过线缆发送给井上地面控制系统;微处理器通过高级外设总线分别与声波发射控制单元、模拟信号处理单元和模数转换控制单元相连，微处理器能分别对这三个单元实现控制； 系统电源，用于为集成化数据采集器提供电源。
【文档编号】E21B47/14GK105909242SQ201610488180
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】叶朝辉, 张成晖, 刘西恩, 张利伟, 吴楠, 郑哲宇
【申请人】清华大学