一种微球测井仪的制作方法

本实用新型涉及一种测井仪，尤其涉及一种微球测井仪。

背景技术：

煤层气的勘探和开发不但可以增加新的洁净能源，而且对煤矿安全生产和环境保护具有重要意义。煤层气测井是煤层气勘探和开发的主要手段，应用先进、合理、有效的测井方法，可以求取煤储层的重要参数，如煤层的深度、厚度和结构、工业分析指标、含气量、渗透率等，可减少参数井的施工和其他测试项目，提高钻效，大大降低成本。

微球测井是用来测量钻井周围地层冲洗带的电阻率，其往往同时与双侧向测井组合测量，可反映地层在径向方向上电阻率的变化，评价煤岩层的渗透性。

由于钻井环境十分恶劣，通常微球测井仪要在高温高压的条件下工作。此外，通常是通过交流供电线经过工频变压器降压，再经整流电路输出直流电压后，经线性电源降压，将线性电源的输出电压作为微球测井仪的供电电源。由于工频变压器的体积较大，使得微球测井仪的体积较大。而煤田钻井的直径较小，微球测井仪的体积较大，将无法测量。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种微球测井仪，以使微球测井仪的体积减小，同时降低功耗。

本实用新型实施例提供了一种微球测井仪，包括：

微球电极；

测量电路，与微球电极电连接，用于通过向微球电极施加主电流信号和屏蔽电流信号，并采集相应的电信号，以获取井下冲洗带电阻率；

整流电路，整流电路的输入端与交流供电线电连接，用于将交流供电线提供的交流电压转换成直流电压；

隔离型开关变换电路，输入端与整流电路的输出端电连接，输出端与测量电路的供电电源端连接，用于将整流电路输出的直流电压进行降压，以输出至测量电路，其中，隔离型开关变换电路包括高频变压器。

进一步地，还包括保温瓶，测量电路、整流电路和隔离型开关变换电路中的至少一个设置在保温瓶内。

进一步地，隔离型开关变换电路的开关频率大于100kHz。

进一步地，隔离型开关变换电路包括下述至少一种：反激式隔离型开关变换电路、半桥式隔离型DC-DC开关变换电路和全桥式隔离型DC-DC开关变换电路。

进一步地，微球电极包括：主电极、泥饼校正电极、屏蔽电极、第一监督电极、第二监督电极和接地电极，其中，主电极为矩形电极，泥饼校正电极、屏蔽电极、第一监督电极和第二监督电极均为环状电极，主电极、泥饼校正电极、屏蔽电极、第一监督电极和第二监督电极在同一平面，由内到外依次环环间隔排列。

进一步地，测量电路包括单片机、数模转换器、模数转换器、主电流生成电路、屏蔽电流生成电路、第一电压采集电路、第二电压采集电路和第一电流采集电路，

其中，数模转换器，输入端与单片机电连接，用于根据单片机输出的对应正弦波的数字信号，输出第一正弦波信号和第二正弦波信号；

主电流生成电路，输入端与数模转换器的第一输出端电连接，第一输出端与主电极电连接，第二输出端与接地电极电连接，用于将第一正弦波信号转换生成主电流信号施加在主电极和接地电极上；

屏蔽电流生成电路，输入端与数模转换器的第二输出端电连接，第一输出端与主电极电连接，第二输出端与屏蔽电极电连接，用于将第二正弦波信号转换生成屏蔽电流信号施加在主电极和屏蔽电极上；

第一电压采集电路，第一端与第一监督电极电连接，第二端与第二监督电极电连接，用于采集第一监督电极和第二监督电极之间的第一电压；

第二电压采集电路，第一端与泥饼校正电极电连接，第二端与第一监督电极电连接，用于采集泥饼校正电极和第一监督电极之间的第二电压；

第一电流采集电路，用于采集主电流生成电路与主电极连接线上的第一电流；

模数转换器，第一输入端与第一电压采集电路的输出端电连接，第二输出端与第二电压采集电路的输出端电连接，第三输出端与第一电流采集电路的输出端电连接，输出端与单片机电连接，用于将第一电压、第二电压和第一电流转换成对应的数字信号，发送至单片机；

单片机用于根据第一电压对应的数字信号，调整与第一正弦波信号对应的数字信号，以使采集的第一电压为零，还用于根据第二电压对应的数字信号和第一电流对应的数字信号，计算井下冲洗带电阻率。

