CN103235340B

CN103235340B - 一种脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路

Info

Publication number: CN103235340B
Application number: CN201310106619.6A
Authority: CN
Inventors: 吴文河; 鞠晓东; 乔文孝; 王德国; 卢俊强
Original assignee: China University of Petroleum Beijing; China National Petroleum Corp
Current assignee: China University of Petroleum Beijing; China National Petroleum Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: CN103235340A

Abstract

本发明提供一种脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路，所述电路包括：储能单元、触发控制单元和高压切换控制单元，其中：所述高压切换控制单元内部由浮地隔离驱动电路、高位开关和低位开关组成，所述高压切换控制单元与所述储能单元和发射换能器分别相连，用于在所述触发控制单元的控制下，通过控制所述储能单元输出的高压能量，对所述发射换能器进行正向或反向激励。本发明实现了在狭小空间内对声波测井仪器发射换能器进行激励，且实现了精准的激励脉冲控制，缩小了激励电路所占用的空间，并可实现换向激励或相控激励。

Description

一种脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路

技术领域

本发明涉及应用地球物理领域，尤其涉及一种脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路。

背景技术

声波测井仪器向阵列化和相控阵方向发展，发射声系也通常由多个发射换能器组成且采用相控阵技术以提高发射能量或控制声波能量辐射方向。为了实现有效的相控激励，发射换能器激励电路必须输出时序和脉冲宽度都非常精准的激励脉冲。

目前，通常采用的换能器激励电路一般由储能单元、触发脉冲控制单元、大功率开关管和激励脉冲变压器组成。这种变压器激励电路采用的激励变压器一般体积都比较大，不适合激励通道比较多时采用，而且激励变压器输出的激励脉冲宽度和波形主要受激励变压器次级绕组参数和发射换能器自身参数所控制，不能实现精准的脉冲宽度和脉冲前后沿控制。对于多极子组合发射换能器，通常采用激励脉冲换向的方式形成单极、偶极或四极工作模式，而激励脉冲变压器实现换向功能通常需要增加绕组和相应的驱动控制电路，且由于脉冲变压器绕组参数和发射换能器自身参数差异，导致各通道输出波形之间或同一输出通道的正向与反向输出波形之间差异较大，影响激励效果。

因此，如何实现精准的激励脉冲控制、缩小激励电路所占用的空间和实现换向激励，是本领域的技术人员面临的关键技术难题。

发明内容

本发明提供一种脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路，以实现在狭小空间内对声波测井仪器发射换能器进行激励。

本发明提供了一种脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路，所述脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路包括：储能单元、触发控制单元和高压切换控制单元，其中：

所述高压切换控制单元内部由浮地隔离驱动电路、高位开关和低位开关组成，所述高压切换控制单元与所述储能单元和发射换能器分别相连，用于在所述触发控制单元的控制下，通过控制所述储能单元输出的高压能量，对所述发射换能器进行正向或反向激励。

可选的，所述浮地隔离驱动电路具有两个输入端口，分别为：高位激励触发输入端和低位激励触发输入端，所述两个输入端口均与所述触发控制单元相连。

可选的，所述浮地隔离驱动电路具有两个输出端口，所述高位开关和所述低位开关分别与所述浮地隔离驱动电路的相应输出端口相连，所述高位开关的输入端与所述储能单元的输出端相连，所述高位开关的输出端与所述低位开关的输入端和所述发射换能器的输入端相连，所述低位开关的输出端接地。

可选的，所述脉冲可换向的声波测井换能器的发射激励电路包括多个高压切换控制单元，以进行多路组合，在所述触发控制单元的控制下实现相控激励或换向激励

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路包括：储能单元、触发控制单元和高压切换控制单元，其中：所述高压切换控制单元内部由浮地隔离驱动电路、高位开关和低位开关组成，所述高压切换控制单元与所述储能单元和发射换能器分别相连，用于在所述触发控制单元的控制下，通过控制所述储能单元输出的高压能量，对所述发射换能器进行正向或反向激励的技术手段，由于所述高压切换控制单元内部只包含隔离驱动和高压开关等半导体器件，不包括体积较大的脉冲变压器，所以达到了如下的技术效果：实现了在占用较小的空间时对激励脉冲的宽度和时序进行精准的控制，而且激励脉冲前后沿均可非常陡，更利于提高发射换能器激发效率。另外，高压切换控制单元可以多路组合，在触发控制单元的控制下组成相控激励工作模式或换向激励工作模式，实现三维相控发射或多极子激励。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明应用实例用于单端脉冲可换向的发射激励电路功能框图；

图2为本发明应用实例用于桥式脉冲可换向的发射激励电路功能框图。

具体实施方式

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。

以下举应用实例详细说明本发明上述技术方案：

本发明应用实例要实现对声波测井换能器的激励脉冲宽度进行非常精准的控制。相对于传统的声波测井换能器激励电路，本发明应用实例从以下方面进行改进：

（1）为了解决在狭小空间内安装的问题，尽可能缩小激励电路体积，所以将激励功率切换控制电路设计成高位开关和低位开关组合的方式，非激励状态时高位开关处于断开状态而低位开关处于导通状态，激励时低位开关先断开然后高位开关导通将储能电路的能量快速加载到发射换能器上形成非常陡峭的激励上升沿，激励脉冲宽度时间到达时高位开关先断开然后低位开关导通将发射换能器快速放电形成陡峭的下降沿；

