CN103726838B - 高频阵列介电测井仪的井下测量电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频阵列介电测井仪的井下测量电路；该电路含有同步信号源、功率放大器、四端口耦合器、射频开关、发射天线、接收天线、低噪声放大器、混频器、数字控制增益放大器、模拟/数字转换器和信号处理器；同步信号源输出的信号经过功率放大器后进入四端口耦合器，再经射频开关后进入发射天线中，四端口耦合器的耦合端的信号经过低噪声放大器后，再依次进入混频器、数字控制增益放大器；接收天线接收到的信号经过射频开关后，再依次进入低噪声放大器、混频器、数字控制增益放大器；数字控制增益放大器的输出端与模拟/数字转换器连接，模拟/数字转换器的输出端与信号处理器连接；本发明探测深、分辨率高，提供的信息丰富。

Description

高频阵列介电测井仪的井下测量电路

（一）、技术领域：本发明涉及一种测井仪电路，特别是涉及一种高频阵

列介电测井仪的井下测量电路。

（二）、背景技术：石油工业的二次开采和三次开采中低电阻率油层和高电阻率水层并不罕见。利用电阻率方法来区别油水层常常失效，而水的相对介电常数（80左右）和油的相对介电常数（2～4）相差很大；所以介电常数的测量较之其它手段能够更加简单地区分油、气、水层，近年来，对井眼附近地层介电常数的测量越来越受到重视。

地层的不同成分会影响岩石介电常数和电导率的测量；在测井仪器工作频率较低时，该因素对介电常数的测量影响较大；而在较高频率（达到GHz）时该影响较小。由于早期应用于测量介电常数仪器的工作频率较低，地层的不同成分混合对其测量的精度影响较大；同时早期的仪器只利用了少量发射和接收路径电磁波的相对幅度、相位的差值，所以具有探测深度浅、分辨率低等测井信息不丰富的缺点，并且无法进行地层各向异性的二维探测。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种高频阵列介

电测井仪的井下测量电路，该井下测量电路探测深、分辨率高，提供的信息丰富，而且可以进行地层各向异性探测。

本发明的技术方案：

一种高频阵列介电测井仪的井下测量电路，含有同步信号源、功率放大器、

第一四端口耦合器、第二四端口耦合器、第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关、第五射频开关、第一双极化发射天线、第二双极化发射天线、第一双极化接收天线、第二双极化接收天线、第三双极化接收天线、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器、第四低噪声放大器、第五低噪声放大器、第六低噪声放大器、第七低噪声放大器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第五混频器、第六混频器、第七混频器、第一数字控制增益放大器、第二数字控制增益放大器、第三数字控制增益放大器、第四数字控制增益放大器、第五数字控制增益放大器、第六数字控制增益放大器、第七数字控制增益放大器、多通道同步采样模拟/数字转换器和信号处理器；

同步信号源输出的发射信号经过功率放大器放大后进入第一四端口耦合器和第二四端口耦合器的信号输入端，第一四端口耦合器的信号输出端的信号经过第一射频开关后进入第一双极化发射天线中，第二四端口耦合器的信号输出端的信号经过第二射频开关后进入第二双极化发射天线中；第一四端口耦合器的两个耦合端的信号分别经过第一低噪声放大器和第二低噪声放大器放大后，再分别进入第一混频器和第二混频器的高频信号输入端，第一混频器和第二混频器的输出端分别与第一数字控制增益放大器和第二数字控制增益放大器的输入端连接；第二四端口耦合器的两个耦合端的信号分别经过第三低噪声放大器和第四低噪声放大器放大后，再分别进入第三混频器和第四混频器的高频信号输入端，第三混频器和第四混频器的输出端分别与第三数字控制增益放大器和第四数字控制增益放大器的输入端连接；

第一双极化接收天线、第二双极化接收天线和第三双极化接收天线接收到的信号分别经过第三射频开关、第四射频开关和第五射频开关后，再分别进入第五低噪声放大器、第六低噪声放大器和第七低噪声放大器的输入端，第五低噪声放大器、第六低噪声放大器和第七低噪声放大器的输出端分别与第五混频器、第六混频器和第七混频器的高频信号输入端连接，第五混频器、第六混频器和第七混频器的输出端分别与第五数字控制增益放大器、第六数字控制增益放大器和第七数字控制增益放大器的输入端连接；

