一种核磁电路的制作方法

本实用新型涉及测井技术，尤指一种核磁电路。

背景技术：

相关核磁共振测井仪多属于梯度磁场核磁仪器(即永磁体在探测敏感区内所产生的静磁场的大小随着与永磁体之间的距离变化，距离永磁体越远，静磁场越小)，在测井过程中无需进行工作频率自调谐控制。而在随钻测井的核磁设计中，由于核磁共振测井仪必须处于居中状态，为了确保随钻测井过程中钻井带来的振动影响，因此核磁共振测井仪的永磁体大多采取均匀磁场(即永磁体在探测敏感区内所产生的静磁场强度大小保持近似相等的一个定值，而不会随着与永磁体之间的距离变化)的设计方案方式，当永磁体所处的环境温度变化时，永磁体产生的静磁场强度会随着温度的变化而变化，直接导致当前工作频率对应的采集区域偏离理想探测区域，这就需要对工作频率进行调谐，而相关技术并未有有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种核磁电路，能够实时对工作频率进行调谐，从而使得核磁共振测井仪能够不受环境温度的影响，实现准确测井。

本实用新型实施例提供了一种核磁电路，其特征在于，包括：

用于感知永磁体所处环境的当前温度的温度传感器；

用于感知探测敏感区内实际静磁场的霍尔传感器；

用于产生均匀静磁场的永磁体；

用于采集温度传感器感知的温度信号，采集霍尔传感器感知的实际静磁场信号，根据采集到的当前温度和采集到的实际静磁场确定最终静磁场，根据最终静磁场折算出工作频率；将工作频率发送给功率驱动发射模块，并根据工作频率确定选通的电容组合，将选通的电容组合发送给继电器阵列选通编码电路模块的温度及静磁场采集分析电路模块；

用于根据选通的电容组合控制电容调谐电路模块的电容组合的选通的继电器阵列选通编码电路模块；

用于发射经过功率放大的发射信号的带磁芯的天线线圈；

用于匹配带磁芯的天线线圈进行工作频率调谐选择的电容调谐电路模块；

用于生成频率为接收到温度及静磁场采集分析电路模块发送的工作频率对应的发射信号，将发射信号输出到电容调谐电路模块与带磁芯的天线线圈所构成的谐振电路中的功率驱动发射模块。

可选的，温度及静磁场采集分析电路模块具体用于采用以下方式实现根据采集到的当前温度和采集到的实际静磁场确定最终静磁场：

根据采集到的当前温度估算静磁场；判断出估算的静磁场和通过霍尔传感器采集到的实际敏感区静磁场之间的差值的绝对值小于或等于1高斯，确定最终静磁场为估算的静磁场和实际静磁场的平均值；判断出估算的静磁场和实际静磁场之间的差值的绝对值大于1高斯，确定最终静磁场为根据当前温度估算的静磁场。

可选的，温度及静磁场采集分析电路模块具体用于采用以下方式实现根据采集到的当前温度估算静磁场：

按照公式计算当前温度下估算的静磁场；

其中，B2为当前温度为t2时估算的静磁场，B1为在室温为t1时通过霍尔传感器实际采集得到的室温下的静磁场，W/10000为磁体的负温度系数，t2为本次采集到的当前温度，t1为在室温下采集到的温度。

可选的，温度及静磁场采集分析电路具体采用以下方式实现根据最终静磁场折算出当前温度下对应的工作频率：

按照核磁共振拉摩尔频率公式f＝γB0；其中，f为工作频率，r为氢原子的旋磁比，B0为当前获得的最终静磁场。

可选的，温度及静磁场采集分析电路模块具体用于采用以下方式实现根据工作频率确定选通的电容组合：

在预先设置的工作频率和选通的电容组合之间的对应关系中，查找当前工作频率对应的选通的电容组合。

可选的，所述温度及静磁场采集分析电路模块包括：

用于根据来自数字信号处理DSP芯片电路的通道选择控制信号，进行温度传感器感知的温度信号和霍尔传感器感知的实际静磁场信号的选择切换的多路选择开关芯片电路；

用于将多路选择开关芯片电路输出的温度信号或实际静磁场信号进行放大及带通滤波处理的运放及滤波电路；

用于将运放及滤波电路输出的信号进行采样得到温度或实际静磁场的模数转换AD采集芯片电路；

用于向多路选择开关芯片电路输出通道选择控制信号，根据采集到的当前温度和采集到的实际静磁场确定最终静磁场，根据最终静磁场折算出工作频率；将工作频率发送给功率驱动发射模块，并根据工作频率确定选通的电容组合，将选通的电容组合发送给继电器阵列选通编码电路模块的DSP芯片电路。

