一种数字声波采集短节的制作方法

本实用新型涉及声波采集技术领域，具体涉及一种数字声波采集短节。

背景技术：

声波在不同的介质中传播时，速度，幅度和频率等声学特性的变化都不相同，声波测井是根据声学物理理论发展起来的一种测井方法，数字声波就是通过测量纵波在地层中传播的时差，来确定地层的孔隙度，另一方面，也可以通过测量声波幅度在套管井进行3英尺的水泥胶结测井和5英尺的变密度测井来检查固井质量。

无论是对声波的传播时差，还是幅度的测量，都需要由声波采集电路对声波信号进行采集处理。因此，声波采集电路是声波测井仪器的关键电路，其稳定性和抗干扰性的优劣对声波测井测井的质量起到关键的作用。

目前采集声波的方法通常是将换能器检测的信号通过长屏蔽线穿越整个声音系统接入采集电子线路，在电子线路中通过差分放大，程控放大，滤波处理后，再接入到AD采集实现数字化输出，电子线路采用高温PCB制作，器件中采用分立元器件，芯片采用塑封芯片。

由于声波测井仪的声音系统中的换能器检测的信号幅度很小，且信号通过长屏蔽线穿越整个声音系统接入到电子线路短节，此过程中，信号线很容易受到外界环境的干扰，且各换能器检测的信号之间也存在交叉耦合干扰，另外，经过发射电子线路部分时，由于信号频率段相同，干扰在后端处理时几乎不能消除，因此，信号的信噪比很差。

在电子线路方面，电子线路采用高温PCB制作，在测井的高温环境下，电路板中的电子元器件均存在性能下降的问题，无法长期保持采集电路的稳定性，并且由于电子器件采取贴片封装，加上线路复杂，如有故障发生，很难进行问题的查找。

鉴于此，特提出此实用新型。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种数字声波采集短节，通过插接形式将声波接收换能器信号与采集电路直接相连，可极大的减弱声波信号可能受到的外部干扰，提高输入信号的信噪比。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种数字声波采集短节，包括圆柱型外壳、插座及采集电路，所述插座包括设于外壳表面的前端插座，所述前端插座包括模拟量输入端、第一电源输入端、第一同步命令输入端、第一数据传输端以及第一接地端，所述采集电路设于外壳内，所述采集电路包括串联于模拟量输入端与第一数据传输端之间的信号调理模块、AD采样模块、微处理器模块以及通信模块，所述微处理器模块设有同步命令接收端，所述同步命令接收端与同步命令输入端连接。

进一步，所述信号调理模块包括依次串联的差分放大单元、带通滤波单元、程控放大单元、第一幅值调整单元以及第二幅值调整单元，所述差分放大单元的数据输入端与所述模拟量输入端连接，所述第二幅值调整单元的数据输出端与所述AD采样模块的数据输入端连接。

进一步，所述程控放大单元的程序输入端与所述微处理器模块的数据输出端连接。

进一步，所述第一幅值单元包括归一化电路。

进一步，所述第二幅值单元包括依次串联的低通滤波器与求和电路。

进一步，所述AD采样模块包括AD采样芯片以及与AD采样芯片连接的电压基准单元，所述AD采样芯片的数据输入端与所述第二幅值调整单元的数据输出端连接，所述AD采样芯片的数据输出端与微处理器模块的数据输入端连接。

进一步，所述通信模块包括CAN收发器，所述CAN收发器的通信端与所述微处理器模块的通信端连接，且与所述第一数据传输端连接。

进一步，所述前端插座设有外壳其中一个底面，所述插座还包括设于所述外壳另一个底面的后端插座，所述后端插座包括第二电源输入端、第二同步命令输入端、第二数据传输端以及第二接地端，所述第二电源输入端与所述第一电源输入端连接，所述第二同步命令输入端与所述第一同步输入端连接，所述第二数据传输端与所述第一数据传输端连接，所述第一接地端与所述第二接地端连接。

进一步，还包括稳压滤波模块，所述稳压滤波模块与第一输入端电源连接。

本实用新型的有益效果是：

(1)通过前端插座中的模拟量输入端将声波接收换能器信号与短节中的采集电路直接相连，达到了最短距离连接，避免了通过长屏蔽线穿越整个声系将换能器检测的信号接入到电子线路短节，极大的减弱了声波信号可能受到的外部干扰，提高了输入信号的信噪比。

(2)通过前端插座中的模拟量输入端将声波接收换能器信号与短节中的采集电路直接相连，也避免了仪器内部贯通线的数量，节约了仪器结构截面尺寸，同时，将采集短节置入声音系统内部，又节约了仪器的电子电路的长度，非常利于仪器的小型化，便于小井眼声波仪器的研发。