第一数字控制增益放大器、第二数字控制增益放大器、第三数字控制增益放大器、第四数字控制增益放大器、第五数字控制增益放大器、第六数字控制增益放大器和第七数字控制增益放大器的输出端分别与多通道同步采样模拟/数字转换器的七个主模拟信号输入端连接，多通道同步采样模拟/数字转换器的输出端与信号处理器的信号输入端连接；

同步信号源输出的参考信号进入第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第五混频器、第六混频器和第七混频器的参考信号输入端，同步信号源输出的同步采集信号进入多通道同步采样模拟/数字转换器的启动信号输入端，信号处理器的增益控制输出端与第一数字控制增益放大器、第二数字控制增益放大器、第三数字控制增益放大器、第四数字控制增益放大器、第五数字控制增益放大器、第六数字控制增益放大器和第七数字控制增益放大器的增益控制输入端连接，信号处理器的天线切换控制输出端与第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关和第五射频开关的切换控制输入端连接。

该高频阵列介电测井仪的井下测量电路还含有辅助测量探头，辅助测量探头的输出端与多通道同步采样模拟/数字转换器的辅助模拟信号输入端连接。

辅助测量探头含有温度传感器和压力传感器，温度传感器的型号为：ADT7310，压力传感器的型号为：PPM226-LS2。

同步信号源的型号为：AD9914；功率放大器的型号为：WPM0913C；第一四端口耦合器、第二四端口耦合器的型号为：DC0900A30；第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关和第五射频开关的型号为：ZASW-2-50DR+；第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器、第四低噪声放大器、第五低噪声放大器、第六低噪声放大器和第七低噪声放大器的型号为：WHM0510AE；第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第五混频器、第六混频器、第七混频器的型号为：JCIR-152H+；第一数字控制增益放大器、第二数字控制增益放大器、第三数字控制增益放大器、第四数字控制增益放大器、第五数字控制增益放大器、第六数字控制增益放大器和第七数字控制增益放大器的型号为：LTC6910；多通道同步采样模拟/数字转换器的型号为：ADS1278；信号处理器为DSP信号处理器，DSP信号处理器的型号为：TMS320F28335。

第一双极化发射天线、第二双极化发射天线、第一双极化接收天线、第二双极化接收天线和第三双极化接收天线均为结构相同的双极化天线，该双极化天线含有壳体和探针组，壳体含有内腔和与内腔连通的开口面，探针组安装在壳体的内腔内并与开口面处具有一定的距离，探针组含有相交设置并相互分离的第一探针和第二探针；信号处理器的天线切换控制输出端的信号通过第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关和第五射频开关来控制双极化天线中第一探针和第二探针的工作。

双极化天线还含有第一同轴线、第二同轴线、第一连接件和第二连接件，壳体上含有安装第一同轴线的第一安装通道和安装第二同轴线的第二安装通道；

第一安装通道的第一端和第二安装通道的第一端均与内腔连通，第一安装通道的第二端和第二安装通道的第二端均穿出壳体，第一连接件安装在第一安装通道的第二端，第二连接件安装在第二安装通道的第二端；

第一同轴线的第一端与第一探针的第一端连接，第二同轴线的第一端与第二

探针的第一端连接，第一同轴线的第二端通过第一连接件固定，第二同轴线的第二端通过第二连接件固定，第一探针的第二端和第二探针的第二端均固定安装在壳体的内壁上；

第一连接件和第二连接件均为射频同轴接头。

双极化天线还含有介质和密封圈，介质填充在壳体的内腔中，介质为玻璃材料或陶瓷材料，密封圈套设在壳体外。

双极化天线还含有第一阻抗匹配单元和第二阻抗匹配单元，第一阻抗匹配单元与第一连接件连接，第二阻抗匹配单元与第二连接件连接；第一同轴线的内导体与第一探针的第一端电连接，第二同轴线的内导体与第二探针的第一端电连接；第一探针的第一端和第二探针的第一端均逐渐收缩地向外延伸。

第一探针与第二探针相互垂直。

第一探针的中部含有第一凹槽，第二探针的中部含有第二凹槽，第一凹槽的槽底与第二凹槽的槽底相对设置且第一凹槽的槽底与第二凹槽的槽底之间具有间隙。

该双极化天线能够单独发射或接收任意极化方向与第一探针和第二探针所在平面平行的电磁场，通过接收与发射来测定各向异性地层的介电常数。具体地，通过分别调整两路激励信号的幅度和相位可以在第一探针和第二探针所在平面内激励起任意极化角的电磁场，这样通过收发天线阵来测定不同地层环境下不同极化方向的相位改变与幅度衰减，进而可以经过反演计算得到相应极化方向的地层信息。

