多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及测井技术领域，具体而言，涉及多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统。该测井仪电路系统主要包括：发射电路、接收采集电路和通讯运算电路、主控电路、发射控制电路，主控电路和通讯运算电路是这个电路系统的中心电路。主控电路控制发射控制电路和接收采集电路的工作模式，通讯运算电路提取出相位差与幅度比，本地存储并将数据传送到仪器通信短节，通过泥浆脉冲发生器将数据传送至地面。该电路系统可以快速稳定的将信号发射出，并接受处理有效信号，有效的解决了现阶段实现多频随钻电磁波电阻率测井技术电路系统复杂、不易实现或实现时不稳定的问题。
【专利说明】
多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及测井技术领域，具体而言，涉及多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统。
【背景技术】
[0002]多频随钻电磁波电阻率测井仪在随钻测井时，通过对称或非对称的多个发射线圈依次向井眼周围地层中发射不同频率的电磁波，通过接收线圈采集在地层中传播的电磁波，用电磁波的幅度衰减与相移反演地层电阻率，以了解地层信息。但现阶段，实现此技术的电路系统多有比较复杂和不容易实现的特点，或者在一些能实现多频随钻电磁波电阻率测井仪随钻测井技术的电路系统中，存在实现过程不稳定的问题。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，以解决现阶段实现多频随钻电磁波电阻率测井技术电路系统复杂、不易实现或实现时不稳定的问题。
[0004]本实用新型提供了一种多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其包括:
[0005]通讯运算电路、主控电路、发射电路、接收采集电路以及第一数字频率合成器、发射控制电路，所述通讯运算电路与所述主控电路连接；
[0006]所述发射电路包括:第一滤波器、功率放大器，所述发射控制电路、第一数字频率合成器、第一滤波器以及功率放大器依次连接，且所述功率放大器连接有第一双频调谐电路;所述发射控制电路与所述主控电路连接；
[0007]所述接收采集电路包括:第二数字频率合成器、第二滤波器、混频器、滤波放大器和第一数模转换器ADC，所述第二数字频率合成器、第二滤波器、混频器、滤波放大器、第一数模转换器ADC依次连接，且所述混频器连接有第二双频调谐电路，所述第一数模转换器ADC和滤波放大器均与所述主控电路连接;所述主控电路连接有时钟扇出电路，且所述时钟扇出电路还与发射控制电路、第二数字频率合成器、通讯运算电路连接。在一些实施例中，优选为，所述发射控制电路为单片机，所述通讯运算电路设置有泥浆脉冲发生器，所述泥浆脉冲发生器通过CAN总线与通讯仪器连接。所述接收采集电路、主控电路、通讯运算电路设置在第一电路板上，所述第一电路板设置有串行外设接口 SPI，所述串行外设接口 SPI以一主多从式连接有一个以上的第一发射电路板，所述第一发射电路板包括所述发射电路、第一数字频率合成器、发射控制电路，并且所述发射控制电路通过开关电路与所述主控电路连接。
[0008]上述电磁波电阻率测井仪电路系统还包括第一电源电路，所述第一电源电路通过第一直流斩波器与所述第一电路板的主控电路连接，并且所述第一电源电路与所有第一发射电路板的开关电路连接，为整个电磁波电阻率测井仪电路系统供电。其中，所述主控电路和所述通讯运算电路的芯片为DSP芯片。
[0009]本实用新型实施例提供的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，与现有技术相比，主要包括发射电路、接收采集电路和通讯运算电路、主控电路、数字频率合成器、发射控制电路，发射控制电路根据主控电路的指令控制数字频率合成器发射不同频率的正弦波的信号，经功率放大电路处理后发射到地层中，然后，接收采集电路将接收到的电磁波与直接数字频率合成器DDS产生的数字频率经混频器处理，这是为了降低接收到的电磁波信号的频率使得后续计算的数据量减小。最后，由通讯运算电路提取出相位差与幅度比，该通讯运算电路还具有存储和通讯的功能，并通过泥浆脉冲发生器将数据传送至地面。
