小口径伽马能谱测井装置及数据采集传输和自稳方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测井领域，尤其涉及高精度测量放射性矿物含量的小口径伽马能谱测 井装置。
【背景技术】
[0002] 自然伽马能谱测井是在钻孔内对岩石自然伽马放射线进行能谱测量与分析，分别 测定地层内铀、钍、钾含量来研宄井剖面地层性质的测井方法。目前，国内伽马能谱测井仪 在石油工业的应用主要是通过自然伽马能谱测井所测量的U、Th、K含量来识别岩性、研宄 沉积环境、生油层，寻找储集层，确定粘土含量等目的，特点是含量测量范围小、测井仪直径 大（一般大于90mm)。铀矿勘查中由于钻孔内放射性物质含量高，伽马射线强，目前这些测 井仪不适宜用于铀矿勘查的测量要求。国外MountSopris、RG、Geovista等公司生产的自 然伽马能谱测井仪直径大多在50mm-60mm之间，多采用BG0、NaI和BaLr3闪烁晶体探测器。 我国一些热液型铀矿床属于铀、钍混合型矿床，对于此类矿床需要采用伽马能谱测井方法 分别测定矿石的铀、钍含量，才能准确计算铀的储量，而且钻孔裸眼直径大都为60_，因此 需要开发小口径伽马能谱测井仪。
[0003] 由于测井仪口径小，晶体尺寸小，导致晶体探测到的伽马射线少。为了提高测井效 率，提出了实时连续测量的需求，对探测器探测效率、为减小死时间目的对信号高速采集、 传输及自稳等提出了更高要求。伽马能谱测井仪自动稳谱精度决定了核素含量的解算精 度。伽马能谱测井不同于车载伽马谱仪、航空伽马谱仪，后者在自动稳谱方面主要针对温度 引起的谱漂移问题，采用天然 4°K的1. 460MeV光电峰和2°811的2. 614MeV光电峰等作为基 准进行稳谱，优点是没有自稳源引起的本底。而钻孔中进行伽马能谱测井，晶体探测器更接 近围岩矿体，放射性强度变化剧烈，要求自动稳谱反应迅速，对于薄矿层尤其如此。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是设计小口径伽马能谱测井装置及数据采集、传输和自稳方法，用 于测量矿床中放射性物质的含量。本发明要解决的另一个技术问题是减小仪器的死时间和 快速自稳。
[0005] 技术方案
[0006] 本发明的小口径伽马能谱测井装置的原理方框图如图1所示，具有：BG0闪烁晶体 探测器、mBa自稳源、光电倍增管、第一放大器、极零相消电路、第二放大器、基线恢复电路、 高压模块、自稳电路、采样保持电路、阈值比较电路、A/D转换电路、地址锁存器、第一微处理 器、双端口RAM、第二微处理器、时基电路、温度探测单元。
[0007] BG0闪烁晶体探测器探测周围矿体产生的天然伽马射线和133Ba自稳源放出的伽 马射线，产生的信号经过光电倍增管放大，传输到第一放大器放大后，传输到极零相消电路 后，再经第二放大器放大，到达基线恢复电路。经过基线恢复后，信号分两路，分别到达采样 保持电路和阈值比较电路。阈值比较电路将输入信号与设定的阈值进行比较，若信号大于 阈值，则阈值比较电路产生选通脉冲，触发采样保持电路采集信号并整形。采样整形信号传 输到A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号，根据信号幅度通过地址锁存器映射到存储 器相应的地址存储单元。采样保持电路、阈值比较电路、A/D转换电路、地址锁存电路等构 成一个硬件闭环系统。
[0008] 采用双端口RAM存储器和双CPU，分工协同完成高速伽马脉冲采集、数据读取以及 自动稳谱等功能，并实时将谱数据发送到地面系统。
[0009] 具体地，第一微处理器负责高速采集伽马脉冲，包含自稳峰脉冲。其工作流程如图 2所示。
[0010] 第一步，开机，初始化；
[0011] 第二步，延时，使第二微处理器清空双端口RAM的谱数据存储区和设定谱采集时 间；
[0012] 第三步，判断A/D转换器是否有伽马脉冲转换完成中断输入？若无，则反复第三 步；若有，则进行第四步；
[0013] 第四步，读取A/D转换器的数据；
[0014] 第五步，根据读取的A/D转换结果将其映射到双端口RAM的相应谱道存储区进行 累加1 ;
[0015] 第六步，判断谱采集时间是否结束？若否，则返回到第三步；若是，则进行第七 步；
