专利名称：随钻探层测距雷达及其信号发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于石油、煤炭及其他矿储层的随钻探测其分界面及储层厚度的设备，尤其涉及一种随钻探层测距雷达及其信号发生器。
背景技术：
当前，在石油、天然气及煤层气的开发中为了获得更大的产能，往往通过水平井钻井技术，使钻机钻出的井筒轨迹保持在油气层和煤层中，但在实际的施工中井筒轨迹无法完全保持在油气层和煤层中，其原因是目前还没有能定量测出在油气层和煤层界面以及厚度的方法与技术，虽然采用伽玛和电阻率的方法能测出油气层、煤层与其上下盖层的差别，但这仅仅是定性的判断而无法定量或相对准确地测出井筒轨迹距上下边界面的距离。目前方案是将测距雷达集成在随钻仪器中，使其在随钻过程中不断测量随钻仪器与其分界面的距离。目前现有测距雷达的信号源通常使用的种类有:单脉冲信号、连续波信号、脉冲调制波信号。图3是以往单脉冲产生电路原理图，其产生高压脉冲的工作原理是，雪崩管Ql的供电电压VH在Uceo和Ucbo之间，使雪崩管工作在临界雪崩状态，当触发信号单元发出一个方波触发信号，经过C2和R3组成的微分电路后，整形为一个低压、纳秒级的信号。当此信号进入到Ql后，使其发生雪崩击穿，产生瞬间的雪崩击穿电流，使雪崩管Ql和储能电容Cl分别与电阻R2和接口 Pl所接负载天线分别构成电流回路，表现为在电阻R2和天线上分别产生高压脉冲信号。这个高压脉冲信号的幅度和脉冲宽度根据供电电压HV和元件Ql, Cl，C2的选择不同，其变化范围可在几十幅到上百幅不等，脉冲宽度在几个纳秒到几十纳秒不等。但以上三种信号中，在实际探地雷达通常都是使用高压单脉冲信号，此种信号虽然在信号产生和后期处理上较容易实现，但发射单个脉冲的辐射效果较脉冲调制波信号有所不及。为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种随钻探层测距雷达及其信号发生器，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种随钻探层测距雷达及其信号发生器，其结构简单，制造方便，在单脉冲产生电路基础上进行有效、合理的级联，能产生3个连续的高压脉冲信号，从而使探层测距雷达系统获得更加有效、清晰、幅度更大的接收信号，提高系统的分辨率和方便后期的数据。为实现上述目的，本发明公开了一种随钻探层测距雷达的信号发生器，该信号发生器包含有高压电源和三级单脉冲级联电路，该三级单脉冲级联电路包含第一级脉冲电路、第二级脉冲电路和第三级脉冲电路，其特征在于:
该第一级脉冲电路包含第一级微分电路、第一级雪崩管和第一级回路，该第一级微分电路包含第一电容和第一电阻，该第一级回路包含第二电容和第二电阻；该第二级脉冲电路包含第二级雪崩管和第二级回路，该第二级回路包含第三电容和第三电阻；该第三级脉冲电路包含第三级雪崩管和第三级回路，该第三级回路包含第四电容和第四电阻；还包含有第二级触发单元和第三级触发单元，该第二级触发单元包含位于第一级雪崩管的射级和地之间的第五电阻和第一级雪崩管和第二级雪崩管之间的第六电阻，该第三级触发单元包含位于第二级雪崩管的射级和地之间的第七电阻和第二级雪崩管和第三级雪崩管之间的第八电阻，且第五电阻和第七电阻为低阻值。其中:第五电阻和第七电阻为0.22欧姆。还公开了一种随钻探层测距雷达，其特征在于:该测距雷达包含第一发射单元、第一信号发生器、第一接收单元、第一信号处理单元、第一信号计算转换单元、第二发射单元、第二信号发生器、第二接收单元、第二信号处理单元、第二信号计算转换单元以及触发信号单元，该第一信号发生器和第二信号发生器为权利要求1或2所述的信号发生器。其中:第一发射单元连接至第一信号发生器，其为1G-5G发射天线振子；第一接收单元为1G-5G接收天线振子，第一信号处理单元包含相互连接的1G-5G小信号放大器和信号滤波及整形器，该1G-5G小信号放大器连接至第一接收单元；第一计算转换单元包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器和时距转换电路，该信号同步及反射时差计算处理器连接至信号滤波及整形器。