CN101276003A - 阵列相位感应测井仪器接收线圈的阻容匹配传输网络 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阵列相位感应测井仪器接收线圈的阻容匹配传输网络，与接收线圈匹配，其在工作频率点谐振并将接收线圈上的信号传输到接收机电路，包括相并联的谐振电容、电阻分压匹配电路和匹配电容；其中，所述谐振电容用于和所述接收线圈产生谐振；所述电阻分压匹配电路用于从所述接收线圈中分离信号；所述匹配电容用于消除传输线的分布电容。利用本发明技术方案可以最大限度地减小发射机的发射功率要求，还可以滤除接收频率之外其余频率信号的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种测井技术，具体说，涉及一种阵列相位感应测井仪器接收线圈的阻容匹配传输网络。
背景技术
现有技术中，接收电路紧邻接收线圈，将接收电路安装在线圈骨架，由于线圈骨架由玻璃钢制成，并且不能采用金属件加固，因而大大降低了线圈骨架的强度，直接导致仪器整机耐压性能降低，不能在深井中作业。另外，当接收机电路紧邻接收线圈时，发射机的发射功率较大，而且信号受到干扰。同时，由于采用双绞线传输信号，没有考虑双绞线电容效应对接收信号的影响，直接导致仪器的设计精度降低，而且接收电路安装于线圈骨架，降低了线圈骨架强度，大大降低了仪器整机的耐压性能。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种阵列相位感应测井仪器接收线圈的阻容匹配传输网络，既不影响线圈骨架强度，又保证信号通过双绞线传输时不被畸变。
技术方案如下：
一种阵列相位感应测井仪器接收线圈的阻容匹配传输网络，与接收线圈匹配，其在工作频率点谐振并将接收线圈上的信号传输到接收机电路，包括相并联的谐振电容、电阻分压匹配电路和匹配电容；其中，所述谐振电容用于和所述接收线圈产生谐振；所述电阻分压匹配电路用于从所述接收线圈中分离信号；所述匹配电容用于消除传输线的分布电容。
优选的，所述谐振电容包括两个相并联的第一谐振电容和第二谐振电容。
优选的，所述电阻分压匹配电路包括四个相串连的第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻，其中，第一分压电阻和第四分压电阻连接在所述谐振电容两端；所述电阻分压匹配电路包括四个相串连的第一匹配电容、第二匹配电容、第三匹配电容和第四匹配电容，其中，第一匹配电容并联在第一分压电阻两端，第二匹配电容并联在第四分压电阻两端，第三匹配电容并联在第二分压电阻两端，第四匹配电容并联在第三分压电阻两端；所述匹配电容由两个相串接的电容组成；所述第二分压电阻和第三分压电阻的连接点、所述第三匹配电容和第四匹配电容的连接点、所述两个匹配电容的连接点分别接地。
优选的，所述第一匹配电容和第二匹配电容分别由两个相并联的电容组成。
为使接收到的信号尽可能的大，接收线圈采用谐振接收方式，可使接收线圈发生谐振，这样不仅可以最大限度地减小发射机的发射功率要求，还可以滤除接收频率之外其余频率信号的干扰。采用电阻分压匹配电路，解决了从内阻很大的线圈谐振回路取得信号的问题，采用匹配电容解决了电缆分布参数对线圈的谐振有影响的问题，与现有技术对比，采用本发明的线圈强度大大增加，使得测井仪器整机能够适应更加恶劣的工作环境。同时，抵消了双绞线的电容效应，可以实现接收信号的不失真传输，很好地解决了现有技术中线圈骨架强度和不失真传输信号这一对矛盾。
附图说明
图1是本发明的电路结构框图；
图2是本发明优选实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的优选实施例坐下详细描述。
参照图1所示，谐振电容、电阻分压匹配电路和匹配电容并联连接。接收机处理来自接收线圈的信号，为使接收到的信号尽可能的大，接收线圈利用谐振电容对接收的信号发生谐振，这样不仅可以最大限度地减小发射机的发射功率，还可以滤除接收频率之外其余频率信号的干扰。由于接收线圈谐振时对外表现为一个内阻很大的信号源，而且其谐振与否受外部电路影响极大，因此在本发明中采用电阻分压匹配电路，解决了从内阻很大的线圈谐振回路取得信号的问题。利用匹配电容解决了电缆分布参数对线圈的谐振有影响的问题。