进一步地，数模转换器和/或模数转换器集成在单片机内。

进一步地，隔离型开关变换电路还包括第一开关管、第一二极管和第一电容；高频变压器包括一次绕组和二次绕组；

其中，一次绕组的第一端与隔离型开关变换电路的正极输入端电连接，一次绕组的第二端与第一开关管的第一端电连接；

第一开关管的第二端与隔离型开关变换电路的负极输入端电连接；

二次绕组的第一端与第一二极管的阳极电连接，二次绕组的第二端，以及第一电容的第一端均与隔离型开关变换电路的负极输出端电连接；

第一二极管的阴极，以及第一电容的第二端均与隔离型开关变换电路的正极输出端电连接；

其中，一次绕组的第一端与二次绕组的第二端为同名端。

进一步地，整流电路包括由四个二极管组成的整流桥和第二电容，其中，整流桥的输入端与交流供电线连接，第二电容并联在整流桥的输出端，整流桥的输出端与整流电路的输出端电连接。

进一步地，还包括通讯线路，与单片机电连接，用于将第二电压对应的数字信号、第一电流对应的数字信号和井下冲洗带电阻率传输至地面系统。

本实用新型实施例的技术方案通过采用整流电路的输入端与交流供电线电连接，将交流供电线提供的交流电压转换成直流电压；隔离型开关变换电路的输入端与整流电路的输出端电连接，隔离型开关变换电路的输出端与测量电路的供电电源端连接，将整流电路输出的直流电压进行降压，以输出至测量电路，其中，隔离型开关变换电路包括高频变压器，相比于使用工频变压器的方式，可以大幅度减小变压器的体积，并且隔离型开关变换电路中的开关管工作在饱和状态或截止状态，电能消耗极少，从而可以降低功耗。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种微球测井仪的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种微球电极的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种测量电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种隔离型开关变换电路的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种整流电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种微球测井仪的结构示意图，该微球测井仪包括：微球电极110、测量电路120、整流电路130和隔离型开关变换电路140。

其中，测量电路120，与微球电极110电连接，用于通过向微球电极110施加主电流信号和屏蔽电流信号，并采集相应的电信号，以获取井下冲洗带电阻率；整流电路130，整流电路130的输入端与交流供电线电连接，用于将交流供电线提供的交流电压转换成直流电压；隔离型开关变换电路140，隔离型开关变换电路140的输入端与整流电路130的输出端电连接，隔离型开关变换电路140的输出端与测量电路120的供电电源端连接，用于将整流电路130输出的直流电压进行降压，以输出至测量电路120，其中，隔离型开关变换电路包括高频变压器(图中未画出)。

需要说明的是，隔离型开关变换电路的电能转换效率高，相比于线性电源(因线性电源的三极管工作在线性状态，三极管上的压降较大，导致输入到输出的电能转换效率较低)，隔离型开关变换电路中的开关管工作在饱和状态或截止状态，电能消耗极少，从而可以减少电能的浪费。

本实施例的技术方案通过采用整流电路的输入端与交流供电线电连接，将交流供电线提供的交流电压转换成直流电压；隔离型开关变换电路的输入端与整流电路的输出端电连接，隔离型开关变换电路的输出端与测量电路的供电电源端连接，将整流电路输出的直流电压进行降压，以输出至测量电路，其中，隔离型开关变换电路包括高频变压器，相比于使用工频变压器的方式，可以大幅度减小变压器的体积，并且隔离型开关变换电路中的开关管工作在饱和状态或截止状态，电能消耗极少，从而可以降低功耗。

可选的，该微球测井仪还包括保温瓶，测量电路、整流电路和隔离型开关变换电路中的至少一个设置在保温瓶内。该保温瓶为金属绝热瓶。进一步地，测量电路、整流电路和隔离型开关变换电路均设置在同一保温瓶内，以置于微球测井仪中，测量电路、整流电路和隔离型开关变换电路可以与井下环境隔绝，免受井下高温环境的影响，以确保各种电路的正常运行。

可选的，隔离型开关变换电路的开关频率大于100kHz。开关频率越高，所用高频变压器的体积越小，从而降低微球测井仪的体积，进而可以将隔离型开关变换电路放入保温瓶内，以确保隔离型开关变换电路的正常运行，免受井下高温的影响。