可选的，所述继电器阵列选通编码电路模块包括：

用于根据来自温度及静磁场采集分析电路模块的选通的电容组合生成对应的继电器驱动控制信号，根据继电器驱动控制信号控制每一个继电器的选通与断开的DSP芯片电路；

与DSP芯片电路连接的n个继电器驱动电路，n个继电器驱动电路与n个继电器和电容调谐电路模块中n个并列电容一一对应连接。

可选的，所述功率驱动发射模块包括：

用于生成频率为接收到温度及静磁场采集分析电路模块发送的工作频率的3.3伏v低压数字发射时序控制信号的DSP芯片电路；

用于对低压数字发射时序控制信号进行功率放大后升压频率与所述工作频率相同的175v逻辑电平的高压发射时序控制信号，并将高压发射时序控制信号输出至天线发射信号驱动电路中的功率放大电路；

用于依据输入的高压发射时序控制信号驱动后，输出倍压到幅度值为1200v，频率为工作频率的发射信号，并将此发射信号输出到电容调谐电路模块的调谐电容阵列与带磁芯的天线线圈所构成的谐振电路中的天线发射信号驱动电路。

与相关技术相比，本实用新型实施例包括：用于感知永磁体所处环境的当前温度的温度传感器；用于感知探测敏感区内实际静磁场的霍尔传感器；用于产生均匀静磁场的永磁体；用于采集温度传感器感知的温度，采集霍尔传感器感知的实际静磁场，根据采集到的当前温度和采集到的实际静磁场确定最终静磁场，根据最终静磁场折算出工作频率；将工作频率发送给功率驱动发射模块，并根据工作频率确定选通的电容组合，将选通的电容组合发送给继电器阵列选通编码电路模块的温度及静磁场采集分析电路模块；用于根据选通的电容组合控制电容调谐电路模块的电容组合的选通的继电器阵列选通编码电路模块；用于发射经过功率放大的发射信号的带磁芯的天线线圈；用于匹配带磁芯的天线线圈进行工作频率调谐选择的电容调谐电路模块；用于生成频率为接收到温度及静磁场采集分析电路模块发送的工作频率对应的发射信号，将发射信号输出到电容调谐电路模块与带磁芯的天线线圈所构成的谐振电路中的功率驱动发射模块。通过本实用新型实施例的方案，实时根据永磁体所处环境的当前温度和探测敏感区内的实际静磁场来调谐工作频率，使得核磁共振测井仪不受环境温度的影响，实现了准确测井。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为本实用新型实施例核磁电路的结构组成示意图；

图2为本实用新型实施例温度及静磁场采集分析电路模块的结构组成示意图；

图3为本实用新型实施例继电器阵列选通编码电路模块的结构组成示意图；

图4为本实用新型实施例功率驱动发射模块的结构组成示意图。

具体实施方式

下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

参见图1，本实用新型实施例提出了一种核磁电路，包括：

用于感知永磁体所处环境的当前温度的温度传感器；

用于感知探测敏感区内实际静磁场的霍尔传感器；

用于产生均匀静磁场的永磁体；

用于采集温度传感器感知的温度信号，采集霍尔传感器感知的实际静磁场信号，根据采集到的当前温度和采集到的实际静磁场确定最终静磁场，根据最终静磁场折算出工作频率；将工作频率发送给功率驱动发射模块，并根据工作频率确定选通的电容组合，将选通的电容组合发送给继电器阵列选通编码电路模块的温度及静磁场采集分析电路模块；

用于根据选通的电容组合控制电容调谐电路模块的电容组合的选通的继电器阵列选通编码电路模块；

用于发射经过功率放大的发射信号的带磁芯的天线线圈；

用于匹配带磁芯的天线线圈进行工作频率调谐选择的电容调谐电路模块；

用于生成频率为接收到温度及静磁场采集分析电路模块发送的工作频率对应的发射信号，将发射信号输出到电容调谐电路模块与带磁芯的天线线圈所构成的谐振电路中的功率驱动发射模块。

其中，永磁体可以采用钐钴材料进行充磁。

其中，温度及静磁场采集分析电路模块具体用于采用以下方式实现根据采集到的当前温度和采集到的实际静磁场确定最终静磁场：

根据采集到的当前温度估算静磁场；判断出估算的静磁场和通过霍尔传感器采集到的实际敏感区静磁场之间的差值的绝对值小于或等于1高斯，确定最终静磁场为估算的静磁场和实际静磁场的平均值；判断出估算的静磁场和实际静磁场之间的差值的绝对值大于1高斯，确定最终静磁场为根据当前温度估算的静磁场。

