专利名称：线圈法岩石复电阻率自动扫频测量的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种线圈法岩石复电阻率自动扫频测量的方法及系统，特别涉及一种采用线圈法和自动扫频方式测试岩石复电阻率的方法及其系统。
根据长期的岩石物理性质实验研究发现岩石的电学参数，例如电阻率、介电常数，存在频散现象，其频散参数与岩石的含水饱和度有非常好的对应关系，并且这两个电学参数的复数部分包含有丰富的岩石信息，该信息可以用来更好地探测油气情况，区分油水层。采用线圈扫频的方法可以有效地测量岩石的复电阻率，获得上述的岩石电学参数，因此，采用线圈法扫频测量岩石的复电阻率对于油气勘探具有非常重要的意义。
采用线圈法扫频测量岩石和溶液的复电阻率，比前面所述的测量方法具有非常大难度，它涉及到频率选择、线圈系设计、直耦信号去除、高信噪比微弱信号的检测等难题；所以，目前尚没有相应的线圈法岩石复电阻率自动扫频测量系统。
本发明的目的是这样实现的一种复电阻率自动扫描测量的方法，采用自动扫频方式通过测量线圈系向被测介质发射测量信号；通过接收该经过被测介质的测量信号，获得被测介质的复电阻率或复电导率。
所述的方法的具体步骤为步骤1以一设定的启始频率通过测量线圈系发射测量信号；步骤2读取数字示波器测量的测量发射信号的幅度值；步骤3计算并记录发射电流值；步骤4调整锁相放大器的参考相位；步骤5设置锁相放大器为自动量程；步骤6读入被测信号的实部和虚部值；步骤7如果扫频完毕，则结束；步骤8设置信号发生器的下一频率，执行步骤2。
一种线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，它至少包括计算机，用于控制产生测量信号并处理读取的测量结果；信号发生电路，用于在计算机的控制下产生测量发射信号；并将该测量发射信号分别传送给连接到其输出端的测量线圈系和取样移相电路；测量线圈系，用于连接信号发生电路对被测岩石进行测量；并将该测量信号输出到锁相放大器；取样移相电路，用于测量发射信号处理后分别输出到与之连接的数字存储示波器和锁相放大器；数字存储示波器，用于接收取样移相电路反馈的测量发射信号，并将该信号输出到计算机；锁相放大器，用于将测量线圈系输出的测量信号输出到计算机。
所述的信号发生电路至少设有信号发生器和功率放大器，该信号发生器的输入与计算机相连接，其输出连接到功率放大器的输入端。
该取样移相电路的输入端连接到信号发生电路的输出端，数字存储示波器的输入端连接该取样移相电路的输出端，该数字存储示波器的输出端与计算机连接。
所述的测量线圈系至少由发射线圈、去直耦线圈和接收线圈组成；该发射线圈、去直耦线圈和接收线圈的内径及外径相等，并且沿其轴向装设；该去直耦线圈设在发射线圈和接收线圈之间。
该发射线圈的输入端连接信号发生电路的输出端，该发射线圈发射的测量信号由接收线圈接收，并传送到与之连接的锁相放大器的输入端。
它还包括用于固定被测样品及测量线圈系位置的岩芯夹持器。
所述的计算机、信号发生电路、取样移相电路、锁相放大器以及数字存储示波器之间采用GPIB总线连接。
计算机控制产生测量信号并处理读取的测量结果的方法具体包括如下的步骤步骤1计算机设置系统初始参数和信号发生器的启始频率；步骤2计算机读取数字示波器测量的测量发射信号的幅度值；步骤3计算机计算并记录发射电流值；步骤4计算机调整锁相放大器的参考相位；步骤5计算机设置锁相放大器为自动量程；步骤6计算机读入被测信号的实部和虚部值；步骤7如果扫频完毕，则结束；步骤8计算机设置信号发生器的下一频率，执行步骤2。
信号扫频的频率范围为25kHz～15MHz。
当被测样品为固态物体时，其为中空圆柱体；当被测样品为溶液时，该溶液外加容器；且测量线圈系设置在被测样品中心。
本发明通过由计算机、信号发生电路、测量线圈系、取样移相电路、数字存储示波器以及锁相放大器所构成的线圈法岩石复电阻率自动扫频测量系统，能够在一定频率范围内准确、全面地扫频测量岩石的复电阻率，从而完整地获取了岩石的电学参数，更好地为石油天然气的探测和油水层的区分提供了准完整的技术数据。
图2为本发明的线圈系结构示意图。
图3为本发明的小岩石样品示意图。
图4为本发明用于测量溶液时所用容器示意图。
图5为本发明的系统测控软件流程图。
图6、图7为本发明的一个测试结果。
