CN201763329U - 一种数字能谱测井仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字能谱测井仪。该测井仪包括：壳体(1)及设置在壳体(1)内的以下部件：金属绝热瓶(2)；探测器(3)；连接探测器(3)的前置放大器(4)；连接前置放大器(4)的采集处理模块(5)，用于接收并处理经前置放大器(4)放大的检测信号得到放射元素能谱信号；连接采集处理模块(5)的通讯模块(6)，用于将地面命令发送给采集处理模块(5)及将采集处理模块(5)的能谱信号发送给地面系统；探测器(3)、前置放大器(4)、通讯模块(6)、采集处理模块(5)置于金属绝热瓶(2)内，其中通讯模块(6)和采集处理模块(5)由集成电路模块构成。采用这样的结构，可以减少功耗，提高测井仪的耐高温性和精确性。

Description

一种数字能谱测井仪

技术领域

本实用新型涉及一种用于测量地层放射元素含量的测井仪，特别涉及探矿钻井中的地层放射元素含量的测井仪器。

背景技术

数字能谱测井仪是一种测量地层中放射性元素含量的仪器。数字能谱测井仪是通过测量地层中天然放射性物质产生不同能量的自然伽马射线的能谱来分析地层中天然放射性钾、铀、钍的含量，以确定地层的物质属性。现国内使用的仪器为传统方式的分离元件设计，线路的实现技术落后测量精度差，很难适应深井的探测。目前国内和进口的数字能谱测井仪从功能上分为模拟信号测量，数据采集控制及数据传输三个功能模块，大量采用中小规模集成元器件，器件使用多而体积大，因此仅仅是将部分电路装入金属绝热瓶内，然后再密封在一个金属承压外壳内，而其他电路则无法封装在金属绝热瓶内来实现高温保护功能。另外，现有的数字能谱测井仪的供电电源有+5伏电源、+12伏电源、-12伏电源，功耗大，导致瓶内温度升高很快。以上现有技术存在的两个问题，影响了整个数字能谱测井仪的耐高温性能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种耐高温性能更好的数字能谱测井仪，能更好地解决电路体积大不能完全放入金属绝热瓶从而导致整个仪器耐高温性能差以及功耗大导致金属绝热瓶内温度升高过快的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种数字能谱测井仪，包括：壳体及设置在壳体内的以下部件：金属绝热瓶；探测器，通过检测由地层中放射元素产生的伽马射线，产生相应的检测信号；连接探测器的前置放大器，用于放大所述探测器的检测信号；连接前置放大器的采集处理模块，用于接收并处理经前置放大器放大的检测信号得到放射元素能谱信号；连接采集处理模块的通讯模块，用于接收地面命令并发送给采集处理模块以及将采集处理模块的能谱信号发送给地面系统；探测器、前置放大器、通讯模块、采集处理模块置于金属绝热瓶内，其中通讯模块和采集处理模块由集成电路模块构成。

该数字能谱测井仪探测器、前置放大器、通讯模块、采集处理模块集成在一块集成电路板上。

该数字能谱测井仪还包括向金属绝热瓶内的集成电路板提供+5伏直流电的供电模块。

该数字能谱测井仪的探测器由碘化钠晶体及光电倍增管组成。

该数字能谱测井仪还包括位于金属绝热瓶内的高压控制电路及及向到光电倍增管提供3500V高压的高压发生器。

该数字能谱测井仪的采集处理模块由两块MSC1210芯片构成。

该数字能谱测井仪的通讯模块可以由两块PSOC芯片构成。

该数字能谱测井仪的前置放大器设置在MSC1210芯片中。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：由于探测器、前置放大器、通讯模块、采集处理模块完全置于金属绝热瓶内，从而可提高数字能谱测井仪的耐高温性能，进而增强数字能谱测井仪的测井时效。又由于金属绝热瓶内的通讯模块、采集处理模块的供电电源为+5伏直流电，从而降低了功耗，使金属绝热瓶内的温度上升速度变慢。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的数字能谱测井仪的剖视图；

图2是本实用新型实施例提供的电路原理图；

图3是本实用新型实施例提供的集成电路的结构示意图；

附图标记说明：1-壳体；2-金属绝热瓶；3-探测器；31-碘化钠晶体；32-光电倍增管；4-前置放大器；5-采集处理模块；6-通讯模块；7-集成电路板；8-高压控制电路；9-高压发生器；10-供电模块；11-主MSC芯片；12-副MSC芯片；13-主PSOC芯片；14-副PSOC芯片。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型的示意图，如图1所示，数字能谱测井仪，包括：壳体1及设置在壳体1内的以下部件：金属绝热瓶2；探测器3，通过检测由地层中放射元素产生伽马射线，产生相应的检测信号；连接探测器3的前置放大器4，用于放大所述探测器3的检测信号；连接前置放大器4的采集处理模块5，用于接收并处理经前置放大器4放大的检测信号得到放射元素能谱信号；连接采集处理模块5的通讯模块6，用于接收地面命令并发送给采集处理模块5以及将采集处理模块5的能谱信号发送给地面系统；探测器3、前置放大器4、通讯模块6、采集处理模块5置于金属绝热瓶2内的集成电路板7上，其中通讯模块(6)和采集处理模块5由集成电路模块构成。