[0010]其中，主控电路和通讯运算电路是这个电路系统的中心电路，使得电路系统各个部分协调工作，实现接收地面测井服务表，协调控制发射电路与接收电路采集工作于不同的模式，还发挥处理采集到的数据、向上发送测井数据、存储测井数据等功能。发射电路主要实现发射不同频率的电磁波的功能，根据主控电路的命令工作于不同模式，包括:400KHz模式、2MHz模式及断电模式。接收采集电路实现接收采集经地层衰减后的电磁波的功能，同样受主控电路控制，工作于400KHz模式与2MHz模式。双频调谐电路的作用，是增大400KHz与2MHz信号幅度，减小其他信号幅度。
[0011]通过以上电路系统的结构，可以快速稳定的将信号发射出，并接受处理有效信号，有效的解决了现阶段实现多频随钻电磁波电阻率测井技术电路系统复杂、不易实现或实现时不稳定的问题。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型一个实施例中多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统示意图；
[0013]图2为本实用新型一个实施例中多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统示意图；
[0014]图3为本实用新型图1实施例中第一电路板示意图；
[0015]图4为本实用新型图1实施例中第二发射电路板示意图；
[0016]图5为本实用新型图1实施例中一主多从式连接通讯原理图；
[0017]图6为本实用新型图2实施例中第二电路板示意图。
【具体实施方式】
[0018]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0019]针对现阶段实现多频随钻电磁波电阻率测井技术电路系统复杂、不易实现或实现时不稳定的问题，本实用新型提出了一种多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统。如图1-6所示，其具体包括:通讯运算电路、主控电路、发射电路、接收采集电路以及第一数字频率合成器、发射控制电路。
[0020]其中，发射电路包括第一滤波器、功率放大器，发射控制电路、第一数字频率合成器、第一滤波器以及功率放大器依次连接，且功率放大器连接有第一双频调谐电路，而发射控制电路又与主控电路连接。主控电路给发射控制电路发出指令，则发射控制电路控制第一数字频率合成器产生相应频率的电磁波，该电磁波在经由发射电路到达发射线圈发射出去。
[0021]接收采集电路包括第二数字频率合成器、第二滤波器、混频器、滤波放大器和第一数模转换器ADC，第二数字频率合成器、第二滤波器、混频器、滤波放大器、第一数模转换器ADC依次连接，且混频器连接有第二双频调谐电路，第一数模转换器ADC和滤波放大器均与主控电路连接。
[0022]主控电路连接有时钟扇出电路，且时钟扇出电路还与发射控制电路、第二数字频率合成器、通讯运算电路连接。时钟扇出电路通过此连接关系，为主控电路、通讯运算电路、发射电路和接收采集电路提供时钟。此外，时钟扇出电路使发射电路与采集电路时钟同源，保证了混频电路的准确性。
[0023]并且，发射控制电路为单片机，此发射控制电路基于单片机实现的DDS控制、SPI通讯控制、ADC(此模数转换器是单片机内部自带的)发射电路单元状态监控、C2(单片机在线调试接口)等功能。通讯运算电路设置有泥浆脉冲发生器，泥浆脉冲发生器通过CAN总线与通讯仪器连接。
[0024]第一、第二数字频率合成器为直接数字频率合成器DDS，DDS是一种数字电子方式，它从一个单一(或混合)的频率源中产生任意波形和频率，与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、高分辨率、便于集成，体积小，重量轻和快速转换时间等优点。
[0025]在第一种实施例中，接收采集电路、主控电路、通讯运算电路设置在第一电路板上，所述第一电路板设置有串行外设接口SPI，所述串行外设接口SPI以一主多从式连接有一个以上的第一发射电路板，第一发射电路板包括所述发射电路、第一数字频率合成器、发射控制电路，并且发射控制电路通过开关电路与主控电路连接。其中，主控电路和通讯运算电路的芯片为DSP芯片或CPLD或FPGA或MCU或ARM。其中，主控电路和通讯运算电路是图3中以DSP为中心的方框表示DSP实现的功能，具体包括数据采集控制、发射模式控制、DDS控制、数据运算功能。