同步信号源输出三路同步信号：高频1GHz信号，作为发射信号。参考

信号，与发射信号(1GHz)进行混频，把高频1GHz信号下变到低频进行模拟数字化等处理。同步采集信号，作为多通道同步采样模拟/数字转换器的启动信号。

功率放大器实现高频信号（1GHz）的大功率发射。

四端口耦合器的主要功能为：耦合发射信号（1GHz），对发射信号进行监测，同时测量发射信号的绝对相位、幅度。耦合第一双极化发射天线和第二双极化发射天线的反射信号，测量反射信号的相位、幅度，进行仪器的车间刻度。

射频开关用来切换工作模式，进行地层各向异性探测。

双极化发射天线和双极化接收天线分别发射和接收相互正交极化的电磁场，测量二维的地层信息。

低噪声放大器对接收到弱小高频信号进行放大，提高测量的灵敏度。

混频器把接收到的高频信号下变到低频。

数字控制增益放大器根据实际地层对高频电磁波衰减的情况，调整接收通道的增益。

多通道同步采样模拟/数字转换器同步完成多通道模拟信号的数字化。

信号处理器控制各器件的工作状态：控制射频开关，切换双极化天线的水平、垂直极化方向，进行地层各向异性的探测；：控制多个接收通道的数字控制增益放大器，调整接收通道的增益，扩大了接收弱小信号的动态范围；：控制多通道同步采样模拟/数字转换器，进行多通道接收信号同步采样；：对数字信号进行相关信号处理，求解出各个接收通道信号的绝对相位和幅度。

辅助测量探头测量辅助信息（温度、压力），实时校正测量数据的曲线。

该井下测量电路的工作过程为：同步信号源产生1GHz信号送到功率放大器，再经过第一四端口耦合器和第二四端口耦合器分别传输到第一双极化发射天线、第二双极化发射天线上，并分别由第一射频开关和第二射频开关切换第一双极化发射天线、第二双极化发射天线的极化方向，进行二维地层的探测。第一四端口耦合器和第二四端口耦合器耦合发射信号，以此来监测发射信号，耦合到的信号经过低噪声放大器、混频器、数字控制增益放大器，再由多通道同步采样模拟/数字转换器进行数字化后，送到信号处理器中求解出发射信号的绝对相位、幅度；同时，第一四端口耦合器和第二四端口耦合器耦合第一双极化发射天线、第二双极化发射天线的反射信号，耦合到的信号经过低噪声放大器、混频器、数字控制增益放大器，再由多通道同步采样模拟/数字转换器进行数字化后，送到信号处理器求解出反射信号的绝对相位、幅度，用于高频阵列测井系统的车间刻度。高频1GHz电磁波经过地层衰减后到达第一双极化接收天线、第二双极化接收天线、第三双极化接收天线，第一双极化接收天线、第二双极化接收天线、第三双极化接收天线接收来自地层衰减的微弱高频信号，该高频信号经过低噪声放大器、混频器、数字控制增益放大器，再由多通道同步采样模拟/数字转换器进行数字化后，送到信号处理器求解出各个接收通道接收信号的绝对相位、幅度。由多个发射-接收通道信号的绝对相位、幅度值经过处理得到地层的介电常数曲线及地层的各向异性。并结合辅助测量探头实时校正测井曲线。

本发明的有益效果：

1、本发明利用多通道发射和接收电路测量地层响应，同时测量多个通道

信号的绝对相位、幅度值，可以得到不同探测深度、不同分辨率的阵列介电曲线，使该阵列介电曲线探测深、分辨率高、信息丰富。本发明降低了地层不同成分混合的方式对介电常数测量的影响，提高了仪器探测的深度，丰富了地层探测的信息。

2、本发明通过信号处理器控制切换射频开关的工作模式，可以进行地层

各向异性探测，提供地层二维信息。

3、本发明采用高频1GHz为工作频率，降低了地层的不同成分混合对测量精度的影响。

4、本发明能进行车间刻度，提高了测量精度。

5、本发明提供辅助测量信息，实时校准测井曲线，提高了测井曲线的精确度。

（四）、附图说明：

图1为高频阵列介电测井仪的井下测量电路的电路原理示意图；

图2为双极化天线的结构示意图；

图3为图２的部分俯视结构示意图；

图4为第一探针被激励时的示意图；

图5为第二探针被激励时的示意图；

图6为第一探针和第二探针同时被激励时的示意图；

图7为第一双极化发射天线、第二双极化发射天线、第一双极化接收天线、第二双极化接收天线和第三双极化接收天线的安装结构示意图。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图7，图中，高频阵列介电测井仪的井下测量电路含有同步信号