其中:第二发射单元连接至第二信号发生器，其为50M-900M发射天线振子；第二接收单元为50M-900M接收天线振子，第二信号处理单元包含相互连接的50M-900M小信号放大器和信号滤波及整形器，该50M-900M小信号放大器连接至第二接收单元；第二计算转换单元包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器和时距转换电路，该信号同步及反射时差计算处理器连接至信号滤波及整形器。其中:该触发信号单元包含转角传感器和电磁波脉冲发射控制器。通过上述结构，本发明的随钻探层测距雷达及其信号发生器具有如下技术效果:1、可产生较单脉冲脉冲信号更好信号，使其在较使用原有单脉冲信号的探层测距雷达系统中，能够探测到更深层的物体。2、保证全面地覆盖和信号的有效性，使得雷达的测距功能更加全面，准确性更高。本发明将通过下面的具体实施例进行进一步的详细描述，且进一步结合对附图的说明将得到更加清楚和明显的了解。
图1显示了本发明应用的随钻探层测距雷达的结构示意图。图2显示了本发明的组成框图。图3显示了现有技术中单脉冲信号产生的基本结构图。图4显示了本发明的三级单脉冲产生的信号发生器的基本结构图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明涉及一种随钻探层测距雷达及其信号发生器，图1显示了整个随钻探层测距雷达的结构示意图，该测距雷达包含第一发射单元11、第一信号发生器12、第一接收单元13、第一信号处理单元14、第一信号计算转换单元17、第二发射单元21、第二信号发生器22、第二接收单元23、第二信号处理单元24、第二信号计算转换单元27以及触发信号单元100。其中，第一发射单元11连接至第一信号发生器12，其为1G-5G发射天线振子；第一接收单元13为1G-5G接收天线振子，第一信号处理单元14包含相互连接的1G-5G小信号放大器15和信号滤波及整形器16，该1G-5G小信号放大器15连接至第一接收单元13 ；第一计算转换单元17包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器18和时距转换电路19，该信号同步及反射时差计算处理器18连接至信号滤波及整形器16。其中，第二发射单元21连接至第二信号发生器22，其为50M-900M发射天线振子；第二接收单元23为50M-900M接收天线振子，第二信号处理单元24包含相互连接的50M-900M小信号放大器25和信号滤波及整形器26，该50M-900M小信号放大器25连接至第二接收单元23 ;第二计算转换单元27包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器28和时距转换电路29，该信号同步及反射时差计算处理器28连接至信号滤波及整形器26。其中，该触发信号单元100包含转角传感器101和电磁波脉冲发射控制器102。由此，整个测距雷达通过两套不同频率的雷达进行测距，保证全面地覆盖和信号的有效性，使得雷达的测距功能更加全面，准确性更高。本发明的另一个重点是对其中的信号发生器进行了设计，该第一信号发生器12和第二信号发生器22的结构相同，参见图2，均包含有高压电源1001和三级单脉冲级联电路1002，该高压电源1001产生足够高的电压提供给三级单脉冲级联电路1002，以通过辐射器件将产生的信号辐射出去。参见图4，显示了信号发生器的具体结构，其包含第一级脉冲电路、第二级脉冲电路和第三级脉冲电路。其中，该第一级脉冲电路包含第一级微分电路、第一级雪崩管Q2和第一级回路，该第一级微分电路包含第一电容C6和第一电阻R12，该第一级回路包含第二电容C3和第二电阻R7;该第二级脉冲电路包含第二级雪崩管Q3和第二级回路，该第二级回路包含第三电容C4和第三电阻R8 ;该第三级脉冲电路包含第三级雪崩管Q4和第三级回路，该第三级回路包含第四电容C5和第四电阻R9。为了实现三级联动，本发明设计了第二级触发单元和第三级触发单元，该第二级触发单元包含位于第一级雪崩管Q2的射级和地之间的第五电阻R13和第一级雪崩管Q2和第二级雪崩管Q3之间的第六电阻R10，该第三级触发单元包含位于第二级雪崩管Q3的射级和地之间的第七电阻R14和第二级雪崩管Q3和第三级雪崩管Q4之间的第八电阻R11，且第五电阻R13和第七电阻R14为低阻值，优选为0.22欧姆，以实现对第二级和第三级的触发操作。