[0016] 第七步，切换能谱数据帧后，返回到第三步。
[0017] 第二微处理器负责读取并传输双端口RAM存储器中的谱数据及实现实时自稳控 制。第二微处理器的工作流程如图3所示。
[0018] 第一步，开机，初始化；
[0019] 第二步，清空双端口RAM谱数据存储区；
[0020] 第三步，设定谱采集时间；
[0021] 第四步，依据温度探测单元读数设定光电倍增管PMT的高压初值；
[0022] 第五步，判断谱采集时间是否结束？若否，反复第五步；若是，进行第六步；
[0023] 第六步，读取并传输谱数据，清空相应数据帧存储区；累计自稳峰数据；
[0024] 第七步，判断自稳周期是否结束？若否，则返回第五步，若是，则进行第八步；
[0025] 第八步，计算自稳峰漂移；
[0026] 第九步，判断自稳蜂漂移是否超过设定值？若是，则进行第十步；若否，则进行第 i^一步；
[0027] 第十步，调整光电倍增管PMT的高压HV输出；
[0028] 第十一步，清空自稳谱数据区，并返回步骤五。
[0029] 开机后，在时基电路协同下，第一微处理器和第二微处理器分别按照图2和3所示 流程操作。具体为，第一微处理器和第二微处理器分别进行第一步，初始化。然后第一微处 理器进行第二步，延时，等待第二微处理器完成第二步至第四步，即，第二步清空双端口RAM 的谱数据存储区，第三部设定谱采集时间，第四步依据温度探测单元读数设定光电倍增管 PMT的高压初值。然后，第一微处理器从第三步开始采集伽马脉冲数据。具体为在一个谱采 集时间内，A/D转换器有伽马中断输入时，第一微处理器读取A/D转换器的数据，并根据读 取的A/D转换器数据映射到双端口RAM相应谱道存储区，进行累加1操作。在第六步，判断 谱采集时间结束时，第一微处理器切换下一帧继续进行伽马脉冲信号采集。
[0030] 第二微处理器在完成如3所示流程中的第一至第四步之后，等待第一微处理器完 成第一帧谱采集。即，在第五步，判断谱采集时间结束时，也就是第一微处理器完成第一帧 谱采集时，第二微处理器进行第六步，即读取第一帧谱采集数据并传输谱数据，同时清空数 据第一帧谱数据存储区。在第一微处理器完成第二帧谱数据采集时，第二微处理器反复上 述数据读取操作。这样第一微处理器完成高速伽马脉冲数据采集，写入双端口RAM中，第二 微处理器完成把第一微处理器最先存入双端口RAM中的谱数据帧首先读出并传输出去，实 现高速伽马信号采集和传输并行处理，提高了数据采集和传输的速率。
[0031] 第一和第二微处理器还协同完成自稳控制。具体为，第一微处理器采集的谱数据 中包含自稳峰谱数据。第二微处理器在一个自稳周期内，把读出的谱数据中的自稳峰谱数 据累计。在自稳周期结束时，计算自稳峰谱漂移，并判断自稳峰漂移是否超过设定值。若自 稳峰漂移超过设定值，则传输到自稳电路，自稳电路根据自稳峰漂移参数控制光电倍增管 PMT的高压模块的输出电压，产生相应的高压信号，实现自稳目的。若自稳蜂漂移未超过设 定值，则清空自稳峰谱数据，并重复进行自稳操作步骤。这样，第一和第二微处理器协同完 成自稳控制。
[0032] 根据本发明的小口径伽马能谱测井装置，其中阀值比较电路中设定的阀值为 30-150Kev，较好为 30-100Kev，最好为 30Kev。
[0033] 根据本发明的小口径伽马能谱测井装置，帧谱采集时间为250ms-5s，较好为 500-1000ms，最好为 800ms。
[0034] 根据本发明的小口径伽马能谱测井装置，自稳周期为2_8s，较好为3_5s，最好为 4s〇
[0035] 根据本发明的小口径伽马能谱测井装置，自稳谱漂设定值为0.5-10%，最好为
[0036] 根据本发明的小口径伽马能谱测井装置，BGO晶体探测器外设置有Pb-Sn组合屏。
[0037] 根据本发明的小口径伽马能谱测井装置数据采集和传输方法，使用双微处理器和 双口RAM。第一微处理器按照如图2所示流程完成伽马谱数据帧采集并存储在双端口RAM 中，第二微处理器按照如图3所示流程读取并传输伽马谱帧数据。
[0038] 根据本发明的小口径伽马能谱测井装置数据采集和传输方法，帧谱采集时间为 250ms-5s，较好为 500-1000ms，最好为 800ms。
[0039] 根据本发明的小口径伽马能谱测井装置自稳方法，使用双微处理器和双端口RAM。 第一微处理器按照如图2所示流程完成自稳峰谱数