源U1、功率放大器U2、第一四端口耦合器O1、第二四端口耦合器O2、第一射频开关K1、第二射频开关K2、第三射频开关K3、第四射频开关K4、第五射频开关K5、第一双极化发射天线T1、第二双极化发射天线T2、第一双极化接收天线R1、第二双极化接收天线R2、第三双极化接收天线R3、第一低噪声放大器F1、第二低噪声放大器F2、第三低噪声放大器F3、第四低噪声放大器F4、第五低噪声放大器F5、第六低噪声放大器F6、第七低噪声放大器F7、第一混频器H1、第二混频器H2、第三混频器H3、第四混频器H4、第五混频器H5、第六混频器H6、第七混频器H7、第一数字控制增益放大器DGC1、第二数字控制增益放大器DGC2、第三数字控制增益放大器DGC3、第四数字控制增益放大器DGC4、第五数字控制增益放大器DGC5、第六数字控制增益放大器DGC6、第七数字控制增益放大器DGC7、多通道同步采样模拟/数字转换器U4和信号处理器U3；

同步信号源U1输出的发射信号经过功率放大器U2放大后进入第一四端口耦合器O1和第二四端口耦合器O2的信号输入端，第一四端口耦合器O1的信号输出端的信号经过第一射频开关K1后进入第一双极化发射天线T1中，第二四端口耦合器O2的信号输出端的信号经过第二射频开关K2后进入第二双极化发射天线T2中；第一四端口耦合器O1的两个耦合端的信号分别经过第一低噪声放大器F1和第二低噪声放大器F2放大后，再分别进入第一混频器H1和第二混频器H2的高频信号输入端，第一混频器H1和第二混频器H2的输出端分别与第一数字控制增益放大器DGC1和第二数字控制增益放大器DGC2的输入端连接；第二四端口耦合器O2的两个耦合端的信号分别经过第三低噪声放大器F3和第四低噪声放大器F4放大后，再分别进入第三混频器H3和第四混频器H4的高频信号输入端，第三混频器H3和第四混频器H4的输出端分别与第三数字控制增益放大器DGC3和第四数字控制增益放大器DGC4的输入端连接；

第一双极化接收天线R1、第二双极化接收天线R2和第三双极化接收天线R3接收到的信号分别经过第三射频开关K3、第四射频开关K4和第五射频开关K5后，再分别进入第五低噪声放大器F5、第六低噪声放大器F6和第七低噪声放大器F7的输入端，第五低噪声放大器F5、第六低噪声放大器F6和第七低噪声放大器F7的输出端分别与第五混频器H5、第六混频器H6和第七混频器H7的高频信号输入端连接，第五混频器H5、第六混频器H6和第七混频器H7的输出端分别与第五数字控制增益放大器DGC5、第六数字控制增益放大器DGC6和第七数字控制增益放大器DGC7的输入端连接；

第一数字控制增益放大器DGC1、第二数字控制增益放大器DGC2、第三数字控制增益放大器DGC3、第四数字控制增益放大器DGC4、第五数字控制增益放大器DGC5、第六数字控制增益放大器DGC6和第七数字控制增益放大器DGC7的输出端分别与多通道同步采样模拟/数字转换器U4的七个主模拟信号输入端连接，多通道同步采样模拟/数字转换器U4的输出端与信号处理器U3的信号输入端连接；

同步信号源U1输出的参考信号进入第一混频器H1、第二混频器H2、第三混频器H3、第四混频器H4、第五混频器H5、第六混频器H6和第七混频器H7的参考信号输入端，同步信号源U1输出的同步采集信号进入多通道同步采样模拟/数字转换器U4的启动信号输入端，信号处理器U1的增益控制输出端与第一数字控制增益放大器DGC1、第二数字控制增益放大器DGC2、第三数字控制增益放大器DGC3、第四数字控制增益放大器DGC4、第五数字控制增益放大器DGC5、第六数字控制增益放大器DGC6和第七数字控制增益放大器DGC7的增益控制输入端连接，信号处理器U3的天线切换控制输出端与第一射频开关K1、第二射频开关K1、第三射频开关K3、第四射频开关K4和第五射频开关K5的切换控制输入端连接。