[0026]该实施例中包括一个以上的发射电路板，第一电路板用SPI(或UART或CAN或其他自定义总线)总线并配合电源选通控制信号控制发射电路与接收采集电路以不同的模式工作。主控电路发出控制发射控制电路的控制信号，以控制第一数字频率合成器产生不同频率的电磁波，其中发射电路工作模式包括400KHz模式、2MHz模式及断电模式，400KHz或2MHz的电磁波经过第一滤波器、功率放大器以增强信号强度，同样第一双频调谐电路增大400KHZ与2MHz信号幅度，减小其他信号幅度。最后，由发射线圈处理过的信号发射到地层中。
[0027]上述实施例中，主控电路控制第二数字频率合成器产生一定频率的电磁波，该频率的电磁波通过第二滤波器过滤去其他频率的电磁波，同时接收线圈接收到的地层中衰减后的电磁波进入第二双频调谐电路增大400KHZ与2MHz信号幅度，减小其他信号幅度，上述两路电磁波一同通过混频器以增强或减弱电磁波的频率，混频器的原理是将接收到的两路高频波处理为低频波(6Khz或其他频频率)，减小后期运算量。并且，主控电路控制接受采集电路的滤波放大器，根据对接收到的信号处理要求，控制滤波放大器的放大倍数。经过混频器处理过的电磁波进入滤波放大器，对其进行滤波放大处理。滤波放大处理后的电磁波进入模数转换器ADC，此时两通道ADC同步采集，ADC将电磁波转化成数字信号，数字信号被传入通讯运算电路进行运算处理。通讯运算电路包括数据运算单元、存储单元和通讯单元，运算单元提取出信号的相位差与幅度比，然后保存到存储单元，部分数据通过通讯单元发送给通信短节，并通过泥浆脉冲发生器将数据传送至地面。
[0028]上述实施例中的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统还包括第一电源电路，第一电源电路通过第一直流斩波器与第一电路板的主控电路连接，其中，第一直流斩波器DC/DC将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压。并且第一电源电路与所有第一发射电路板的开关电路连接，为整个电磁波电阻率测井仪电路系统供电。发射电路板由电源电路单独供电，多个发射电路板间的供电时序由主控电路控制，也就是说发射电路板是否通电是由主控电路控制的。
[0029]在第二种实施例中，接收采集电路、主控电路、通讯运算电路，以及第一数字频率合成器、发射控制电路设置在第二电路板上，第二电路板连接有第二发射电路板，第二发射电路板包括一个以上的发射电路和一个多路开关电路，所有发射电路均与多路开关电路连接;第二电路板还包括调幅电路，调幅电路与主控电路和多路开关电路连接。主控电路和通讯运算电路的芯片为DSP芯片和FPGA芯片，DSP芯片和FPGA芯片之间设置有先入先出队列FIFO存储器。DSP作为主控芯片，实现复杂的数据处理，数据存储和通讯的功能，FPGA作为辅助控制芯片，实现系统的控制，简单的数据处理和数据缓存功能。
[0030]第一种实施例和第二种实施例的发射信号、接收信号、处理信号的原理相同，只是结构不同。第二种实施例中比第一种实施例的集成程度更高，此实施例中第二电路板集成了数字频率合成控制部分、主控电路集系统控制、信号采集、发射控制、波形合成、数据存储及通信等功能于一体，从而减少了电路板的数量，减掉了一主多从的通信结构。
[0031]第二电路板上的主控电路发出控制发射控制电路的信号，该信号控制第一数字频率合成器产生400KHz或2MHz的电磁波，电磁波通过一个调幅电路进入第二发射电路板。调幅电路的作用是固定发射出的电磁波的幅度，在第一种实施例中之所以没有改调幅电路是因为每个第一发射电路板都已设定好各自的固有幅度。在第二种实施例中，第二发射电路板上包括一个以上的发射电路，如图2所示，第二发射电路板包括发射电路Tl、发射电路T2、发射电路T3、发射电路T4区域，主控电路控制第二发射电路板不同电路的工作模式，并将调幅电路处理过的电磁波传输到工作的发射电路，由该发射电路通过相应的发射线圈将电磁波发射地层中。
[0032]上述实施例中的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统还包括第二电源电路，第二电源电路通过第二直流斩波器与第二电路板的主控电路连接，为整个电磁波电阻率测井仪电路系统供电，各个电路统一由电源电路供电。第二电源电路由输入输出滤波电路、电磁兼容性EMC电路组成。第二直流斩波器DC/DC具有耐高温的特性，