这样设计的依据是：因永磁体上偶尔会吸附一些金属物体，当金属物体体积较大时会影响到霍尔传感器采集到的实际静磁场值，导致霍尔传感器采集获取的静磁场不准确，所以通过以上判断来获取在当前温度下较为准确的静磁场值。

其中，温度及静磁场采集分析电路模块具体用于采用以下方式实现根据采集到的当前温度估算静磁场：

按照公式计算当前温度下估算的静磁场；

其中，B2为当前温度为t2时估算的静磁场，B1为在室温为t1时通过霍尔传感器实际采集得到的室温下的静磁场，在其他温度下均已此室温t1温度下实测获得的实际静磁场B1为基准进行计算获得其他温度下估算的静磁场，W/10000为磁体的负温度系数，代表磁体静磁场每升高1℃存在万分之W的负温衰减率(取值为万分之2～3)，t2为本次采集到的当前温度，t1为在室温下采集到的温度。

其中，温度及静磁场采集分析电路具体采用以下方式实现根据最终静磁场折算出当前温度下对应的工作频率：

按照核磁共振拉摩尔频率公式f＝γB0；其中，f为工作频率，r为氢原子的旋磁比，取值为4258，B0为当前获得的最终静磁场，单位：高斯。

其中，温度及静磁场采集分析电路模块具体用于采用以下方式实现根据工作频率确定选通的电容组合：

在预先设置的工作频率和选通的电容组合之间的对应关系中，查找当前工作频率对应的选通的电容组合。

其中，对应关系中的相邻工作频率的频率间隔可以取任意值，例如，如果取1千赫兹(kHz)，则代表当前温度下对应的工作频率的匹配精度在1kHz。

其中，在设置对应关系时，可以先按照公式计算调谐电容阵列的电容；其中，f为工作频率，L为带磁芯的天线线圈的电感，C为调谐电容阵列的电容；然后再确定选通的电容组合，由于调谐电容阵列为n个并联电容，根据并联电容的计算公式就可以确定出选通的电容组合；其中，当电容Ci选通时，ki取1，当电容Ci不选通时，ki取0，i为1到n的整数。

可选的，电容一般选取耐温200℃、耐压2000v、NPO材质的高压贴片电容，因NPO材质的电容其电容值不会随温度变化而改变。

可选的，提前合理设置C1～Cn具体对应的电容值，确保可以通过不同电容组合的选取实现常温下对应的工作频率f能在±50Khz范围内变化，且相邻工作频率的频率间隔可以取任意值，一般可取1千赫兹(kHz)，例如，如果取1千赫兹(kHz)，则代表当前温度下对应的工作频率的匹配精度控制在1kHz精度内。因为根据之前所提永磁体负温系数公式关系，当负温系数W/10000中w在2～3时，磁体实际工作的环境温度均在-20℃～200℃范围内变化，其静磁场随温度变化对应的实际匹配工作频率变化范围均可控制在常温下对应的工作频率f±50Khz范围内；因而只要温度在-20℃～200℃范围内变化，总能通过不同电容组合的选取实现当前温度下对应的工作频率。

可选地，所述温度传感器为热偶电阻(或热敏电阻、红外传感器等)。

可选的，所述磁感应传感器为霍尔探头(或红外传感器等)。

可选的，参见图2，温度及静磁场采集分析电路模块包括：

用于根据来自数字信号处理DSP芯片电路的通道选择控制信号，进行温度传感器感知的温度信号和霍尔传感器感知的实际静磁场信号的选择切换的多路选择开关芯片电路；

用于将多路选择开关芯片电路输出的温度信号或实际静磁场信号进行放大及带通滤波处理的运放及滤波电路；

用于将运放及滤波电路输出的信号进行采样得到温度或实际静磁场的模数转换(AD，Analog-to-Digital)采集芯片电路；

用于向多路选择开关芯片电路输出通道选择控制信号，根据采集到的当前温度和采集到的实际静磁场确定最终静磁场，根据最终静磁场折算出工作频率；将工作频率发送给功率驱动发射模块，并根据工作频率确定选通的电容组合，将选通的电容组合发送给继电器阵列选通编码电路模块的数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)芯片电路。

可选的，多路选择开关芯片电路可以采用多路选择开关芯片(如ADG408等芯片)实现，运放及滤波电路可以采用运放芯片(如AD827)及贴片电阻电容实现，AD采集芯片电路可以采用AD采集芯片(如AD7656等芯片)实现，DSP芯片电路可以采用DSP芯片(如TI TMS320F2812系列等芯片)实现，具体的芯片实现电路可以参考芯片使用手册。