该高频阵列介电测井仪的井下测量电路还含有辅助测量探头，辅助测量探头的输出端与多通道同步采样模拟/数字转换器U4的辅助模拟信号输入端连接。

辅助测量探头含有温度传感器和压力传感器，温度传感器的型号为：ADT7310，压力传感器的型号为：PPM226-LS2。

同步信号源U1的型号为：AD9914；功率放大器U2的型号为：WPM0913C；第一四端口耦合器O1、第二四端口耦合器O2的型号为：DC0900A30；第一射频开关K1、第二射频开关K2、第三射频开关K3、第四射频开关K4和第五射频开关K5的型号为：ZASW-2-50DR+；第一低噪声放大器F1、第二低噪声放大器F2、第三低噪声放大器F3、第四低噪声放大器F4、第五低噪声放大器F5、第六低噪声放大器F6和第七低噪声放大器F7的型号为：WHM0510AE；第一混频器H1、第二混频器H2、第三混频器H3、第四混频器H4、第五混频器H5、第六混频器H6、第七混频器H7的型号为：JCIR-152H+；第一数字控制增益放大器DGC1、第二数字控制增益放大器DGC2、第三数字控制增益放大器DGC3、第四数字控制增益放大器DGC4、第五数字控制增益放大器DGC5、第六数字控制增益放大器DGC6和第七数字控制增益放大器DGC7的型号为：LTC6910；多通道同步采样模拟/数字转换器U4的型号为：ADS1278；信号处理器U3为DSP信号处理器，DSP信号处理器的型号为：TMS320F28335。

第一双极化发射天线T1、第二双极化发射天线T2、第一双极化接收天线R1、第二双极化接收天线R2和第三双极化接收天线R3均为结构相同的双极化天线，该双极化天线含有壳体10和探针组20，壳体10含有内腔和与内腔连通的开口面，探针组20安装在壳体10的内腔内并与开口面处具有一定的距离，探针组20含有相交设置并相互分离的第一探针21和第二探针22；信号处理器U3的天线切换控制输出端的信号通过第一射频开关K1、第二射频开关K2、第三射频开关K3、第四射频开关K4和第五射频开关K5来控制双极化天线中第一探针21和第二探针22的工作。

双极化天线还含有第一同轴线30、第二同轴线、第一连接件40和第二连接件，壳体10上含有安装第一同轴线30的第一安装通道和安装第二同轴线的第二安装通道；

第一安装通道的第一端和第二安装通道的第一端均与内腔连通，第一安装通道的第二端和第二安装通道的第二端均穿出壳体10，第一连接件40安装在第一安装通道的第二端，第二连接件安装在第二安装通道的第二端；

第一同轴线30的第一端与第一探针21的第一端连接，第二同轴线的第一端

与第二探针22的第一端连接，第一同轴线30的第二端通过第一连接件40固定，第二同轴线的第二端通过第二连接件固定，第一探针21的第二端和第二探针22的第二端均固定安装在壳体10的内壁上；

第一连接件40和第二连接件均为射频同轴接头。

双极化天线还含有介质和密封圈，介质填充在壳体10的内腔中并烧结，介质为玻璃材料或陶瓷材料，当然，介质也可以为其他的介电常数较高的材料。密封圈套设在壳体10外。

由于填充介质部分结构较为复杂，介质填充步骤可以为：首先使用耐高温的同轴线和耐高温的焊接方式搭接出整个结构，其次向壳体10中的空间内填充介质，并连同天线装置整体烧结。这样能够填充满壳体10的整个空间，包括非常细小的空间。同时把介质同壳体10烧结成一个整体，能够避免在二者之间的界面引入空气层，进而能够避免电磁波在多层介质中产生复杂的反射、折射等。在壳体10的开口面处也进行了密封，在井下的高温高压环境下避免水或泥浆等钻井液进入天线内部。

密封圈在天线中起到密封的作用，使天线能够承受井下的高温高压环境。壳体10采用导电率较高的金属材料制成，如黄铜、合金等。在壳体10的外侧具有用于安装密封圈的结构，一个天线通过密封圈等结构安装在仪器的推靠极板60上，能够实现每个天线装置的独立拆卸与安装。推靠极板60的结构也能够在井下高温高压环境下工作。

双极化天线还含有第一阻抗匹配单元50和第二阻抗匹配单元，第一阻抗匹配单元50与第一连接件40连接，第二阻抗匹配单元与第二连接件连接；第一同轴线30的内导体31与第一探针21的第一端电连接，第二同轴线的内导体与第二探针22的第一端电连接；在发射天线的输入端或在接收天线的输出端增加了阻抗匹配单元，经过阻抗匹配单元的阻抗变换后与一定特性阻抗的后级电路进行匹配。这样处理之后，天线可以在20MHz-1.1GHz频率范围工作。由于填充的介质的介电常数较高，这样以来在高频段内可以不使用阻抗匹配单元，直接使天线输入阻抗与后级特性阻抗50Ω的电路匹配。在低频段内的匹配也因填充介质的介电常数较高而使得阻抗匹配较为容易实现。在20MHz-1.1GHz频段内，阻抗匹配单元常用集总元件制作，在上述频段范围内较高频点也可采用微带线等分布参数元件制成。