(3)在采集短节内部实现声波信号的数字化传输，减小了信号线之间交叉耦合干扰以及发射信号的干扰，进一步提高了声波信号的信噪比和信号的稳定性。

附图说明

图1为一种数字声波采集短节的结构示意图；

图2为信号调理模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，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其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1～2所示，一种数字声波采集短节，包括圆柱型外壳、前端插座、后端插座以及采集电路，所述外壳的高为55mm，所述外壳上下表面的直径为44mm，所述外壳的材料为17-4PH不锈钢，所述前端插座设于外壳其中一个底面，所述后端插座设于外壳另一个底面，所述前端插座设有11～18号引脚插孔，各引脚插孔含义如表1所示：

表1前端插座引脚插孔定义表

所述后端插座设有21～26号引脚插孔，各引脚插孔含义如表2所示：

表2前端插座引脚插孔定义表

其中，13号引脚插孔与21号引脚插孔在外壳内相互连接，14号引脚插孔与22号引脚插孔在外壳内相互连接，15号引脚插孔与26 号引脚插孔在外壳内相互连接，16号引脚插孔与25号引脚插孔在外壳内相互连接，17号引脚插孔与24号引脚插孔在外壳内相互连接， 18号引脚插孔与23号引脚插孔在外壳内相互连接，所述13号引脚插孔与14号引脚插孔连接稳压滤波模块后用于采集电路的供电。

所述采集电路采用厚膜混合集成电路形式，分布在圆柱形短节内部，提高了采集电路的集成度，减小了采集电路的体积，另一方面，厚膜混合集成电路利用惰性氮气封装保护，大大延缓了器件氧化，腐蚀，老化的进程，在提高采集电路可靠性的同时，对采集电路的长期稳定性也提供了有力的保证。

所述采集电路包括依次串联的信号调理模块、AD采样模块、微处理器模块以及通信模块，所述微处理器模块包括soc单片机，所述 soc单片机的SYNC端与16号引脚插孔连接，所述soc单片机的CLK 端连接的晶振单元。

所述信号调理模块包括依次串联的差分放大单元、带通滤波单元、程控放大单元、第一幅值调整单元以及第二幅值调整单元，所述差分放大单元包括由仪表放大器构成的差分放大电路，所述差分放大电路的IN+端与12号引脚插孔连接，所述差分放大电路的IN-端与 11号引脚插孔连接，所述带通滤波单元包括带通滤波器，所述带通滤波器的频率范围为200～40KHz，所述程控放大单元包括16档倍数可调的程控放大器，所述程控放大器根据档位的不同可完成1～6k倍的放大，所述程控放大器包括4个倍数调节输入端，所述4个倍数调节输入端与所述soc单片机的4个I/O输出端连接，所述soc单片机通过I/O输出端向程控放大器发送4位不同的二进制码，以此调节程控放大器的放大倍数。

所述第一幅值单元包括由运算放大器构成的归一化电路，所述第二幅值单元包括依次串联的低通滤波器与由运算放大电路构成的求和电路，所述低通滤波器的频率限值为1.5MHz，所述求和电路的数据输出端与所述AD采样模块的数据输入端连接。

所述AD采样模块包括AD采样芯片以及与AD采样芯片REF 端连接的电压基准单元，通过所述电压基准单元可以提高AD采样芯片的采样精度，所述AD采样芯片的SDIN端与所述求和单元的数据输出端连接，所述AD采样芯片的SDOUT端与所述soc单片机的 SDIN端连接。

所述通信模块包括CAN收发器，所述CAN收发器的CANTX端与所述soc单片机的CANTX端连接，所述CAN收发器的CANRX 端与所述soc单片机的CANRX端连接，所述CAN收发器的CANH 端与17号引脚插孔连接，所述CAN收发器的CANL端与18号引脚插孔连接，且与所述第一数据传输端连接。

在数字声波采集短节内部实现声波信号的数字化传输，减小了信号线之间交叉耦合干扰以及发射信号的干扰，大大提高了声波信号的信噪比和信号的稳定性。另外，数字声波采集短节内的采集电路采用整体化设计，并通过归一化调整，各个短节同时使用时的一致性得到保证，出现故障后也可以直接替换，维修方便，大大降低了使用者查找问题和维修电路的难度。

在使用时，数字声波采集短节通过11号引脚插孔以及12号引脚插孔与声波换能器的模拟量输出端连接，接收声波换能器检测的声波模拟量信号，且数字声波采集短节通过16～18号引脚插孔与主控机连接，接收主控机发送的同步采集命令，以及完成与主控机之间的数据通讯。

数字声波采集短节通过前端插座中的模拟量输入端将声波接收换能器信号与短节中的采集电路直接相连，达到了最短距离连接，避免了通过长屏蔽线穿越整个声系将换能器检测的信号接入到电子线路短节，极大的减弱了声波信号可能受到的外部干扰，提高了输入信号的信噪比。另一方面，通过前端插座中的模拟量输入端将声波接收换能器信号与短节中的采集电路直接相连，也避免了仪器内部贯通线的数量，节约了仪器结构截面尺寸，同时，将采集短节置入声音系统内部，又节约了仪器的电子电路的长度，非常利于仪器的小型化，便于小井眼声波仪器的研发。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。