由此，当触发信号经过C6和R12后变成信号，触发Q2发生雪崩现象，这时发生的现象就如图3脉冲产生电路产生的高压脉冲信号输出给接口 P2的天线负载，在这个过程中由于有电流经过阻值为0.22欧姆的R13，这样就会在R13上产生一个正脉冲触发信号，此正脉冲触发信号进入到处在雪崩状态的Q3后，亦发生上述的情况，也就在接口 P2的天线负载上产生了高压脉冲；按此过程，在R15上产生触发信号进入到Q4，之后在P2接口天线上产生高压脉冲。至此，在P2所接的负载天线上，就可在时间上依次产生3个连续的高压脉冲信号。通过上述描述可知，本发明的优点如下:1、可产生较单脉冲脉冲信号更好信号，使其在较使用原有单脉冲信号的探层测距雷达系统中，能够探测到更深层的物体。2、保证全面地覆盖和信号的有效性，使得雷达的测距功能更加全面，准确性更高。本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种随钻探层测距雷达的信号发生器，该信号发生器包含有高压电源和三级单脉冲级联电路，该三级单脉冲级联电路包含第一级脉冲电路、第二级脉冲电路和第三级脉冲电路，其特征在于: 该第一级脉冲电路包含第一级微分电路、第一级雪崩管和第一级回路，该第一级微分电路包含第一电容和第一电阻，该第一级回路包含第二电容和第二电阻；该第二级脉冲电路包含第二级雪崩管和第二级回路，该第二级回路包含第三电容和第三电阻；该第三级脉冲电路包含第三级雪崩管和第三级回路，该第三级回路包含第四电容和第四电阻； 还包含有第二级触发单元和第三级触发单元，该第二级触发单元包含位于第一级雪崩管的射级和地之间的第五电阻和第一级雪崩管和第二级雪崩管之间的第六电阻，该第三级触发单元包含位于第二级雪崩管的射级和地之间的第七电阻和第二级雪崩管和第三级雪崩管之间的第八电阻，且第五电阻和第七电阻为低阻值。
2.如权利要求1所述的信号发生器，其特征在于:第五电阻和第七电阻为0.22欧姆。
3.一种随钻探层测距雷达，其特征在于:该测距雷达包含第一发射单元、第一信号发生器、第一接收单元、第一信号处理单元、第一信号计算转换单元、第二发射单元、第二信号发生器、第二接收单元、第二信号处理单元、第二信号计算转换单元以及触发信号单元，该第一信号发生器和第二信号发生器为权利要求1或2所述的信号发生器。
4.如权利要求3所述的随钻探层测距雷达，其特征在于:第一发射单元连接至第一信号发生器，其为1G-5G发射天线振子；第一接收单元为1G-5G接收天线振子，第一信号处理单元包含相互连接的1G-5G小信号放大器和信号滤波及整形器，该1G-5G小信号放大器连接至第一接收单元；第一计算转换单元包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器和时距转换电路，该信号同步及反射时差计算处理器连接至信号滤波及整形器。
5.如权利要求3所述的随钻探层测距雷达，其特征在于:第二发射单元连接至第二信号发生器，其为50M-900M发射天线振子；第二接收单元为50M-900M接收天线振子，第二信号处理单元包含相互连接的50M-900M小信号放大器和信号滤波及整形器，该50M-900M小信号放大器连接至第二接收单元；第二计算转换单元包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器和时距转换电路，该信号同步及反射时差计算处理器连接至信号滤波及整形器。
6.如权利要求3-5中任一所述的随钻探层测距雷达，其特征在于:该触发信号单元包含转角传感器和电磁波脉冲发射控制器。
全文摘要
一种随钻探层测距雷达及其信号发生器，该信号发生器包含有高压电源和三级单脉冲级联电路，该三级单脉冲级联电路包含第一级脉冲电路、第二级脉冲电路和第三级脉冲电路，还包含有第二级触发单元和第三级触发单元，本发明结构简单，制造方便，在单脉冲产生电路基础上进行有效、合理的级联，能产生3个连续的高压脉冲信号，从而使探层测距雷达系统获得更加有效、清晰、幅度更大的接收信号，提高系统的分辨率和方便后期的数据。
文档编号G01S7/282GK103197288SQ201310128108
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者张明宝, 李林, 盛利民, 窦修荣, 滕鑫淼 申请人:中国石油集团钻井工程技术研究院