第一探针21的第一端和第二探针22的第一端均逐渐收缩地向外延伸。为了避免由较细的内导体到较粗的第一探针21或第二探针22之间台阶形的陡变对沿线电流产生的突变，在二者连接部分采用锥形渐变方式连接。当然，连接的过渡方式不限于锥形渐变，只要能使电磁波在连接部分不产生强烈反射的均可以作为可靠的渐变连接方式，如弧形、抛物线型等。

第一探针21与第二探针22相互垂直，可以用于激励极化方向相互正交的电磁场。

第一探针21的中部含有第一凹槽，第二探针22的中部含有第二凹槽，第一凹槽的槽底与第二凹槽的槽底相对设置且第一凹槽的槽底与第二凹槽的槽底之间具有间隙，这样可使第一探针21和第二探针22放置在同一平面内，且第一探针21和第二探针22交叉但不接触。为了使沿线电流不产生突变，可以采用圆弧形或抛物线形等其它缓变的开槽方式。优选地，第一探针21和第二探针22均为半圆柱形。当然，第一探针和第二探针也可为矩形片状结构。

该双极化天线能够单独发射或接收任意极化方向与第一探针21和第二探针22所在平面平行的电磁场，通过接收与发射来测定各向异性地层的介电常数。具体地，通过分别调整两路激励信号的幅度和相位可以在第一探针21和第二探针22所在平面内激励起任意极化角的电磁场，这样通过收发天线阵来测定不同地层环境下不同极化方向的相位改变与幅度衰减，进而可以经过反演计算得到相应极化方向的地层信息。

探针组20分别提供两正交极化方向的电磁场，如图4～图6所示，其中带有阴影的探针为被激励探针，箭头表示电场方向。如图6所示，在两个探针同时被激励时，分别调整两路激励信号的幅度和相位，就可以激励起在探针组20平面内任意极化角的电磁场。

发射天线和接收天线通过调节激励信号的幅度和相位以达到极化匹配，即接收和发射的电磁波极化角相同的目的。据此测量接收天线装置接收到信号的幅度和相位，得到相应地层在此种极化下的各向异性参数。

同步信号源U1输出三路同步信号：高频1GHz信号，作为发射信号。

参考信号，与发射信号(1GHz)进行混频，把高频1GHz信号下变到低频进行模拟数字化等处理。同步采集信号，作为多通道同步采样模拟/数字转换器U4的启动信号。

功率放大器U2实现高频信号（1GHz）的大功率发射。

四端口耦合器O1、O2的主要功能为：耦合发射信号（1GHz），对发射信号进行监测，同时测量发射信号的绝对相位、幅度。耦合第一双极化发射天线T1和第二双极化发射天线T1的反射信号，测量反射信号的相位、幅度，进行仪器的车间刻度。

射频开关K1～K5用来切换工作模式，进行地层各向异性探测。

双极化发射天线T1、T2和双极化接收天线R1、R2、R3分别发射和接收相互正交极化的电磁场，测量二维的地层信息。

低噪声放大器F1～F7对接收到弱小高频信号进行放大，提高测量的灵敏度。

混频器H1～H7把接收到的高频信号下变到低频。

数字控制增益放大器DGC1～DGC7根据实际地层对高频电磁波衰减的情况，调整接收通道的增益。

多通道同步采样模拟/数字转换器U4同步完成多通道模拟信号的数字化。

信号处理器U3控制各器件的工作状态：控制射频开关K1～K5，切换双极化天线的水平、垂直极化方向，进行地层各向异性的探测；：控制多个接收通道的数字控制增益放大器DGC1～DGC7，调整接收通道的增益，扩大了接收弱小信号的动态范围；：控制多通道同步采样模拟/数字转换器U4，进行多通道接收信号同步采样；：对数字信号进行相关信号处理，求解出各个接收通道信号的绝对相位和幅度。

