【具体实施方式】
[0044] 以下，参照附图详细地对本实用新型进行说明。
[0045] 图3是本实用新型的可控中子源补偿中子测井仪的结构示意图。如图3所示那样， 本实用新型的可控中子源补偿中子测井仪具备：可控中子源（即，中子发生器)，用于发射中 子；中子探测器，用于探测热中子的数量；总电源板，用于提供可控中子源补偿中子测井仪 所需的电源；通讯板，用于将数据上传至PC机(外部计算机)，即，用于与PC机进行通信；前 置放大电路板（即，在其上形成有前置放大电路)，用于处理中子探测器送出的电荷信号，将 其转化为可测量的电压信号；信号处理板（即，控制电路)，用于对来自前置放大电路的脉冲 个数进行计数并且对来自外部的信号进行处理，例如，对来自A/D芯片的电压进行处理(详 细情况后述）；高压电源模块，用于提供中子探测器和前置放大电路板所需的高压电源。此 外，由于图3中只是可控中子源补偿中子测井仪的结构示意图，在图中仅示出了一个中子 探测器和一个前置放大电路板，但是，实际上中子探测器(热中子探测器）为两个，并且前 置放大器也为两个，两个中子探测器分别与两个前置放大电路板相连接，例如，两组高灵敏 度的热中子He-3探测器探测到的信号通过前置放大器的放大作用将电荷信号转为电压信 号，并传送至主控电路板(控制电路)，通过测量两个探测器的计数率并算出其比值，利用补 偿中子的数学模型来计算地层结构孔隙度。
[0046] 如上所述，对可控中子源补偿中子测井仪的结构进行了说明。以下，详细地说明可 控中子源补偿中子测井仪的工作原理。例如，装载16居里的Am-Be中子源，每秒钟产生的快 中子射入地层，与地层中的物质碰撞。由于Am-Be中子源产生的中子能量为5. 6MeV左右， 中子本身是不带电的中性粒子，它们与物质的作用表现为相互碰撞。中子与地层碰撞的能 量损失主要与被碰撞原子核的质量数以及中子本身能量有关。根据碰撞学说，快中子与质 量相当的物质碰撞损失的能量最大。经过几次碰撞后，快中子将被减速，平均能量从5. 6MeV 衰减到0. 025eV，变成热中子。这些热中子有一部分进入到中子探测器，撞击He3核，引起核 反应，产生H3 (氚）和质子，该质子使其它一部分He3电离，产生带电的离子和电子，在高压 电场的作用下，电子向阳极运动，产生一负脉冲，该脉冲被电子线路放大并记录下来。地层 中的氢原子的含量越高，快中子的减速距离越短，在中子源强度和探测器效率相同的情况 下，在距离中子源一定距离的探测器探测到的热中子数与地层的含氢量存在对应关系。因 此，探测器接受热中子的数量就反映了地层中的含氢量。通过测量地层中的含氢量就可以 确定其孔隙度。在该可控中子源测井仪中将两个灵敏度不同的He-3探测器布置在离中子 源距离不同的位置上，用它们两个计数率的比值来计算地层孔隙度的大小，降低了井眼泥 饼等对测量的影响，提高了测量精度。
[0047] 此外，在图1中示意性地示出了本实用新型中的控制电路（S卩，图3中所示出的信 号处理板）的结构，并且，图2是本实用新型的控制电路的电路板在可控中子源补偿中子测 井仪中的位置图。如图1所示，本实用新型的控制电路具有采集单元、控制单元、用于与外 部进行通信的通信单元例如通用异步收发器（UART)。具体地说，在可控中子源补偿中子测 井仪中，采集单元对来自前置放大电路的脉冲信号进行采集，由于图1是示意图，所以仅概 括性地示出了信号的走向，实际上，例如，如上述那样在具有两个前置放大电路的情况下， 会有两路脉冲信号输入到采集单元中。此外，在图1中示出了来自A/D芯片的信号也被输 入到采集单元中，实际上，例如，在具有两个前置放大电路的情况下，是将这两个前置放大 电路的输出电压以及高压电路板(高压电源模块）的输出电压输出给A/D芯片，A/D芯片将 来自两个前置放大电路以及高压电路板的电压转换为表示上述这些电压的大小的信号，进 而将这些信号输出给控制电路，从而利于控制电路对两个前置放大电路以及高压电路板的 输出电压进行监视。