上述温度及静磁场采集分析电路模块的工作原理如下：

从温度传感器感知的温度信号和霍尔传感器感知的实际静磁场信号同时输入到多路选择开关芯片电路，通过DSP芯片电路输出的通道选择控制信号来控制该多路选择开关芯片电路，使其从温度信号或实际静磁场信号选择一个输出到运放及滤波电路，运放及滤波电路将选择开关芯片电路输出的温度信号或实际静磁场信号进行放大及带通滤波处理后，将放大及带通滤波处理后的信号输入到AD采集芯片电路进行模数转换，AD采集芯片电路将模数转换后的信号输入到DSP芯片电路中进行分析与处理，DSP芯片电路根据采集到的当前温度和采集到的实际静磁场确定最终静磁场，根据最终静磁场折算出工作频率；将工作频率发送给功率驱动发射模块，并根据工作频率确定选通的电容组合，将选通的电容组合发送给继电器阵列选通编码电路模块。

可选的，参见图3，继电器阵列选通编码电路模块包括：

用于根据来自温度及静磁场采集分析电路模块的选通的电容组合生成对应的继电器驱动控制信号，根据继电器驱动控制信号控制每一个继电器的选通与断开的DSP芯片电路；

与DSP芯片电路连接的n个继电器驱动电路，n个继电器驱动电路与n个继电器和电容调谐电路模块中n个并列电容一一对应连接。

可选的，温度及静磁场采集分析电路模块中的DSP芯片和继电器阵列选通编码电路模块中的DSP芯片可以是同一个芯片，也可以是不同的芯片。

可选的，继电器驱动电路可以采用BUK92150MOS管及电阻电容实现，具体实现属于本领域技术人员的熟知技术。

上述继电器阵列选通编码电路模块的工作原理如下：

DSP芯片电路将来自温度及静磁场采集分析电路模块的选通的电容组合转换成对应的继电器驱动控制信号，并输出至继电器驱动电路1～继电器驱动电路n中，继电器驱动电路1将驱动控制信号输出到继电器1中，实现继电器1的选通及断开，继电器驱动电路2将驱动控制信号输出到继电器2中，实现继电器2的选通及断开，……，继电器驱动电路n将驱动控制信号输出到继电器n中，实现继电器n的选通及断开。

可选的，参见图4，功率驱动发射模块包括：

用于生成频率为接收到温度及静磁场采集分析电路模块发送的工作频率的3.3伏v低压数字发射时序控制信号的DSP芯片电路；

用于对低压数字发射时序控制信号进行功率放大后升压频率与所述工作频率相同的175v逻辑电平的高压发射时序控制信号，并将高压发射时序控制信号输出至天线发射信号驱动电路中的功率放大电路；

用于依据输入的高压发射时序控制信号驱动后，输出倍压到幅度值为1200v，频率为工作频率的发射信号，并将此发射信号输出到电容调谐电路模块的调谐电容阵列与带磁芯的天线线圈所构成的谐振电路中的天线发射信号驱动电路。

可选的，温度及静磁场采集分析电路模块中的DSP芯片和功率驱动发射模块中的DSP芯片可以是同一个芯片，也可以是不同的芯片。

可选的，DSP芯片电路可以采用DSP芯片(如TI TMS320F2812系列等芯片)实现，功率放大电路可以由一系列XZ308N120MOS管及隔离变压器、驱动芯片(如MCP1404等)、54系列逻辑芯片、电阻电容等组成；天线发射信号驱动电路可以由IXZ308N120MOS管、电阻电容、隔离变压器组成，具体的芯片实现电路可以参考芯片使用手册。

功率驱动发射模块的工作原理如下：

DSP芯片电路接收到来自温度及静磁场采集分析电路模块发送的工作频率，经过DSP芯片电路内部处理分析后，输出频率与工作频率相同的3.3伏(v)低压数字发射时序控制信号(即发射信号)到功率放大电路，功率放大电路外接175v直流电源，将接收到的数字发射时序控制信号进行功率放大后升压频率与工作频率相同的175v逻辑电平的高压发射时序控制信号，并将高压发射时序控制信号输出至天线发射信号驱动电路中，该天线发射信号驱动电路为通用全桥放大电路D类放大器结构，并外接600v直流电源，依据输入的高压发射时序控制信号驱动后，输出倍压到幅度值为1200v，频率为工作频率的发射信号，并将此发射信号输出到电容调谐电路模块中调谐电容阵列与天线所共同构成的谐振电路中。

通过本实用新型实施例的方案，采取一种跟随温度变化自动调谐工作频率的核磁电路，实现了跟随温度的变化，实时预判永磁体的静磁场大小变化，从而调整工作频率，保持核磁仪器的探测敏感区的稳定，实现了准确测井。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。