一种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源的制作方法
【专利摘要】该发明公开了一种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源，属于井中雷达测井领域。包括电源转换模块、窄脉冲形成电路模块、两个瞬态脉冲形成网络模块以及控制系统。该信号源通过开关电路切换可以输出峰?峰值脉冲宽度分别为1.5ns和3ns的两种脉冲信号。在侧重高分辨率要求时，将电路切换输出峰?峰值脉冲宽度为1.5ns的脉冲信号；而在需要相对较远的探测距离时，采用峰?峰值脉冲宽度为3ns的脉冲信号作为雷达测井系统的辐射信号，满足对径向探测距离和目标分辨率有不同侧重时的需求。并且该信号电路结构简单，容易实现；体积小，易于安装；能够在90℃～100℃的温度条件下连续稳定的工作；波形上下?左右对称、平滑度良好，拖尾小于峰峰值幅度的10％。
【专利说明】
_种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源
技术领域
[0001]本发明属于井中雷达测井领域，主要为井中雷达测井系统提供发射信号源，该发射信号源与发射天线相接后，通过发射天线向井周地层辐射瞬态脉冲信号。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，世界各国内对油气资源的需求不断加大，对油气资源的勘探区域逐渐扩大、勘探深度逐渐加深，勘探难度逐渐增大，试错成本愈来愈高，因此，油气资源勘探领域迫切需要一种准确、高效的测井方法。井中雷达测井系统是将雷达技术应用于深井中的产物，其工作机理是借助瞬态脉冲在岩层中的传输特性来获取井周的地层信息，进而对地层结构进行成像，它的分辨率相对较高，而且径向探测距离可达数十米，远高于传统测井方法的探测距离(小于3m)。因此，井中雷达系统凭借其探测距离远、分辨率高、能够对地层结构成像、经济高效等优点，成为世界各国争相研究的热点。
[0003]井中雷达测井系统是基于钻孔雷达技术发展而来的，它主要侧重于对油气资源的勘探。目前，绝大多数钻孔雷达属于时域体制的雷达，这种雷达向地层中辐射纳秒级甚至皮秒级的时域窄脉冲信号，当其遇到地层中电磁特性不连续的介质时，将会产生回波信号，根据雷达系统接收到的回波信号可以提取井周的地层信息。井中雷达测井系统辐射的为一阶高斯脉冲信号，其脉冲宽度较窄，但涵盖的频谱信息相当丰富，属于超宽带脉冲信号。信号中的低频部分在岩层中的衰减较小，可以实现较远的探测距离;而高频部分在同一地层中的波长相当较短，因而可实现相对较高的分辨率。然而，时域体制的井中雷达测井系统的径向探测距离和目标分辨率是一对矛盾关系，目前常规的钻孔雷达系统中的脉冲信号源只能辐射单一宽度的脉冲信号，难以克服径向探测距离与分辨率之间的矛盾。
【发明内容】
[0004]为了满足对径向探测距离和目标分辨率有不同侧重时的要求，本发明研制了一种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源。该信号源通过开关电路切换可以输出峰-峰值脉冲宽度分别为1.5ns和3ns的两种脉冲信号。在侧重高分辨率要求时，将电路切换输出峰_峰值脉冲宽度为1.5ns的脉冲信号;而在需要相对较远的探测距离时，采用峰-峰值脉冲宽度为3ns的脉冲信号作为雷达测井系统的辐射信号。
[0005]本发明采用的技术方案为:
[0006]—种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源，包括:电源转换模块、窄脉冲形成电路模块、两个瞬态脉冲形成网络模块以及控制系统。
[0007]所述电源转换模块将初始电压分别转换为窄脉冲形成电路模块需要的偏置电压、以及控制开关所需电压;窄脉冲形成电路模块产生的窄脉冲信号进入第一控制开关，在控制系统的指令下，选择进入两个瞬态脉冲形成网络模块，最后通过第二控制开关输出需要的瞬态脉冲信号。
[0008]所述第一控制开关、第二控制开关由控制系统发布相同指令。
[0009]所述两个瞬态脉冲形成网络模块将窄脉冲信号转换为两个不同脉宽的一阶高斯脉冲。
[0010]进一步地，所述两控制开关为单刀双掷继电器开关。
[0011 ]进一步地，所述窄脉冲形成电路模块由雪崩晶体管Marx电路组成。
[0012]进一步地，所述电源转换模块包括两个DC-DC直流转换模块。
[0013]本发明为井中雷达测井系统的井下探测器提供了一种双路可调瞬态脉冲信号源，该脉冲信号源经50 Ω射频同轴线与发射天线连接，最终通过发射天线向外辐射脉冲信号。
[0014]有益效果:
[0015]1.双路可调脉冲信号源体积小(长35.7cm X宽4.2cm X高I.2cm)，易于安装。
[0016]2.双路可调瞬态脉冲信号源使得雷达测井系统具有两种不同参数的辐射信号，满足实际应用中的不同需求。
[0017]3.双路可调瞬态脉冲信号源能够在90°C?100°C的温度条件下连续稳定工作。
[0018]4.窄脉冲形成电路为雪崩晶体管MARX电路，电路结构简单，易于实现。
[0019]5.—阶高斯脉冲形成网络能够形成上下-左右对称、平滑度良好的输出波形，波形拖尾小于峰峰值幅度的10%。
[0020]6.可调控部分响应时间短，控制语句简单。
【附图说明】
[0021 ]图1井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源结构图。