参照图2所示，左边的部分与接收线圈相连接，接收线圈的屏蔽层与GND连接，右边部分与传输线连接，传输线屏蔽层接GND。
谐振电容包括两个相并联的第一谐振电容C1和第二谐振电容C2。电阻分压匹配电路包括四个相串连的第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3和第四分压电阻R4，其中，第一分压电阻R1和第四分压电阻R4连接在谐振电容两端。电阻分压匹配电路还包括四个相串连的第一匹配电容、第二匹配电容、第三匹配电容C5和第四匹配电容C6，其中，第一匹配电容并联在第一分压电阻R1两端，第二匹配电容并联在第四分压电阻R4两端，第三匹配电容C5并联在第二分压电阻R2两端，第四匹配电容C6并联在第三分压电阻R3两端。第一匹配电容由两个相并联的电容C3和C4组成，第二匹配电容由两个相并联的电容C7和C8组成。匹配电容由两个相串接的电容C9和C10组成。第二分压电阻和第三分压电阻的连接点、第三匹配电容C5和第四匹配电容C6的连接点、两个匹配电容C9和C10的连接点分别接地。
通常，R1、R2的取值较大，而R3、R4的取值相对较小，R1、R2、R3、R4共同构成一个电阻分压电路。考虑到信号电缆的分布电容影响信号的传输，引入了六个电容C3、C4、C5、C6、C7、C8可以解决这个问题。
现计算匹配电路中电容与电阻的理论关系：
设：R1、C3和C4构成的阻抗为Z1；
R2、C5、C9、R3、C6、C10构成的阻抗为Z2；
R4、C7和C8构成的阻抗为Z3；
Z1＝[R1/(jω(c3+c4))]/[R1+1/(jω(c3+c4)] (1)
Z3＝[R4/(jω(c7+c8))]/[R4+1/(jω(c7+c8)] (2)
Z2＝[2R2/(jω(c5+c9)/2)]/[2R2+1/(jω(c5+c9)/2)] (3)
由于对称关系，即R4＝R1，c3＝c7，c4＝c8，故Z1＝Z3
设谐振电容两端视入的电压为Vi，接到传输线上端的单端电压为Vo，则有：
Vo/Vo＝Z2/(Z1+Z2+Z3) (4)
＝[2R2/(1+jωR2(c5+c9)]/{[2R2/(1+jωR2(c5+c9)]+2R1/[1+R1jω(c3+c4)]}
当分母相同时，将是完全的电阻分压，故令：
[1+R2jω(c5+c9)]＝[1+R1jω(c3+c4)] (5)
即当：R2*(C5+C9)＝R1*(C3+C4) (6)时，可以忽略电容C3、C4、C5、C9的影响。
下半部分与上半部分是对称的，道理相同。
下面通过调试进一步说明本发明的技术方案。
一、谐振电容和电阻分压匹配电路的调试。
调试仪器设备：数字5V电源、±5V电源、±12V电源、TDS3052B示波器、4285A-LCR参数测试仪，AFG320函数发生器。
辅助电路：已调试好的发射电路。
首先由LCR参数测试仪得出线圈的并联电容值CP和并联电容值RP，然后调整R1和R2，在实验板的调试过程中，选择R1/R2＝2，且2(R1+R2)＝RP。接着再用函数发生器产生对应频率的方波信号，由左端输入，接着在连接了传输线的情况下，由传输线末端观察，调节电容C3、C4、C5使观察到的信号仍然是方波信号。然后调整C1参数(C1与CP的值不会相差太大)使谐振，即传送到电路板的信号幅度达到最大，可以通过观察信号转换电路的输出来判断传送到电阻分压匹配电路的信号大小。接收线圈的屏蔽层通过信号电缆外皮直接与电路板的地相连，同时与穿心钢棒相连。
二、谐振回路、电阻分压匹配电路、匹配电容与传输线配合工作的实验报告。
实验设备：
Tektronix TDS3052B oscilloscope；
Tektronix AFG3 20 Arbitary function generator；
400K发射和接收线圈；
6.4M发射和接收线圈；
400K接收谐振回路、匹配网络；
6.4M接收谐振回路、匹配网络；
接收机电路；
实验条件：
1、由Tektronix AFG320 Arbitary function generator直接发信号经50欧电阻到发射线圈。
2、接收线圈与发射线圈紧邻并行放置。
实验要求：
1、在没有谐振回路和匹配网络的情况下使用示波器分别观察信号在传输线终端和经过放大器放大后的强度。
2、在有谐振回路和匹配网络的情况下使用示波器分别观察信号的强度。
(一)首先对6.4M的系统进行测试：
在没有谐振回路和匹配网络的情况下：
输入信号情况： SINE 6.4M 10.00V
