CN108648569A - 一种含有控制系统的超声成像测井实验装置 - Google Patents

一种含有控制系统的超声成像测井实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含有控制系统的超声成像测井实验装置,包括:二维滑动扫描平台,控制系统,计算机,所述二维滑动扫描平台与所述控制系统之间电性连接,所述控制系统与所述计算机之间采用电性连接,所述控制系统包括盖板、铰链、操作面板、盖板扣和铝合金箱体,所述盖板通过所述铰链可拆卸的安装在所述铝合金箱体上,所述操作面板与所述铝合金箱体间形成容置空间,所述容置空间内设置有开关电源,电路板、X轴步进电机驱动器和Y轴步进电机驱动器。本发明采用二维平面的扫描方式,与实际的超声反射波成像测井相比,其成像结果更为直观,因此,非常适合应用于地球物理测井及相关专业实验教学中,弥补了此类教学用具的缺失。

Description

一种含有控制系统的超声成像测井实验装置
技术领域
本发明涉及实验教学用具领域,具体是一种含有控制系统的超声成像测井实验装置。
背景技术
超声反射波成像测井的基本原理是:在井下测量记录从井轴上的脉冲声源发出的超声脉冲在井壁上各种不同的声学界面的反射波,根据这些反射波的到达时间确定井壁上声学界面的位置,并根据反射波幅度的大小确定井壁的声阻抗特性。根据超声脉冲在井壁上的反射波的到达时间和幅度所得到的井壁表面的二维展开图像,这就是超声反射波成像。上述原理对地球物理测井及相关专业的师生而言并不陌生。但现有的教学过程中,超声反射波成像测井方法与原理仅通过理论灌输给学生,目前还没有自制的模拟仿真实验装置来进行直观教学。因此,设计一套操作方便,仿真性能良好的实验装置具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了提解决上述问题,提供一种含有控制系统的超声成像测井实验装置。
本发明采用的技术方案为:一种含有控制系统的超声成像测井实验装置,包括:二维滑动扫描平台,控制系统,计算机,所述二维滑动扫描平台与所述控制系统之间电性连接,所述控制系统与所述计算机之间采用电性连接,所述控制系统包括盖板、铰链、操作面板、盖板扣和铝合金箱体,所述盖板通过所述铰链可拆卸的安装在所述铝合金箱体上,所述操作面板与所述铝合金箱体间形成容置空间,所述容置空间内设置有开关电源,电路板、X轴步进电机驱动器和Y轴步进电机驱动器,所述开关电源与所述电路板、所述X轴步进电机驱动器和所述Y轴步进电机驱动器连接,所述电路板与所述X轴步进电机驱动器和所述Y轴步进电机驱动器连接。
本发明的效果是:本发明采用的是二维平面的扫描方式,由于与实际的超声反射波成像测井相比,它将传统的对井壁进行360o圆周螺旋扫描方式改为学生更容易理解的二维平面扫描方式,其成像结果更为直观,更容易与真实反射面进行对比。因此,非常适合应用于地球物理测井及相关专业实验教学中,弥补了此类教学用具的缺失。
附图说明
图1所示为本发明提供的一种含有控制系统的超声成像测井实验装置的结构示意图;
图2所示为图1中二维滑动扫描平台的结构示意图;
图3所示为图2中超声反射板的结构示意图;
图4所示为图1中控制系统的结构示意图;
图5所示为图4中操作面板的结构示意图;
图6所示为图1中控制系统的内部结构示意图;
图7所示为图6中电路板的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
下面结合附图介绍本发明的含有控制系统的超声成像测井实验装置。
请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6及图7,为本发明提供的一种含有控制系统的超声成像测井实验装置,包括:二维滑动扫描平台1,控制系统2,计算机3,所述二维滑动扫描平台1与所述控制系统2之间电性连接,所述控制系统2与所述计算机3之间采用电性连接。
