一种井下检波器传感器的测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种井下检波器传感器的测试系统，属于地球物理勘探仪器制造和设备维护领域。本系统包括中低频标准振动台部件、温控盒和数据采集卡；所述温控盒用于实现对不同井深下的温度的模拟；所述温控盒的底部固定安装在所述中低频标准振动台部件上；所述中低频标准振动台部件能够进行垂直向振动；测试时，在所述温控盒内固定安装有标准传感器和待测传感器；所述数据采集卡分别与所述标准传感器和待测传感器连接。本系统能模拟出不同井深下的不同的高温环境，并在设定的温度下对待测传感器进行受热检测，更加接近于实际的工作环境。
【专利说明】一种井下检波器传感器的测试系统
【技术领域】
[0001]本发明属于地球物理勘探仪器制造和设备维护领域，具体涉及一种井下检波器传感器的测试系统，在室内条件下利用中低频振动台和温度控制箱模拟井下高温条件测试、检测地震检波器性能指标的系统。
【背景技术】
[0002]井中地震勘探是地震勘探的一种常用方法，与地面地震勘探的最大差别就是将检波器放置于勘探井中。井中使用的检波器即为井下检波器，通常是一个井下接收系统。如图1所示，使用时井下检波器连接在由测井缆车控制的电缆的一端，通过绞车控制将其放送到设计深度；由放置在测井缆车里并和电缆相连接的地面仪器通过震源同步系统启动震源，进行激发；使地震波向地下传播，遇到地层以直达波和反射波等不同方式先后被井中的多级井下检波器器接收，进行数据采集，并将数据通过电缆上传到地面仪器记录，如图1井中地震采集示意图所示。通过多次重复采集和不断改变井下检波器的深度，从而获得全井段的数据，达到井中采集地震数据的目的。
[0003]井下检波器传感器是井下检波器的核心部件之一。井下检波器通常有传感器、A/D转换、采集控制、传输控制、电源模块等部件组成，硬件连接如图2所示。井下检波器传感器首先接收地下振动，其性能将直接影响到采集资料的质量；它有动圈式、动磁式、压电式传感器等类型。
[0004]对于一个已经制造成型的井下检波器，由于其体积较大且比较重，以进口的WR-MSR测井系统为例，它的一节检波器的长度:约为1500毫米，直径:65毫米，重量:达25公斤。对整个检波器只能进行传输、控制方面的检测，无法做到对检波器传感器的测试。
[0005]现有的国内的行业标准，其中SY/T6541-2003虽然对仪器在超过正常环境条件下的检测提出了要求，而检波器采用SY/T5046-2005的标准中如何对井中检波器的测试方法未能详细叙说。
[0006]井下检波器使用的传感器分为国内和进口的两种，而在使用过程中，只能依据厂家提供的参数进行选用，特别是在井下环境中的温度参数，只能根据厂家参数选取，使用者无法知道知道该传感器在实际温度时的性能表现。
[0007]目前国内对井下检波器传感器的检测，主要是通过震动台产生的信号对被测检波器传感器进行筛选，而对工作环境要求达到100度甚至更高的情况的检测，是将被测的传感器放置在其他的烘箱(烤箱)中将温度设置到一定温度，受热一定时间后，再取出，放置到振动台上去检测。这样就不能完全反映出传感器的在受热状态下的响应，也就不能测定出在真正温度时的传感器的工作状况。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种井下检波器传感器的测试系统，能完全模拟出地震勘探特别是煤层气勘探时井下温度状态下，井下检波器传感器的工作状态，完成对井下检波器传感器的测试和筛选工作，为井下检波器的制造和维护提供出更好、更适合的传感器。
[0009]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0010]一种井下检波器传感器的测试系统，包括中低频标准振动台部件、温控盒和数据采集卡；
[0011]所述温控盒用于实现对不同井深下的温度的模拟；
[0012]所述温控盒的底部固定安装在所述中低频标准振动台部件上；
[0013]所述中低频标准振动台部件能够进行垂直向振动；
[0014]测试时，在所述温控盒内固定安装有标准传感器和待测传感器；