其中该计算机8为本系统的控制中心，它控制其他部件进行相应的操作，它与存储在其内部的控制软件一起，构成了一个完整的扫频测量系统控制部分。在该计算机8的控制下，扫频信号的范围为25kHz～15MHz，并以对数刻度均匀增长，输出多个离散频率点。一般而言，信号发生器1的输出电流较小，而且其输出阻抗为50Ω；发射线圈为感性负载，其阻抗随频率变化很大，所以上述的信号发生器1与发射线圈不能很好匹配。在本实施例中没有采用信号发生器1直接驱动发射线圈；而是，先经过功率放大器2对信号发生器1输出的信号进行功率放大，然后后再输出到发射线圈。
由于使用的扫频范围相对带宽很宽，而且发射线圈的阻抗变化也很大，即使引入反馈也很难做到功率放大器所实现的增益在所有的频率上都相同，即在不同的频率上，发射线圈的输出电流不一定相同；因此在本实施例中，采用数字存储示波器7来测量发射电流的大小，并将测量的数据发送到与其连接的计算机中以便进行电流变化的校正。另外，数字存储示波器7的另一个作用是在测量过程中监视发射电流的波形是否有失真现象，并以此为依据适当调整发射电流，以保证每个离散频率点的纯度。取样移相电路3将发射电流转换为与之同相的电压信号，作为锁相放大器6参考通道的电压输入信号。发射线圈发射的电流在与周围的被测介质作用后在接收线圈中产生感生电压信号，该感生电压即反映该介质的电导率的大小，因此是需要检测的信号。
由于接收线圈中的电压信号非常微弱，采样常规的检测电路无法检测，因此在本实施中采用锁相放大器6进行检测，然后将该检测值传给计算机8。在计算机8内，经过处理，该电压幅度值和相位数据被转化为复电阻率或复电导率。
参见图2、图3，岩芯夹持器5负责被测样品及线圈系4位置的固定。线圈系4的结构如图2所示，包括发射线圈T、接收线圈R和去除直耦信号线圈B；该去除直耦信号线圈B的位置设在在发射线圈T和接收线圈R的中间。线圈系4放在被测样品的中央，测量时发射线圈T发射信号，接收线圈R接收从被测介质中反馈回来的感应电动势。
参见图4，其为被测介质为流体时的测量方法；即采用相应的容器C对被测介质进行测量。该线圈系4固定在容器C的中央，线圈与溶液绝缘。
参见图5，整个扫频测量系统中各个部分电路都在计算机的控制下工作，具体的流程为首先，对各个仪器进行初始化，包括仪器自检、仪器工作方式的设定、仪器量程和灵敏度的设定、输出信号幅度以及错误报警等；然后，根据整个扫频测量系统工作的频率范围和扫频测量的离散频率点数计算对数刻度下的扫频增加步长，并将信号发生器的频率设置为起始频率；利用数字存储示波器7测量发射电流取样电阻上信号电压的大小，根据测量到的电压计算并记录发射电流的大小；根据小信号检测原理，调整锁相放大器的参考信号相位，使得检测到的实部电压和虚部电压在数量级上比较接近，以便充分利用锁相放大器的检测灵敏度；由于扫频测量中不同频率下测量信号的大小相差很大(达到几个数量级)，因此每个离散频率点上都将锁相放大器设置为自动量程检测，以选择为测量信号最接近的量程，提高测量精度；重复上述的测量记录，直到一次扫频测量中所有的离散频率点测量完成为止。
参见图6、图7，其为采用本发明测量的一个样品的结果，其中，图6为信号幅度与介质电导率的关系，图7为信号相位随电导率的变化关系。
以上的实施方式仅用以说明而并非限制本发明的技术方案；尽管参照上述所有的实施方式对本发明已经进行了详细的说明，本领域的普通技术人员不能否认本发明中的各技术特征依然可以做相应的修改、调整或者等同替换；但是，一切不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，均应为本发明所揭示的技术特征，并均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种复电阻率自动扫描测量的方法，其特征在于采用自动扫频方式通过测量线圈系向被测介质发射测量信号；通过接收该经过被测介质的测量信号；获得被测介质的复电阻率或复电导率。
2.根据权利要求1所述的复电阻率自动扫描测量的方法，其特征在于所述的方法的具体步骤为步骤1以一设定的启始频率通过测量线圈系发射测量信号；步骤2读取数字示波器测量的测量发射信号的幅度值；步骤3计算并记录发射电流值；步骤4调整锁相放大器的参考相位；步骤5设置锁相放大器为自动量程；步骤6读入被测信号的实部和虚部值；步骤7如果扫频完毕，则结束；步骤8设置信号发生器的下一频率，执行步骤2。