所述二维滑动扫描平台1包括水箱11、有机玻璃板12、Y轴滚珠丝杆滑台13、X轴同步带滑台14,超声反射板15,传感器固定支架16及超声波传感器17,所述有机玻璃板12设置在所述水箱11上,所述X轴同步带滑台14、所述Y轴滚珠丝杆滑台13设置在所述有机玻璃板12上,且所述X轴同步带滑台14与所述Y轴滚珠丝杆滑台13滑动连接,所述超声反射板15设置在所述水箱11内,所述传感器固定支架16滑动设置在所述X轴同步带滑台14上,所述超声波传感器17设置在所述传感器固定支架16上。
所述水箱11为一有底无盖的箱体,所述有机玻璃板12设置在所述水箱11的无盖面上,所述有机玻璃板12上开设有通孔121。
所述Y轴滚珠丝杆滑台13包括Y轴步进电机131、Y轴第一固定支架132、Y轴接近开关133、Y轴丝杆滑块134、Y轴滑杆135、Y轴丝杆136及Y轴第二固定支架137,所述Y轴第一固定支架132及所述Y轴第二固定支架137设置在所述有机玻璃板12上,所述Y轴丝杆136及所述Y轴滑杆135相互平行的设置在所述Y轴第一固定支架132及所述Y轴第二固定支架137之间且所述Y轴丝杆136及所述Y轴滑杆135的两端分别与所述Y轴第一固定支架132及所述Y轴第二固定支架137固定,所述Y轴丝杆滑块134套设在所述Y轴丝杆136及所述Y轴滑杆135上,且相对所述Y轴丝杆136及所述Y轴滑杆135可滑动,所述Y轴步进电机131设置在所述Y轴第一固定支架13上且与所述Y轴丝杆136连接,所述Y轴接近开关133设置在Y轴第一固定支架132靠近所述Y轴第二固定支架137的一面上。
所述X轴同步带滑台14包括X轴步进电机141、X轴步进电机支架142、同步带143、X轴接近开关144、同步带滑块145、被动滑块146、被动滑杆147及被动滑杆支架148,所述被动滑杆支架148设置在所述有机玻璃板12上,所述被动滑杆147设置在所述被动滑杆支架148上,所述被动滑杆147与所述Y轴滑杆135平行且位于同一平面上,所述被动滑块146设置在所述被动滑杆147上且相对所述被动滑杆147可滑动,所述X轴步进电机支架142设置在所述Y轴丝杆滑块134上,所述X轴步进电机141设置在所述X轴步进电机支架上,所述同步带143设置在所述X轴步进电机支架142及所述被动滑块146之间且两端与所述X轴步进电机支架142及所述被动滑块146固定,所述同步带滑块145设置在所述同步带143上且沿所述同步带143可滑动,所述X轴步进电机141与所述同步带143连接,所述X轴接近开关144设置在所述X轴步进电机支架142靠近所述被动滑块146的一面上。
所述超声反射板15的材料为有机玻璃板,厚度为10mm,为了模拟不同的反射距离和反射面声阻抗,采用雕刻工艺在所述超声反射板15上进行雕刻,为了获得与超声反射板15表面不同的超声波传播距离,在所述超声反射板15的左侧刻有“超声反射波成像测井”字样的全镂空字体151,为了获得与超声反射板表面不同的声阻抗,在所述全镂空字体151的背面粘贴厚度1mm的304不锈钢板,为了获得与超声反射板15表面不同的超声波传播距离和相同的声阻抗,在所述超声反射板15的中间刻有“实验装置”字样的半镂空字体152,为了增加实验的趣味性,在所述超声反射板15的右侧分别雕刻有镂空的正方形153,镂空的椭圆形154,镂空的三角形155。
所述传感器固定支架16穿设于所述通孔121,且一端与所述同步带滑块145固定,另一端伸入所述所述水箱11内,所述超声波传感器17设置在所述传感器固定支架16远离所述同步带滑块145的一端上。
所述控制系统2包括盖板21、铰链22、操作面板23、盖板扣24和铝合金箱体25,所述盖板21通过所述铰链22可拆卸的安装在所述铝合金箱体25上,便于使用和存放。
所述操作面板23与所述铝合金箱体25间形成容置空间,所述容置空间内设置有开关电源26,电路板27、X轴步进电机驱动器28和Y轴步进电机驱动器29,所述开关电源26与所述电路板27、所述X轴步进电机驱动器28和所述Y轴步进电机驱动器29连接,所述电路板27与所述X轴步进电机驱动器28和所述Y轴步进电机驱动器29连接。
所述操作面板23包括电源开关231、关键信号测试孔232,所述操作面板23上印刷有所述电路板27的原理示意图,便于学生用示波器观测信号并理解其原理
所述电源开关231与所述开关电源26连接。