[0015]所述数据采集卡分别与所述标准传感器和待测传感器连接。
[0016]所述温控盒包括封闭内腔体，所述封闭内腔体包括上底面、下底面以及位于两者之间的中空柱体,三者围成一个封闭内腔；
[0017]在所述封闭内腔中安装有电加热器、温度检测装置和温度控制装置；
[0018]所述电加热器用于对整个温控盒进行加热；
[0019]所述温度检测装置用于检测整个封闭内腔的温度，并将检测到的温度反馈给温度控制装置；
[0020]所述温度控制装置根据设定的温度以及温度检测装置反馈来的温度对电加热器进行调整。
[0021 ] 所述温控盒能耐150度以上的高温，所述封闭内腔的体积大于700立方厘米，且大于3倍的普通传感器的体积。
[0022]所述电加热器采用陶瓷加热器。
[0023]所述中低频标准振动台部件用于产生标准正弦振动信号，并产生微加速度实现对待测传感器的分辨率的测定；
[0024]所述中低频标准振动台部件包括振动台以及连接在振动台上的气压系统和垂直向激励系统；所述温控盒的下底面固定安装在所述振动台上；
[0025]所述垂直向激励系统包括阻抗变换器、功率放大器和信号发生器；
[0026]所述信号发生器输出频率信号，该频率信号经过功率放大器放大后进入阻抗变换器，所述阻抗变换器对放大后的频率信号的阻抗幅度进行调整，调整后的频率信号传输给所述振动台。
[0027]所述气压系统包含空气压缩机，所述空气压缩机输出的压缩气体首先通过空气过滤器过滤后，再通过调压阀，输出恒定的气压给振动台，使振动台平稳浮起。
[0028]工作时，当振动台接受到气压系统提供的稳定气源后，振动台能够平稳的浮起，在固定的滑道中可以进行垂直向的运动了，此时接受到经过调整后的频率信号，产生符合该频率的垂直振动。微加速度是表示振动台的振动强度非常弱小。
[0029]所述井下检波器传感器的测试系统进一步包括计算机，所述计算机对数据采集卡采集到的数据进行分析和显示。
[0030]所述数据采集卡采用24位A/D采集卡，所述24位A/D采集卡分别通过同轴电缆与位于温控盒内的标准传感器和待测传感器相连接。
[0031 ] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0032]1、本系统能模拟出不同井深下(通过控制温控盒的温度，模拟出不同井深下的温度环境)的不同的高温环境，并在设定的温度下对传感器进行受热检测，更加接近于实际的工作环境。
[0033]2、通过监控显示图形，直观、明确的显示出传感器的工作状态。
[0034]3、系统检测的频率范围可达到1-1OOOHz (由振动台的结构保证的)，完全适应地震勘探的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是井中地震采集示意图。
[0036]图2是井下检波器硬件示意图。
[0037]图3是本发明井下检波器传感器测试系统示意图。
[0038]图4是中低频标准振动台系统硬件示意图。
[0039]图5是温控盒硬件示意图。
[0040]图6是本发明井下检波器传感器测试系统的测试流程。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
[0042]本文的检波器是地震检波器，是一种将地面振动转变为电信号的装置。在地震采集中，检波器和地震仪组成采集系统。在采集活动中。通常检波器埋置于地面或悬挂在探测井内，将人工地震产生的地震波转换成电讯号并通过电缆将电讯号送入地震仪，经过分析处理为地震记录。检波器分为模拟检波器和数字检波器。
[0043]传感器是一种能感受到被测量的信息，并能将检测信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出的装置。在地面物探中由于检波器的体积较小，通常将地面检波器也叫做传感器。而在井中物探中，一个井中检波器包含了数据传输、机械控制等部分，而传感器作为井下检波器数据传输的最前端的部件，所以井下检波器和井下检波器传感器，应该是特定的两个概念。
[0044]—、井下检波器传感器测试系统的组成:
[0045]如图3所示，本发明井下检波器传感器测试系统由中低频标准振动台部件5、放置标准传感器3和被测传感器4的温控盒2、24位A/D采集卡1、计算机系统及电源等部分组成。
[0046]各部分主要功能为:
[0047]1、中低频标准振动台部件5:用于产生标准正弦振动信号激励被测传感器，进而结合测试系统完成对被测传感器的精密校准。采用垂直向激励，该部件主要包括垂直向振动台、低噪声精密功率放大器、阻抗变换器等。如图4所示，其硬件组成有，振动台、功率放大器、阻抗变换器、气压系统(包含气路控制装置和空压机系统)、电源等部件，气压系统提供的气压用于振动。振动台可以产生微加速度实现对传感器分辨率的测定，振动台输出有效频率范围:1Ηζ-1000Ηζ ;振级范围:10μ g-10g。
[0048]2、温控盒2:模拟石油勘探井下温度环境，使检波器传感器真实接受高温实验。如图5所示，其包括封闭内腔体、电加热器、温度检测装置、温度控制装置等部件组成。封闭内腔体采用上下底面加中间柱体(该柱体需要耐高温且超过要求检测的温度)的结构,下底面可以与振动台平面用粘连或者用螺丝连接的方法，达到牢固连接；中间柱体(其形状可以是方的、圆的，通常使用用圆柱体)用以安装、固定电加热器、温度检测装置和温度控制装置，并且有一定的空间保证标准传感器和被测传感器的摆放及固定的位置；并接入电源使其工作。通过设定温度使其内部的空间加热到指定的温度，温控盒必须能耐150度的高温，且内部空间体积>700立方厘米，且大于3倍的普通传感器的体积。具体使用时，硬尽量将电加热器靠近封闭内腔体的壁进行安装，固定且安装后要留有空间能够放置标准传感器和被测传感器。在加热时，应该使柱体内温度均匀。多数情况下温控盒是采用非透明的材料制作而成，也可以用透明材料如石英玻璃等来做中间的柱体，但需要加工水平和成本都比较高。图3中给出的温控盒是采用的非透明材料。
[0049]3、数据采集模块:采用NI公司的PC1-4461采集卡。该卡是一款专为振动应用而设计的高精度数据采集模块。NIPC1-4461具有118dB的动态范围，24位分辨率用于有很高动态范围的加速度和其他变换器的精确测量；最高采样和更新速率达204.8kS/s，2路同步模拟输入，2路同步模拟输出。采集卡通过同轴电缆与传感器相连接。
[0050]4、计算机6:是专用的台式机,主要硬件配置:能够流畅的运行windows xp操作系统的通用计算机。本机安装有:数据采集模块NIPC1-4661卡和驱动软件以及传感器测试软件。传感器测试软件规定:如果进行2个传感器对比时，将标准传感器接在NIPCI4461第一个模拟输入通道；待测传感器接在NIPCI4461第二个模拟输入通道；对采集接收的数据能进行时域波形、频谱、功率谱、频响、相干、互谱和线性度等项目的选择分析，并以窗口波形显示的方式对每个通道选择显示，显示项目为时域波形、频谱、功率谱等。
[0051]5、标准传感器3:通常应依据GB/T24240-2009标准进行选取。在实际工作中尽量选择，质量、性能较稳定传感器，多数都是选用进口的传感器作为标准传感器。标准传感器确定后，根据其形状采用粘连或螺丝固定的方法，紧密连接在温控盒的底座上。
[0052]二、井下检波器传感器测试系统的测试流程
[0053]本发明系统的测试流程如图6所示，包括:
[0054](I)检查设备电源；检查各个系统模块的连接状态；
[0055](2)将标准传感器和待测检波器传感器均固定安装在温控盒的下底面上，；
[0056](3)将传感器的输出信号连接到24位A/D采集卡；
[0057](4)根据测试要求，手工设置温控盒内传感器的测试温度，确认并加电、加热；
[0058](5)开启中低频振动台的气压系统:空气压缩机加电，开启气路开关，调节减压阀:设定到响应的气压值；
[0059](6)开启信号发生器，设置输出频率，调节信号幅度；
[0060](7)调节功率放大器、阻抗变换幅度，观察振动台，使其正常工作；
[0061](8)计算机开机，启动windows系统，运行传感器测试软件；
[0062](9)根据图形，传感器定性分析、比较。
[0063]根据测试流程，完成一个参数的分析后，再需要对被测传感器进行改变参数试验，就进入到相应的步骤，按照流程进行操作分析。