3.一种线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，其特征在于它至少包括计算机，用于控制产生测量信号并处理读取的测量结果；信号发生电路，用于在计算机的控制下产生测量发射信号；并将该测量发射信号分别传送给连接到其输出端的测量线圈系和取样移相电路；测量线圈系，用于连接信号发生电路对被测岩石进行测量；并将该测量信号输出到锁相放大器；取样移相电路，用于测量发射信号处理后分别输出到与之连接的数字存储示波器和锁相放大器；数字存储示波器，用于接收取样移相电路反馈的测量发射信号，并将该信号输出到计算机；锁相放大器，用于将测量线圈系输出的测量信号输出到计算机。
4.根据权利要求3所述的线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，其特征在于所述的信号发生电路至少设有信号发生器和功率放大器，该信号发生器的输入与计算机相连接，其输出连接到功率放大器的输入端。
5.根据权利要求3所述的线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，其特征在于该取样移相电路的输入端连接到信号发生电路的输出端，数字存储示波器的输入端连接该取样移相电路的输出端，该数字存储示波器的输出端与计算机连接。
6.根据权利要求3所述的线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，其特征在于所述的测量线圈系至少由发射线圈、去直耦线圈和接收线圈组成；该发射线圈、去直耦线圈和接收线圈的内径及外径相等，并且沿其轴向装设；该去直耦线圈设在发射线圈和接收线圈之间。
7.根据权利要求3所述的线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，其特征在于该发射线圈的输入端连接信号发生电路的输出端，该发射线圈发射的测量信号由接收线圈接收，并传送到与之连接的锁相放大器的输入端。
8.根据权利要求3所述的线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，其特征在于它还包括用于固定被测样品及测量线圈系位置的岩芯夹持器。
9.根据权利要求3或4或5或6或7所述的线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，其特征在于所述的计算机、信号发生电路、取样移相电路、锁相放大器以及数字存储示波器之间采用GPIB总线连接。
10.根据权利要求3所述的线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，其特征在于计算机控制产生测量信号并处理读取的测量结果的方法具体包括如下的步骤步骤1计算机设置系统初始参数和信号发生器的启始频率；步骤2计算机读取数字示波器测量的测量发射信号的幅度值；步骤3计算机计算并记录发射电流值；步骤4计算机调整锁相放大器的参考相位；步骤5计算机设置锁相放大器为自动量程；步骤6计算机读入被测信号的实部和虚部值；步骤7如果扫频完毕，则结束；步骤8计算机设置信号发生器的下一频率，执行步骤2。
11.根据权利要求3所述的线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，其特征在于信号扫频的频率范围为25kHz～15MHz。
12.根据权利要求3所述的线圈法岩石复电阻率自动扫描测量系统，其特征在于当被测样品为固态物体时，其为中空圆柱体；当被测样品为溶液时，该溶液外加容器；且测量线圈系设置在被测样品中心。
全文摘要
一种线圈法岩石复电阻率自动扫描测量的方法及系统，包括用于控制产生测量信号并处理测量结果的计算机；用于产生测量发射信号，并将其传送给测量线圈系和取样移相电路的信号发生电路；用于测量被测岩石，并将测量信号输出到锁相放大器的测量线圈系；用于将测量发射信号处理后输出到数字存储示波器和锁相放大器的取样移相电路；用于接收取样移相电路反馈的测量发射信号，并将该信号输出到计算机的数字存储示波器；用于将测量线圈系输出的测量信号输出到计算机的锁相放大器；本发明能在一定频率范围内准确、全面地扫频测量岩石的复电阻率，从而完整地获取了岩石的电学参数，更好地为石油天然气的探测和油水层的区分提供了准完整的技术数据。
文档编号G01N27/04GK1461950SQ0211789
公开日2003年12月17日 申请日期2002年5月27日 优先权日2002年5月27日
发明者柯式镇, 刘迪军, 冯启宁 申请人:石油大学(北京)