所述铝合金箱体25侧壁上设有220V电源插座251、航空插头252及DB9串口插座253,所述220V电源插座251与所述开关电源26连接,所述航空插头252及所述DB9串口插座253与所述电路板27连接。所述控制系统2通过所述航空插头252与所述二维滑动扫描平台1连接,所述控制系统2通过所述DB9串口插座253与所述计算机3连接。
所述电路板27包括FPGA主控模块271、负责通信的RS232接口单元模块272、超声波激发模块273、超声波信号检测与处理模块274,所述FPGA主控模块271与所述RS232接口单元模块272、所述超声波激发模块273、所述超声波信号检测与处理模块274连接。
所述RS232接口单元模块272用于FPGA主控模块271与所述计算机3进行通讯,所述RS232接口单元模块272与所述DB9串口插座253连接。
所述超声波激发模块273通过所述航空插头252与所述二维滑动扫描平台1连接,所述超声波激发模块273接收所述FPGA主控模块271的信号激发所述超声波传感器17工作。
所述超声波信号检测与处理模块274包括超声波接收电路2741、信号调理电路2742、超声波时间检测电路2743及超声波峰值检测电路2744。所述超声波接收电路2741与所述信号调理电路2742连接,所述信号调理电路2742与所述超声波时间检测电路2743及所述超声波峰值检测电路2744连接,所述超声波时间检测电路2743及所述超声波峰值检测电路2744与所述FPGA主控模块271连接。
所述信号调理电路2742包括限幅保护电路及差动放大电路,所述限幅保护电路与所述超声波接收电路2741及所述差动放大电路连接,所述差动放大电路与所述超声波时间检测电路2743及所述超声波峰值检测电路2744连接,所述差动放大电路处设有与一所述关键信号测试孔232连接的连接点(如图5所示)。
所述超声波时间检测电路2743包括一高速比较器,所述高速比较器的负极输入端设有与一所述关键信号测试孔232连接的连接点,所述高速比较器的输出端设有与一所述关键信号测试孔232连接的连接点(如图5所示)。
所述超声波峰值检测电路2744包括整流电路、采样保持器、对数放大电路及AD数字电路,所述整流电路与所述信号调理电路2742及所述采样保持器连接,所述对数放大电路与所述采样保持器及所述AD数字电路连接,所述AD数字电路与所述FPGA主控模块271连接,所述整流电路与所述采样保持器间设有与一所述关键信号测试孔232连接的连接点,所述对数放大电路与所述采样保持器间设有与一所述关键信号测试孔232连接的连接点,所述对数放大电路与所述AD数字电路间设有与一所述关键信号测试孔232连接的连接点。
所述超声波接收电路2741用于接收所述超声波传感器17发送来的信号并将信号发送给所述信号调理电路2742。
所述信号调理电路2742用于对所述超声波接收电路2741发送来的信号进行调整,并将调整后的信号发送给所述超声波时间检测电路2743及所述超声波峰值检测电路2744,所述超声波时间检测电路2743用于检测调整后的信号的持续时间,所述超声波峰值检测电路2744用于检测调整后的信号的峰值,所述超声波时间检测电路2743及所述超声波峰值检测电路2744将检测到的结果发送给所述FPGA主控模块271。
所述X轴步进电机驱动器28和所述Y轴步进电机驱动器29通过所述航空插头252与所述二维滑动扫描平台1连接。
本发明的工作过程如下:使用时连接好控制系统2箱体后侧的3根电缆线,分别是:220V电源插座251与市电连接,航空插头252与二维滑动扫描平台1相连,DB9串口插座253与笔记本电脑相连。在此基础上,打开位于控制系统2箱体上层操作面板23正中间的电源开关231,系统处于通电状态,实验员操作运行于计算机3上的应用程序,发出“开始扫描”命令,所述控制系统2驱动二维滑动扫描平台1开始工作。在步进电机的带动下,超声波传感器对反射面进行二维扫描。在此过程中,所述控制系统2激发超声波传感器产生频率为1MHz的超声波信号,所述控制系统2记录超声波时间与幅度信息,并通过USB转串口线4以115200bps的速率发送给计算机3,最终由运行于计算机3上的应用程序接收超声波时间与幅度信息,并绘制灰度图像,对两种信息分别成像。实验过程中,学生可以用示波器可观测关键信号测试孔232的波形(共有15个关键信号测试孔,图5中T1~T15),学生可以采用拍照或绘图的方式记录关键信号测试孔的波形,并与绘制在操作面板上的理论波形进行对比,进一步理解其工作原理。