[0064]三、提高测量精度采取的措施
[0065]1，温控盒2内的加热器，不采用带有风扇的加热装置，尽量减少外部噪音，对传感器的影响，推荐采用陶瓷加热器。
[0066]2、计算机6采用全钢化的机箱，具有更好的抗电磁干扰能力的工控机。
[0067]3、中低频振动台，开启气压系统时，一定要根据测试的要求选择气压强度。通常在
0.2MPa时，大信号(大于IG加速度)测试；0.05MPa时小信号测试(小于IG加速度)(振动台产生的是垂直向的振动，传递给传感器的；这里的加速度是指的振动强度)。
[0068]本发明的井下检波器传感器测试系统由中低频标准振动台系统、放置标准传感器被测传感器的温度控制盒、24位A/D采集卡、计算机组成。根据测试软件显示的图形，对被测传感器，进行比较和定性分析。完成对井下检波器传感器的测试和筛选工作，为井下检波器的制造和维护提供出更好、更适合的传感器。
[0069]上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述【具体实施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
【权利要求】
1.一种井下检波器传感器的测试系统，其特征在于:所述测试系统包括中低频标准振动台部件、温控盒和数据采集卡； 所述温控盒用于实现对不同井深下的温度的模拟； 所述温控盒的底部固定安装在所述中低频标准振动台部件上； 所述中低频标准振动台部件能够进行垂直向振动； 测试时，在所述温控盒内固定安装有标准传感器和待测传感器； 所述数据采集卡分别与所述标准传感器和待测传感器连接。
2.根据权利要求1所述的井下检波器传感器的测试系统，其特征在于:所述温控盒包括封闭内腔体，所述封闭内腔体包括上底面、下底面以及位于两者之间的中空柱体，三者围成一个封闭内腔； 在所述封闭内腔中安装有电加热器、温度检测装置和温度控制装置； 所述电加热器用于对整个温控盒进行加热； 所述温度检测装置用于检测整个封闭内腔的温度，并将检测到的温度反馈给温度控制装置； 所述温度控制装置根据设定的温度以及温度检测装置反馈来的温度对电加热器进行调整。
3.根据权利要求2所述的井下检波器传感器的测试系统，其特征在于:所述温控盒能耐150度以上的高温，所述封闭内腔的体积大于700立方厘米，且大于3倍的普通传感器的体积。
4.根据权利要求3所述的井下检波器传感器的测试系统，其特征在于:所述电加热器采用陶瓷加热器。
5.根据权利要求4所述的井下检波器传感器的测试系统，其特征在于:所述中低频标准振动台部件用于产生标准正弦振动信号，并产生微加速度实现对待测传感器的分辨率的测定； 所述中低频标准振动台部件包括振动台以及连接在振动台上的气压系统和垂直向激励系统；所述温控盒的下底面固定安装在所述振动台上； 所述垂直向激励系统包括阻抗变换器、功率放大器和信号发生器； 所述信号发生器输出频率信号，该频率信号经过功率放大器放大后进入阻抗变换器，所述阻抗变换器对放大后的频率信号的阻抗幅度进行调整，调整后的频率信号传输给所述振动台。
6.根据权利要求5所述的井下检波器传感器的测试系统，其特征在于:所述气压系统包含空气压缩机，所述空气压缩机输出的压缩气体首先通过空气过滤器过滤后，再通过调压阀，输出恒定的气压给振动台，使振动台平稳浮起。
7.根据权利要求1至6任一所述的井下检波器传感器的测试系统，其特征在于:所述井下检波器传感器的测试系统进一步包括计算机，所述计算机对数据采集卡采集到的数据进行分析和显示。
8.根据权利要求7所述的井下检波器传感器的测试系统，其特征在于:所述数据采集卡采用24位A/D采集卡，所述24位A/D采集卡分别通过同轴电缆与位于温控盒内的标准传感器和待测传感器相连接。
【文档编号】G01V13/00GK104459825SQ201310432703
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】梅有仁, 马国庆, 李守才, 袁昊, 董健 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院