可选的，隔离型开关变换电路包括下述至少一种：反激式隔离型开关变换电路、半桥式隔离型DC-DC开关变换电路和全桥式隔离型DC-DC开关变换电路。

可选的，如图2所示，图2为本实用新型实施例提供的一种微球电极的结构示意图，在上述实施例的基础上，微球电极包括：主电极A₀、泥饼校正电极M₀、屏蔽电极A₁、第一监督电极M₁、第二监督电极M₂和接地电极(仪器的金属外壳，图中未画出)，其中，主电极A₀为矩形电极，泥饼校正电极M₀、屏蔽电极A₁、第一监督电极M₁和第二监督电极M₂均为环状电极，主电极A₀、泥饼校正电极M₀、屏蔽电极A₁、第一监督电极M₁和第二监督电极M₂在同一平面，由内到外依次环环间隔排列。

可选的，如图3所示，图3为本实用新型实施例提供的一种测量电路的结构示意图，在上述实施例的基础上，测量电路包括单片机121、数模转换器122、模数转换器123、主电流生成电路124、屏蔽电流生成电路125、第一电压采集电路126、第二电压采集电路127和第一电流采集电路128。其中，通过预设软件程序，单片机输出的对应正弦波的数字信号，经数模转换器进行数模转换后，输出呈正弦变化的模拟信号，以替代原有的用于产生正弦波的振荡电路。

其中，数模转换器122，数模转换器122的输入端与单片机121电连接，用于根据单片机121输出的对应正弦波的数字信号，输出第一正弦波信号和第二正弦波信号。该第一正弦波信号和第二正弦波信号的频率不同。第一正弦波信号的频率为第一预设频率，第二正弦波信号的频率为第二预设频率。

主电流生成电路124，主电流生成电路124的输入端与数模转换器122的第一输出端电连接，主电流生成电路124的输出端与主电极A₀和接地电极B电连接，用于将第一正弦波信号转换生成主电流信号施加在主电极A₀和接地电极B上。该主电流生成电路包括第一功率放大电路，可以将信号进行放大，可将第一正弦波信号经过功率放大后，生成主电流信号。主电流信号的频率为第一预设频率。

屏蔽电流生成电路125，屏蔽电流生成电路125的输入端与数模转换器122的第二输出端电连接，屏蔽电流生成电路125的输出端与主电极A₀和屏蔽电极A₁电连接，用于将第二正弦波信号转换生成屏蔽电流信号施加在主电极A₀和屏蔽电极A₁上。该屏蔽电流生成电路包括第二功率放大电路，可以将信号进行放大，可将第二正弦波信号经过功率放大后，生成屏蔽电流信号。屏蔽电流信号的频率为第二预设频率。

第一电压采集电路126，第一电压采集电路126的第一端与第一监督电极M₁电连接，第一电压采集电路126的第二端和第二监督电极M₂电连接，用于采集第一监督电极M₁和第二监督电极M₂之间的第一电压。

第二电压采集电路127，第一电压采集电路126的第一端与泥饼校正电极M₀电连接，第一电压采集电路126的第二端和第一监督电极M₁电连接，用于采集泥饼校正电极M₀和第一监督电极M₁之间的第二电压。

第一电流采集电路128，用于采集主电流生成电路124与主电极A₀连接线上的第一电流。

模数转换器123，模数转换器123的第一输入端与第一电压采集电路126的输出端电连接，模数转换器123的第二输入端与第二电压采集电路127的输出端电连接，模数转换器123的第三输入端与第一电流采集电路128的输出端电连接，模数转换器123的输出端与单片机121电连接，用于将第一电压、第二电压和第一电流转换成对应的数字信号，发送至单片机121。

单片机121用于根据第一电压对应的数字信号，调整与第一正弦波信号对应的数字信号，以使采集的第一电压为零，还用于根据第二电压对应的数字信号和第一电流对应的数字信号，计算井下冲洗带电阻率。将采集的第二电压和第一电流直接经模数转换器传输至单片机，无需经过相敏检波等功能的电路，将交流量转换为直流量，再经模数转换器传输至单片机，而是直接将第二电压和第一电流等交流量直接发送至单片机进行信号处理，以计算井下冲洗带电阻率，从而可以提高测量电路的集成度，减小微球测井仪的体积。