辅助测量探头测量辅助信息（温度、压力），实时校正测量数据的曲线。

该井下测量电路的工作过程为：同步信号源U1产生1GHz信号送到功率放大器U2，再经过第一四端口耦合器O1和第二四端口耦合器O2分别传输到第一双极化发射天线T1、第二双极化发射天线T2上，并分别由第一射频开关K1和第二射频开关K2切换第一双极化发射天线T1、第二双极化发射天线T2的极化方向，进行二维地层的探测。第一四端口耦合器O1和第二四端口耦合器O2耦合发射信号，以此来监测发射信号，耦合到的信号经过低噪声放大器F1～F4、混频器H1～H4、数字控制增益放大器DGC1～DGC4，再由多通道同步采样模拟/数字转换器U4进行数字化后，送到信号处理器U3中求解出发射信号的绝对相位、幅度；同时，第一四端口耦合器O1和第二四端口耦合器O2耦合第一双极化发射天线T1、第二双极化发射天线T2的反射信号，耦合到的信号经过低噪声放大器F1～F4、混频器H1～H4、数字控制增益放大器DGC1～DGC4，再由多通道同步采样模拟/数字转换器U4进行数字化后，送到信号处理器U3求解出反射信号的绝对相位、幅度，用于高频阵列测井系统的车间刻度。高频1GHz电磁波经过地层衰减后到达第一双极化接收天线R1、第二双极化接收天线R2、第三双极化接收天线R3，第一双极化接收天线R1、第二双极化接收天线R2、第三双极化接收天线R3接收来自地层衰减的微弱高频信号，该高频信号经过低噪声放大器F5～F7、混频器H5～H7、数字控制增益放大器DGC5～DGC7，再由多通道同步采样模拟/数字转换器U4进行数字化后，送到信号处理器U3求解出各个接收通道接收信号的绝对相位、幅度。由多个发射-接收通道信号的绝对相位、幅度值经过处理得到地层的介电常数曲线及地层的各向异性。并结合辅助测量探头实时校正测井曲线。

Claims (10)

1.一种高频阵列介电测井仪的井下测量电路，其特征是：含有同步信号源、功率放大器、第一四端口耦合器、第二四端口耦合器、第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关、第五射频开关、第一双极化发射天线、第二双极化发射天线、第一双极化接收天线、第二双极化接收天线、第三双极化接收天线、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器、第四低噪声放大器、第五低噪声放大器、第六低噪声放大器、第七低噪声放大器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第五混频器、第六混频器、第七混频器、第一数字控制增益放大器、第二数字控制增益放大器、第三数字控制增益放大器、第四数字控制增益放大器、第五数字控制增益放大器、第六数字控制增益放大器、第七数字控制增益放大器、多通道同步采样模拟/数字转换器和信号处理器；

同步信号源输出的发射信号经过功率放大器放大后进入第一四端口耦合器和第二四端口耦合器的信号输入端，第一四端口耦合器的信号输出端的信号经过第一射频开关后进入第一双极化发射天线中，第二四端口耦合器的信号输出端的信号经过第二射频开关后进入第二双极化发射天线中；第一四端口耦合器的两个耦合端的信号分别经过第一低噪声放大器和第二低噪声放大器放大后，再分别进入第一混频器和第二混频器的高频信号输入端，第一混频器和第二混频器的输出端分别与第一数字控制增益放大器和第二数字控制增益放大器的输入端连接；第二四端口耦合器的两个耦合端的信号分别经过第三低噪声放大器和第四低噪声放大器放大后，再分别进入第三混频器和第四混频器的高频信号输入端，第三混频器和第四混频器的输出端分别与第三数字控制增益放大器和第四数字控制增益放大器的输入端连接；

第一双极化接收天线、第二双极化接收天线和第三双极化接收天线接收到的信号分别经过第三射频开关、第四射频开关和第五射频开关后，再分别进入第五低噪声放大器、第六低噪声放大器和第七低噪声放大器的输入端，第五低噪声放大器、第六低噪声放大器和第七低噪声放大器的输出端分别与第五混频器、第六混频器和第七混频器的高频信号输入端连接，第五混频器、第六混频器和第七混频器的输出端分别与第五数字控制增益放大器、第六数字控制增益放大器和第七数字控制增益放大器的输入端连接；

第一数字控制增益放大器、第二数字控制增益放大器、第三数字控制增益放大器、第四数字控制增益放大器、第五数字控制增益放大器、第六数字控制增益放大器和第七数字控制增益放大器的输出端分别与多通道同步采样模拟/数字转换器的七个主模拟信号输入端连接，多通道同步采样模拟/数字转换器的输出端与信号处理器的信号输入端连接；