接收情况：
1、传输线终端由示波器直接观察，可见：
CH1： 25.1mV SINE 6.4MHZ
CH2： 75.0mV SINE 6.4MHZ
2、在8139后端可看到放大后的差分信号为：
CH1： 2220mV SINE 6.4MHZ
CH2： 2260mV SINE 6.4MHZ
在有谐振回路和分压网络的时候：
输入信号情况： SINE 6.4M 10.00V
接收情况：
1、传输线终端由示波器直接观察，可见：
CH1： 560mV SINE 6.4MHZ
CH2： 560mV SINE 6.4MHZ
为防止烧掉8139，故将输入信号由10.0V下调至1.00V。
2、传输线终端由示波器直接观察，可见：
CH1： 84.0mV SINE 6.4M
CH2： 87.0mV SINE 6.4M
3、在8139后端可看到放大后的差分信号为：
CH1： 1.19V SINE 6.4M
CH2： 1.28V SINE 6.4M
观察以上数据可见，在有谐振回路、电阻分压匹配电路和匹配电容的情况下取得的效果明显较没有谐振回路、电阻分压匹配电路和匹配电容的情况的下好。
分析原因：
1、在谐振电容的作用下，接收线圈的输出达到了最大的输出。
2、在电阻分压匹配电路和匹配电容的作用下，消除了传输线的分布电容的影响，有效地从接收线圈分离了信号，基本和传输线实现了匹配，实现了最好的传输效果。
(二)对400K系统进行以上测试。
在没有谐振回路和匹配网络的情况下：
输入信号情况： SINE 6.4M 10.00V
1、在传输线终端由示波器直接观测，可见：
CH1： 1.40V SINE 400kHZ
CH2： 1.52V SINE 400kHZ
2、将输入信号由10.0V下调至1.00V，在传输线终端由示波器直接观测，可见：
CH1： 175mV SINE 400kHZ
CH2： 180mV SINE 400kHZ
3、在8139后端可看到放大后的差分信号为：
CH1： 200mV SINE 400kHZ
CH2： 200mV SINE 400kHZ
4、将输入信号由1.0V上调至10.0V，在8139后端可看到放大后的差分信号为：
CH1： 1.69V SINE 400kHZ
CH2： 1.70V SINE 400kHZ
在有谐振回路和匹配网络的情况下：
输入信号情况：SINE 6.4M 10.00V
1、在传输线终端由示波器直接观测，可见：
CH1： 850mV SINE 400kHZ
CH2： 870mV SINE 400kHZ
2、将输入信号由10.0V下调至1.00V，在传输线终端由示波器直接观测，可见：
CH1： 84mV SINE 400kHZ
CH2： 85mV SINE 400kHZ
3、在8139后端可看到放大后的差分信号为：
CH1： 620mV SINE 400kHZ
CH2： 629mV SINE 400kHZ
4、将输入信号由1.0V上调至10.0V，在8139后端可看到放大后的差分信号为：
CH1： 6.20V SINE 400kHZ
CH2： 6.21V SINE 400kHZ
观察以上数据可见，除了直接在传输线的末端观测的时候，前者好于后者外。在利用本发明的情况下取得的效果明显较没有利用本发明的情况要好。
分析原因：
1、在谐振电容的作用下，接收线圈的输出达到了最大的输出。
2、在电阻分压匹配电路和匹配电容的作用下，消除了匹配电容的影响，有效地从接收线圈分离了信号，基本和传输线实现了匹配，实现了最好的传输效果。
3、由于传输线效应可知，在频率较底的时候，传输线对信号的衰减很小，故发生了在没有利用本发明的情况下取得的效果较有利用的情况下取得的效果好，可是，由于接收线圈的内阻很大，在直接连接到8139放大器的时候，放大器的输入阻抗较小，故不能匹配，所以在总的情况下，利用本发明的情况下取得的效果明显较没有利用本发明的情况取得的效果要好。
三、在传输线末端能否进行调谐振的实验。
实验设备：
Tektronix TDS3052B oscilloscope；
Tektronix AFG320 Arbitary function generator；
400K发射和接收线圈；
6.4M发射和接收线圈；
400K接收谐振回路.匹配网络；
6.4M接收谐振回路.匹配网络；
接收机电路；
实验条件：