测量的工作原理：单片机121将对应正弦波的数字信号经数模转换器122送到主电流生成电路124中，将第一预设频率的主电流信号施加主电极A₀和接地电极B上。单片机121将对应正弦波的数字信号经数模转换器122送到屏蔽电流生成电路125中，将第二预设频率的主屏蔽电流信号施加主电极A₀和屏蔽电极A₁上。此时在井壁上就形成了一个由两个频率叠加而成的电场，此电场在微球电极的各个电极上产生电位差，第一监督电极M₁和第二监督电极M₂之间的第一电压由第一电压采集电路126采集，经模数转换器123进行模数转换后，输出至单片机121，单片机121根据第一电压对应的数字信号，计算得第一预设频率的信号幅值和第二预设频率的信号幅值，若第一预设频率的信号幅值和第二预设频率的信号幅值不相等，则调整与第一正弦波信号对应的数字信号，即调整主电流信号的幅值，或者调整与第二正弦波信号对应的数字信号，即调整屏蔽电流信号的幅值，直至使计算得到的第一预设频率的信号幅值和第二预设频率的信号幅值相等，即第一监督电极M₁和第二监督电极M₂上的电位相等，此时第一监督电极M₁和第二监督电极M₂之间不再有电流流过，仪器处于等效聚焦状态，此时主电极A₀输出的主电流便沿着垂直于井轴的方向流入地层返回到接地电极B上，此时单片机可根据第二电压对应的数字信号和第一电流对应的数字信号，计算井下冲洗带电阻率，其中，冲洗带电阻率R＝K*V/I，V为第二电压，I为第一电流，K为电极系数。示例性的，当第一预设频率的信号幅值大于第二预设频率的信号幅值，减小主电流信号的幅值或者增大屏蔽电流信号的幅值；当第一预设频率的信号幅值小于第二预设频率的信号幅值，增大主电流信号的幅值或者减小屏蔽电流信号的幅值。

可选的，数模转换器122和/或模数转换器123集成在单片机内。

可选的，如图4所示，图4为本实用新型实施例提供的一种隔离型开关变换电路的结构示意图，在上述实施例的基础上，隔离型开关变换电路还包括第一开关管Q1、第一二极管D1和第一电容C1；高频变压器T1包括一次绕组和二次绕组；其中，一次绕组的第一端与隔离型开关变换电路140的正极输入端N1电连接，一次绕组的第二端与第一开关管Q1的第一端电连接；第一开关管Q1的第二端与隔离型开关变换电路140的负极输入端N2电连接；二次绕组的第一端与第一二极管D1的阳极电连接，二次绕组的第二端，以及第一电容C1的第一端均与隔离型开关变换电路140的负极输出端N4电连接；第一二极管D1的阴极，以及第一电容C1的第二端均与隔离型开关变换电路140的正极输出端N3电连接；其中，一次绕组的第一端与二次绕组的第二端为同名端。其中，第一开关管Q1的开关频率大于100kHz。隔离型开关变换电路还包括控制芯片，与该第一开关管Q1的控制端电连接，用于输出驱动信号，控制第一开关管Q1的导通或关断。隔离型开关变换电路的输出电压与高频变压器的变比和第一开关管的占空比有关。第一开关管Q1可以是MOS晶体管或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)晶体管，其中，若第一开关管Q1为MOS晶体管，第一开关管Q1的第一端为MOS晶体管的漏极，第一开关管Q1的第二端为MOS晶体管的源极，第一开关管Q1的控制端为MOS晶体管的栅极；若第一开关管Q1为IGBT晶体管，第一开关管Q1的第一端为IGBT晶体管的集电极，第一开关管Q1的第二端为IGBT晶体管的发射极，第一开关管Q1的控制端为IGBT晶体管的栅极。

可选的，如图5所示，图5为本实用新型实施例提供的一种整流电路的结构示意图，在上述实施例的基础上，整流电路包括由四个二极管组成的整流桥131和第二电容C2，其中，整流桥131的输入端与交流供电线连接，第二电容C2并联在整流桥131的输出端，整流桥131的输出端与整流电路的输出端电连接。第二电容C2起滤波作用。

可选的，该微球测井仪还包括通讯线路，与单片机电连接，用于将第二电压对应的数字信号、第一电流对应的数字信号和井下冲洗带电阻率传输至地面系统。其中，第二电压和第一电流为正弦波。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。