此外，在图1中，还具有连接于采集单元和控制单元之间的锁存器(锁 存器用于处理采集单元与控制单元之间数据总线和地址总线的时分复用），这是锁存器独 立于采集单元的情况，但是不限于此，也可以是锁存器内置在采集单元内部的结构。此外， 本实用新型的控制电路还可以具有用于对采集单元输入其工作所需要的数据的外围电路， 例如由JTAG构成的下载电路，在此情况下，能够根据需要将控制电路工作所需的数据传输 给控制电路(具体地说是采集单元)，这样，能够使控制电路的使用更加灵活。但是，也可以 不具备上述的下载电路，而在制造上述控制电路时将其工作所需的数据预先输入到其中。 [0048] 此外，本实用新型的控制电路还具有用于与中子发生器以及外部计算机进行通信 的通信单元，例如UART(通用异步收发器)，在控制单元的控制下，通过RS232接口芯片与外 部计算机连接，并且通过RS485芯片与中子发生器的控制电路进行通信，从而能够调节中 子发生器的各项参数，例如高压值和粒子流等。此外，同样地，并不限于RS232接口芯片以 及RS485芯片，只要是能够实现上述功能，也可以采用其他芯片。
[0049] 此外，在本实用新型中，采集单元可以采用FPGA(现场可编程门阵列)，而控制单元 可以采用DSP(数字信号处理器)，DSP主要用于信号处理，在数据处理速度上具有优势。此 外，并不限于此，在本实用新型中，采集单元可以采用ACTEL公司的FPGA，而控制单元采用 PIC单片机。此处，之所以采用PIC单片机，是因为在上述控制电路中应用DSP时也存在很 多缺点，例如，DSP体积大、价格高、开发环境复杂并且维护难度也大。此外，由于在测井中 没有特别复杂的数据计算，而只需要将FPGA采集的数据上传给PC机即可，所以，从测井仪 的小型化以及低成本化的角度来看，采用PIC单片机是更优的选择。
[0050] 此外，关于所采用的PIC单片机，例如采用Microchip公司的16位单片机，型号为 PIC24HJ128GP504,晶振频率为20MHz，工作方式采用2CLK的方式，即40MHz。程序存储器为 128KByte，数据存储器为8KByte。主要功能是控制可控中子源，同时完成读取FPGA采集 的AD数据和脉冲计数，并通过通讯板上传至PC机。
[0051] 此外，关于所采用的FPGA，例如采用ACTEL公司的Flash型FPGA: A3P060-VQG-100,该FPGA系统门密度64K，采用Flash结构，具有固件免疫错误功能，速度 快，安全性高。FPGA完成前置放大电路输出信号的脉冲计数功能，并实现与A/D采集芯片的 通信，将数据传输至单片机(即，控制电路)。
[0052] 此外，例如，控制单元的一个8位端口（实际选用PB5~PB12)作为数据总线，地址 锁存器在FPGA中设计实现。并由控制单元的其他10Port模拟ALE，\WR，\RD等信号构成 控制总线，协同工作对FPGA中的双口RAM进行读写操作。在实际工作中，FPGA完成前置放 大电路输出信号的脉冲计数功能，并实现与A/D采集芯片的SPI通信，将数据传输至控制单 元。在控制单元获取远近探测器计数后，进行相应的计算，并通过UART控制可控中子源，实 现中子源的参数调节。
[0053] 此外，图4是本实用新型的可控中子源补偿中子测井仪的控制电路的另一个具体 例的电路图。同样地，在图4中示出了具有两个前置放大电路的情况。如图4所示那样，在采 集单元与前置放大电路之间连接有用于将脉冲信号转换为采集单元能够处理的电压的电 平转换单元。具体地说，在图4中，电平转换单元采