（2）为了解决高位开关的驱动问题，采用具有浮地驱动功能的驱动芯片对高位开关和低位开关进行驱动控制，高位和低位开关尽可能选用工作电压值比较高的VMOS器件或IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）器件。

（3）为了解决换向激励的问题，当发射换能器一端固定接地时采用由触发控制单元输出不同时序的控制信号可实现正向或反向激励，也可采用两组高压切换控制单元分别连接发射换能器的两端形成桥式换向激励。

如图1所示，为本发明应用实例用于单端脉冲可换向的发射激励电路功能框图。该激励电路由储能单元、触发控制单元和高压切换控制单元等子单元组成，其中，HVin表示高压输入。高压切换控制单元由浮地隔离驱动电路、高位开关和低位开关组成。浮地隔离驱动电路可采用专用浮地集成驱动电路，浮地驱动电路受触发控制单元控制。高位开关和低位开关采用大功率VMOS或IGBT器件，均由浮地隔离驱动电路控制导通或断开。高位开关的输入端与储能单元的输出端相连，高位开关的输出端与低位开关的输入端和发射换能器的输入端相连，低位开关的输出端接地，在触发控制单元的控制下实现高位开关和低位开关依次导通，完成对发射换能器进行高效快速的充放电，实现对激励脉冲的宽度和时序进行精准的控制。该电路可以实现换向激励功能。正向激励工作过程如下：（1）让低位开关在静止状态一直接通发射换能器；（2）在激励到来前断开低位开关，经过短暂延迟后接通高位开关对发射换能器充电形成正向激励前沿；（3）当设定的激励脉冲宽度快要到来时提前断开高位开关，经过短暂延迟后在设定的激励脉冲宽度到来时接通低位开关使发射换能器放电，形成正向激励后沿。反向激励工作过程如下：（1）让高位开关在静止状态一直接通发射换能器；（2）在激励到来前断开高位开关，经过短暂延迟后接通低位开关使发射换能器放电形成反向激励前沿；（3）当设定的激励脉冲宽度快要到来时提前断开低位开关，经过短暂延迟后在设定的激励脉冲宽度到来时接通高位开关对发射换能器充电，形成反向激励后沿。

如图2所示，为本发明应用实例用于桥式脉冲可换向的发射激励电路功能框图。该电路包括两组高压切换控制单元，发射换能器的两个输入端分别连接至两组高压切换控制单元，在A、C两个高位开关和B、D两个低位开关的切换控制下实现换向激励功能。如果规定图2中发射换能器左端施加正电压时为正向激励，正向激励工作过程如下：（1）让低位开关B和D在静止状态一直接通发射换能器而高位开关A和C一直处于断开状态；（2）在激励到来前断开低位开关B，经过短暂延迟后接通高位开关A对发射换能器充电形成正向激励前沿；（3）当设定的激励脉冲宽度快要到来时提前断开高位开关A，经过短暂延迟后接通低位开关B使发射换能器放电形成正向激励后沿。反向激励过程如下：（1）让低位开关B和D在静止状态一直接通发射换能器而高位开关A和C一直处于断开状态；（2）在激励到来前断开低位开关D，经过短暂延迟后接通高位开关C对发射换能器充电形成反向激励前沿；（3）当设定的激励脉冲宽度快要到来时提前断开高位开关C，经过短暂延迟后接通低位开关D使发射换能器放电形成反向激励后沿。

本发明应用实例的一种脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路由储能单元、触发控制单元和高压切换控制单元等子单元组成。所述高压切换控制单元内部由浮地隔离驱动电路、高位开关和低位开关组成。高压切换控制单元内部只包含隔离驱动和高压开关等半导体器件，不包括体积较大的脉冲变压器，实现在占用较小的空间时对激励脉冲的宽度和时序进行精准的控制，而且高压切换控制单元可以多路组合，在触发控制单元的控制下实现相控激励或换向激励。这样就可以解决诸如三维声波相控发射、多极子激励和随钻声波发射等需要大量激励通道或安装空间狭小的问题。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrativelogicalblock），单元和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrativecomponents），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路，其特征在于，所述脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路包括：储能单元、触发控制单元和高压切换控制单元，其中：

所述高压切换控制单元内部由浮地隔离驱动电路、高位开关和低位开关组成，所述浮地隔离驱动电路具有两个输入端口，分别为：高位激励触发输入端和低位激励触发输入端，所述两个输入端口均与所述触发控制单元相连；所述浮地隔离驱动电路具有两个输出端口，所述高位开关和所述低位开关分别与所述浮地隔离驱动电路的相应输出端口相连，所述高位开关的输入端与所述储能单元的输出端相连，所述高位开关的输出端与所述低位开关的输入端和所述发射换能器的输入端相连，所述低位开关的输出端接地；所述高压切换控制单元与所述储能单元和发射换能器分别相连，用于在所述触发控制单元的控制下，通过控制所述储能单元输出的高压能量，对所述发射换能器进行正向或反向激励。

2.如权利要求1所述脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路，其特征在于，所述脉冲可换向的声波测井换能器发射直接激励电路包括多个高压切换控制单元，以进行多路组合，在所述触发控制单元的控制下实现相控激励或换向激励。