1、由Tektronix AFG320 Arbitary function generator直接发信号经50欧电阻到发射线圈。
2、接收线圈与发射线圈紧邻并行放置。
3、整个接收机电路板正常工作的状态下，由接收线圈经传输线向接收机传输信号，在8139后端使用示波器观察信号。
实验要求：测试直接由传输线传送信号至接收板，实验是否能对接收线圈进行调谐振。
(一)先对400KHZ的系统进行测试：
观测的数据：
在8139后端经扫频发现在输出信号频率为180KHZ时，8139后的信号幅度最大，信号大小为：
CH1：1.36V SINE 180KHZ
CH2：1.37V SINE 180KHZ
结论：由于谐振频率与谐振电容成反比，由于现在并没有加入实际的电容，故无法使用调电容的方法使接收线圈谐振于400K。
(二)对6.4MHZ的系统进行测试。
观测的数据：
在8139后端经扫频发现在输出信号频率为2.5MHZ时，8139后的信号幅度最大，信号大小为：
CH1：1.06V SINE 2.5MHZ
CH2：1.07V SINE 2.5MHZ
结论：由于谐振频率与谐振电容成反比，由于现在并没有加入实际的电容，故无法使用调电容的方法使接收线圈谐振于6.4M。
Claims (4)
1. 一种阵列相位感应测井仪器接收线圈的阻容匹配传输网络，与接收线圈匹配，其在工作频率点谐振并将接收线圈上的信号传输到接收机电路，其特征在于，包括相并联的谐振电容、电阻分压匹配电路和匹配电容；其中，所述谐振电容用于和所述接收线圈产生谐振；所述电阻分压匹配电路用于从所述接收线圈中分离信号；所述匹配电容用于消除传输线的分布电容。
2. 根据权利要求1所述的阵列相位感应测井仪器接收线圈的阻容匹配传输网络，其特征在于，所述谐振电容包括两个相并联的第一谐振电容和第二谐振电容。
3. 根据权利要求1或者2所述的阵列相位感应测井仪器接收线圈的阻容匹配传输网络，其特征在于，所述电阻分压匹配电路包括四个相串连的第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻，其中，第一分压电阻和第四分压电阻连接在所述谐振电容两端；所述电阻分压匹配电路包括四个相串连的第一匹配电容、第二匹配电容、第三匹配电容和第四匹配电容，其中，第一匹配电容并联在第一分压电阻两端，第二匹配电容并联在第四分压电阻两端，第三匹配电容并联在第二分压电阻两端，第四匹配电容并联在第三分压电阻两端；所述匹配电容由两个相串接的电容组成；所述第二分压电阻和第三分压电阻的连接点、所述第三匹配电容和第四匹配电容的连接点、所述两个匹配电容的连接点分别接地。
4. 根据权利要求3所述的阵列相位感应测井仪器接收线圈的阻容匹配传输网络，其特征在于，所述第一匹配电容和第二匹配电容分别由两个相并联的电容组成。
Priority Applications (1)
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| CN200710064790A CN100590455C (zh) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | 阵列相位感应测井仪器接收线圈的阻容匹配传输网络 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102789003A (zh) * | 2012-08-15 | 2012-11-21 | 中国石油天然气股份有限公司 | 利用阵列感应测井资料进行地层参数反演的方法及装置 |
| CN103643951A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-03-19 | 西南石油大学 | 一种高分辨率双电双感应测井仪器与方法 |
| CN110658565A (zh) * | 2019-08-16 | 2020-01-07 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种井间电磁发射天线自适应无级变容谐振系统及其工作方法 |
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2007
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