[0033]实施例1和实施例2中的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，不仅适用于4发双收全补偿式线圈系结构，还适用于4发双收非补偿式线圈系与5发双收部分补偿线圈系。
[0034]以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其特征在于，包括: 通讯运算电路、主控电路、发射电路、接收采集电路以及第一数字频率合成器、发射控制电路，所述通讯运算电路与所述主控电路连接； 所述发射电路包括:第一滤波器、功率放大器，所述发射控制电路、第一数字频率合成器、第一滤波器以及功率放大器依次连接，且所述功率放大器连接有第一双频调谐电路;所述发射控制电路与所述主控电路连接； 所述接收采集电路包括:第二数字频率合成器、第二滤波器、混频器、滤波放大器和第一数模转换器ADC，所述第二数字频率合成器、第二滤波器、混频器、滤波放大器、第一数模转换器ADC依次连接，且所述混频器连接有第二双频调谐电路，所述第一数模转换器ADC和滤波放大器均与所述主控电路连接;所述主控电路连接有时钟扇出电路，且所述时钟扇出电路还与发射控制电路、第二数字频率合成器、通讯运算电路连接。2.如权利要求1所述的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其特征在于，所述发射控制电路为单片机。3.如权利要求1所述的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其特征在于，所述通讯运算电路设置有泥浆脉冲发生器，所述泥浆脉冲发生器通过CAN总线与通讯仪器连接。4.如权利要求1所述的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其特征在于，所述接收采集电路、主控电路、通讯运算电路设置在第一电路板上，所述第一电路板设置有串行外设接口 SPI，所述串行外设接口 SPI以一主多从式连接有一个以上的第一发射电路板，所述第一发射电路板包括所述发射电路、第一数字频率合成器、发射控制电路，并且所述发射控制电路通过开关电路与所述主控电路连接。5.如权利要求4所述的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其特征在于，还包括第一电源电路，所述第一电源电路通过第一直流斩波器与所述第一电路板的主控电路连接，并且所述第一电源电路与所有第一发射电路板的开关电路连接，为整个电磁波电阻率测井仪电路系统供电。6.如权利要求4所述的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其特征在于，所述主控电路和所述通讯运算电路的芯片为DSP芯片。7.如权利要求1所述的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其特征在于，所述接收采集电路、主控电路、通讯运算电路，以及所述第一数字频率合成器、发射控制电路设置在第二电路板上，所述第二电路板连接有第二发射电路板，所述第二发射电路板包括一个以上的所述发射电路和一个多路开关电路，所有所述发射电路均与所述多路开关电路连接；所述第二电路板还包括调幅电路，所述调幅电路与所述主控电路和多路开关电路连接。8.如权利要求7所述的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其特征在于，还包括第二电源电路，所述第二电源电路通过第二直流斩波器与所述第二电路板的主控电路连接，为整个电磁波电阻率测井仪电路系统供电。9.如权利要求7所述的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其特征在于，所述主控电路和所述通讯运算电路的芯片为DSP芯片和FPGA芯片，所述DSP芯片和FPGA芯片之间设置有先入先出队列FIFO存储器。10.如权利要求1或4或7所述的多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统，其特征在于，第一、第二数字频率合成器为直接数字频率合成器DDS。
【文档编号】E21B49/00GK205422701SQ201620203550
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】贾兆荣, 刘庆波
【申请人】北京波特光盛石油技术有限公司