同步信号源输出的参考信号进入第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第五混频器、第六混频器和第七混频器的参考信号输入端，同步信号源输出的同步采集信号进入多通道同步采样模拟/数字转换器的启动信号输入端，信号处理器的增益控制输出端与第一数字控制增益放大器、第二数字控制增益放大器、第三数字控制增益放大器、第四数字控制增益放大器、第五数字控制增益放大器、第六数字控制增益放大器和第七数字控制增益放大器的增益控制输入端连接，信号处理器的天线切换控制输出端与第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关和第五射频开关的切换控制输入端连接。

2.根据权利要求1所述的高频阵列介电测井仪的井下测量电路，其特征是：还含有辅助测量探头，辅助测量探头的输出端与多通道同步采样模拟/数字转换器的辅助模拟信号输入端连接。

3.根据权利要求2所述的高频阵列介电测井仪的井下测量电路，其特征是：所述辅助测量探头含有温度传感器和压力传感器。

4.根据权利要求1所述的高频阵列介电测井仪的井下测量电路，其特征是：所述同步信号源的型号为：AD9914；功率放大器的型号为：WPM0913C；第一四端口耦合器、第二四端口耦合器的型号为：DC0900A30；第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关和第五射频开关的型号为：ZASW-2-50DR+；第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器、第四低噪声放大器、第五低噪声放大器、第六低噪声放大器和第七低噪声放大器的型号为：WHM0510AE；第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第五混频器、第六混频器、第七混频器的型号为：JCIR-152H+；第一数字控制增益放大器、第二数字控制增益放大器、第三数字控制增益放大器、第四数字控制增益放大器、第五数字控制增益放大器、第六数字控制增益放大器和第七数字控制增益放大器的型号为：LTC6910；多通道同步采样模拟/数字转换器的型号为：ADS1278；信号处理器为DSP信号处理器，DSP信号处理器的型号为：TMS320F28335。

5.根据权利要求1所述的高频阵列介电测井仪的井下测量电路，其特征是：所述第一双极化发射天线、第二双极化发射天线、第一双极化接收天线、第二双极化接收天线和第三双极化接收天线均为结构相同的双极化天线，该双极化天线含有壳体和探针组，壳体含有内腔和与内腔连通的开口面，探针组安装在壳体的内腔内并与开口面处具有一定的距离，探针组含有相交设置并相互分离的第一探针和第二探针；信号处理器的天线切换控制输出端的信号通过第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关和第五射频开关来控制双极化天线中第一探针和第二探针的工作。

6.根据权利要求5所述的高频阵列介电测井仪的井下测量电路，其特征是：所述双极化天线还含有第一同轴线、第二同轴线、第一连接件和第二连接件，壳体上含有安装第一同轴线的第一安装通道和安装第二同轴线的第二安装通道；

第一安装通道的第一端和第二安装通道的第一端均与内腔连通，第一安装通道的第二端和第二安装通道的第二端均穿出壳体，第一连接件安装在第一安装通道的第二端，第二连接件安装在第二安装通道的第二端；

第一同轴线的第一端与第一探针的第一端连接，第二同轴线的第一端与第二

探针的第一端连接，第一同轴线的第二端通过第一连接件固定，第二同轴线的第二端通过第二连接件固定，第一探针的第二端和第二探针的第二端均固定安装在壳体的内壁上；

第一连接件和第二连接件均为射频同轴接头。

7.根据权利要求5所述的高频阵列介电测井仪的井下测量电路，其特征是：所述双极化天线还含有介质和密封圈，介质填充在壳体的内腔中，介质

为玻璃材料或陶瓷材料，密封圈套设在壳体外。

8.根据权利要求6所述的高频阵列介电测井仪的井下测量电路，其特征是：所述双极化天线还含有第一阻抗匹配单元和第二阻抗匹配单元，第一阻抗匹配单元与第一连接件连接，第二阻抗匹配单元与第二连接件连接；第一同轴线的内导体与第一探针的第一端电连接，第二同轴线的内导体与第二探针的第一端电连接；第一探针的第一端和第二探针的第一端均逐渐收缩地向外延伸。

9.根据权利要求5所述的高频阵列介电测井仪的井下测量电路，其特征是：所述第一探针与第二探针相互垂直。

10.根据权利要求5所述的高频阵列介电测井仪的井下测量电路，其特征是：所述第一探针的中部含有第一凹槽，第二探针的中部含有第二凹槽，第一凹槽的槽底与第二凹槽的槽底相对设置且第一凹槽的槽底与第二凹槽的槽底之间具有间隙。