本发明所述的一种含有控制系统的超声成像测井实验装置,采用的是二维平面的扫描方式,与实际的超声反射波成像测井相比,它将传统的对井壁进行360o圆周螺旋扫描方式改为学生更容易理解的二维平面扫描方式,其成像结果更为直观,更容易与真实反射面进行对比。因此,非常适合应用于地球物理测井及相关专业实验教学中,弥补了此类教学用具的缺失。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含有控制系统的超声成像测井实验装置,其特征在于,包括:二维滑动扫描平台,控制系统,计算机,所述二维滑动扫描平台与所述控制系统之间电性连接,所述控制系统与所述计算机之间采用电性连接,所述控制系统包括盖板、铰链、操作面板、盖板扣和铝合金箱体,所述盖板通过所述铰链可拆卸的安装在所述铝合金箱体上,所述操作面板与所述铝合金箱体间形成容置空间,所述容置空间内设置有开关电源,电路板、X轴步进电机驱动器和Y轴步进电机驱动器,所述开关电源与所述电路板、所述X轴步进电机驱动器和所述Y轴步进电机驱动器连接,所述电路板与所述X轴步进电机驱动器和所述Y轴步进电机驱动器连接。
2.如权利要求1所述的含有控制系统的超声成像测井实验装置,其特征在于,所述铝合金箱体侧壁上设有220V电源插座、航空插头及DB9串口插座,所述220V电源插座与所述开关电源连接,所述航空插头及所述DB9串口插座与所述电路板连接,所述控制系统通过所述航空插头与所述二维滑动扫描平台连接,所述控制系统通过所述DB9串口插座与所述计算机连接。
3.如权利要求2所述的含有控制系统的超声成像测井实验装置,其特征在于,所述操作面板包括电源开关、关键信号测试孔,所述操作面板上印刷有所述电路板的原理示意图,所述X轴步进电机驱动器和所述Y轴步进电机驱动器通过所述航空插头与所述二维滑动扫描平台连接。
4.如权利要求3所述的含有控制系统的超声成像测井实验装置,其特征在于,所述电路板包括FPGA主控模块、负责通信的RS232接口单元模块、超声波激发模块、超声波信号检测与处理模块,所述FPGA主控模块与所述RS232接口单元模块、所述超声波激发模块、所述超声波信号检测与处理模块连接。
5.如权利要求4所述的含有控制系统的超声成像测井实验装置,其特征在于,所述超声波信号检测与处理模块包括超声波接收电路、信号调理电路、超声波时间检测电路及超声波峰值检测电路,所述超声波接收电路与所述信号调理电路连接,所述信号调理电路与所述超声波时间检测电路及所述超声波峰值检测电路连接,所述超声波时间检测电路及所述超声波峰值检测电路与所述FPGA主控模块连接。
6.如权利要求5所述的含有控制系统的超声成像测井实验装置,其特征在于,所述信号调理电路包括限幅保护电路及差动放大电路,所述限幅保护电路与所述超声波接收电路及所述差动放大电路连接,所述差动放大电路与所述超声波时间检测电路及所述超声波峰值检测电路连接,所述差动放大电路处设有与一所述关键信号测试孔连接的连接点。
7.如权利要求5所述的含有控制系统的超声成像测井实验装置,其特征在于,所述超声波时间检测电路包括一高速比较器,所述高速比较器的负极输入端设有与一所述关键信号测试孔连接的连接点,所述高速比较器的输出端设有与一所述关键信号测试孔连接的连接点。
8.如权利要求5所述的含有控制系统的超声成像测井实验装置,其特征在于,所述超声波峰值检测电路包括整流电路、采样保持器、对数放大电路及AD数字电路,所述整流电路与所述信号调理电路及所述采样保持器连接,所述对数放大电路与所述采样保持器及所述AD数字电路连接,所述AD数字电路与所述FPGA主控模块连接,所述整流电路与所述采样保持器间设有与一所述关键信号测试孔连接的连接点,所述对数放大电路与所述采样保持器间设有与一所述关键信号测试孔连接的连接点,所述对数放大电路与所述AD数字电路间设有与一所述关键信号测试孔连接的连接点。
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