[0022]图2脉冲耦合原理图
[0023]图3井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源输出波形图。
[0024]图4井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源输出波形功率谱图。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示为井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源的结构图。所述的双路可调瞬态脉冲信号源包括:电源转换模块、窄脉冲产生模块、两个瞬态脉冲形成网络模块以及控制系统。
[0026]所述电源转换模块由48V-300V和48V-12V的两个DC-DC模块组成，分别给电路中的窄脉冲产生模块和继电器控制开关提供直流电压;所述的窄脉冲产生模块由雪崩晶体管的Marx级联电路组成，能够产生1800V左右的高斯窄脉冲，即具有纳秒级甚至皮秒级上升沿的高斯脉冲信号。在控制系统的指令下，高斯脉冲信号选择进入其中一个瞬态脉冲形成网络模块，最后通过第二控制开关输出需要的瞬态脉冲信号。两个瞬态脉冲形成网络模块包括:脉冲耦合线和脉冲整形电路，对前一级生成的窄脉冲信号进行微分和整形，最后输出满足径向探测距离和目标分辨率要求的一阶高斯脉冲信号，即瞬态脉冲信号，本实施例中瞬态脉冲信号脉宽分别为1.5ns和3ns。
[0027]脉冲整形电路是由R、L、C组成，脉冲耦合线的原理图如图2所示，当高斯窄脉冲沿传输线传输时，到达短路支点处后，脉冲信号将分为两路向外输出。一路信号将继续沿原始路径直接向输出端前进;另一路信号将改变路径从短路支节传输，该路信号在支节终端发生反射，反射信号的极性将发生反转，并在时间延迟A t之后到达输出端口，最终与前一路信号汇合。若要得到与一阶高斯脉冲拟合度高的瞬态脉冲信号，就需要保证延迟时间△ t与MARX级联电路产生的窄脉冲宽度τ相等，这样输出端两路信号的耦合度较高，从而得到平滑过渡的双极性脉冲信号。
[0028]图3所示为井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源的输出波形。实线表示峰-峰值脉宽
1.5ns、峰-峰值幅度为800V的瞬态脉冲信号；虚线表示峰-峰值脉宽3ns、峰-峰值幅度为1600V的瞬态脉冲信号。这两种规格的一阶高斯脉冲信号，波形平滑、稳定、对称性好。
[0029]图4所示为井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源输出波形的功率谱图，已作归一化处理。从图中可以看出，实线为峰-峰值脉宽1.5ns的脉冲信号功率谱，其覆盖的频带宽度约为500MHz，中心频率为250MHz，半功率频带宽度为152MHz?31 IMHz，其高频分量较为丰富，有利于实现较高的目标分辨率;虚线为峰-峰值脉宽3ns的瞬态脉冲信号功率谱，覆盖的频带宽度约为300MHz，中心频率为120MHz，半功率频带宽度为60MHz?174MHz，低频分量较为丰富，传播距离相对较远，有利于实现较远距离的探测。所以，二者的功能能够互补。
[0030]本发明的井中雷达双路可调瞬态脉冲源电路结构简单，容易实现；体积小(长35.701^宽4.2011\高1.2011)，易于安装;能够在90°(:?100°(:的温度条件下连续稳定的工作;波形上下-左右对称、平滑度良好，拖尾小于峰峰值幅度的10%。
【主权项】
1.一种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源，包括:电源转换模块、窄脉冲形成电路模块、两个瞬态脉冲形成网络模块以及控制系统;所述电源转换模块将初始电压分别转换为窄脉冲形成电路模块需要的偏置电压、以及控制开关所需电压；窄脉冲形成电路模块产生的窄脉冲信号进入第一控制开关，在控制系统的指令下，选择进入两个瞬态脉冲形成网络模块，最后通过第二控制开关输出需要的瞬态脉冲信号。2.—种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源，其特征在于:所述第一控制开关、第二控制开关由控制系统发布相同指令。3.—种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源，其特征在于:所述两个瞬态脉冲形成网络模块将窄脉冲信号分别转换为两个不同脉宽的一阶高斯脉冲。4.一种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源，其特征在于:所述两控制开关为单刀双掷继电器开关。5.—种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源，其特征在于:所述窄脉冲形成电路模块由雪崩晶体管Mar X电路组成。6.—种井中雷达双路可调瞬态脉冲信号源，其特征在于:所述电源转换模块包括两个DC-DC直流转换模块。
【文档编号】G01S13/89GK105954728SQ201610382427
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】赵青, 马春光, 厉华洋, 梁悦, 黄小平
【申请人】电子科技大学