图2是本实用新型的电路原理图，如图2所示，探测器3采集代表井下地层中放射元素产生的伽马射线数据输入到采集处理模块5中。采集处理模块5经过计算处理得到地层中放射元素发出的伽马射线造成的总的计数率和代表地层中各放射性元素含量的相关数据并存储在内存中。通讯模块6接收到地面的命令后，转换编码后输入至采集处理模块5中，采集处理模块5根据地面命令读取出地层中放射元素发出的伽马射线造成的总的计数率和代表地层中各放射性元素含量的相关数据后输出到通讯模块6，通讯模块6对该数据进行编码转换后发送到地面系统。供电模块10为通讯模块6和采集处理模块5提供+5伏直流电源。通讯模块6还为高压控制电路8传输地面的命令信号，地面命令信号经采集处理模块解码后传输到高压控制电路8，在高压控制电路8的控制下高压发生器9产生供以探测器3内部光电倍增管32的工作的3500V高压；另外采集处理模块5的信号处理部分由脉冲幅度分析器构成。

图3是本实用新型的电路结构示意图，如图3所示，通讯模块6由主PSOC芯片13和副PSOC芯片14组成，采集处理模块5由主MSC1210芯片11和副MSC1210芯片12组成。主PSOC芯片13、副PSOC芯片14、主MSC1210芯片11、副MSC1210芯片12、探测器3集成在一块集成电路板7上。地面命令输入至主PSOC芯片13中，主PSOC芯片13将地面命令处理后输入至主MSC1210芯片11中。探测器3中的光电倍增管32在高压发生器9产生的高压控制下，对由地下放射源素产生的伽马射线轰击晶体产生的光信号进行检测并将所得数据输入至主MSC1210芯片11和副MSC1210芯片12中。副MSC1210芯片12将输入的数据输出至主MSC1210芯片11中。主MSC1210芯片11计算并处理探测器3采集的数据计算处理后得到地层中放射元素发出的伽马射线造成的总的计数率和代表地层中各放射性元素含量的相关数据并存储在内存中。主MSC1210芯片11根据地面命令将上述得到的数据输入至主PSOC芯片13中，主PSOC芯片13对该数据加工处理转换编码后发送至地面系统。集成电路板7的工作电压为+5V；前置放大器4由MSC1210芯片提供。

工作时，本实用新型直接挂接在5700测井系统上。

5700测井系统的主要部分由井下仪器和地面系统两部分组成。地面和井下信号的传输方式为电缆传输，井下仪器完成数据的测量和采集，把计算处理后的结果传输到地面，地面系统对井下传上来的信息进行接收、处理、显示等。

5700WTS遥测系统调制编码方式采用Manchester编码。M2命令和M2、M5、M7数据都是Manchester编码，但在电缆上传输的信号是AMI Manchester编码。这是因为AMI Manchester编码有两个优点。首先，AMI Manchester编码的电压不全在高值状态，故较Manchester编码的功率小。其次，AMI Manchester编码的波形接近正弦波，这样使得信号中的高频谐波成分较Manchester编码大大减少，因而信号的畸变较小，所以误码率较曼切斯特码低。

井下仪器下井之后，地面系统不断向井下仪发送M2命令，M2命令经过远距离有限带宽的传输之后，到井下有严重的变形，所以要通过3514通讯短节的整形之后方能输入到井下仪中。3514通讯短节中还有一个供电模块10，将地面传送过来的电压转换成+5伏直流电压，然后通过电缆将此电压提供给金属绝热瓶2内的集成电路板7。

数字能谱测井仪的通讯模块6接收地面命令并将其由AMI Manchester编码转换成Manchester码。电缆上传输的信号是AMI Manchester编码，需要将其转换成Manchester编码。本实施例中，通过设定主PSOC芯片13的PGA将来自地面的AMI Manchester波形放大8至256倍，然后通过设定主PSOC13的通用模拟块为迟滞比较器，将放大后的AMI Manchester码转换为Manchester码。地面命令转换成Manchester码之后，输入到采集处理模块5中。

采集处理模块5将通讯模块6输入的已转换成Manchester码的地面命令转换成16位的数据包。将主MSC1210芯片11中的2个TIMER一个设定为边沿捕获另一个设定为高电平记数，即可以得到一系列的周期和脉宽值，然后按照中点跳变的方向，计算出Manchester码数据流所代表的16位数据。

采集处理模块5从16位的地面命令数据包中解析出地面指令。16位的数据包前八位是地址，后八位是命令。采集处理模块5首先判断数据包中的地址是否是数字能谱测井仪对应的地址，如果不是，则不对命令做处理。相反如果判断地面命令是发给数字能谱测井仪的，则根据命令进行相应的处理。

采集处理模块5采集并处理探测器3的输出信号，计算处理后得到地层中放射元素发出的伽马射线造成的总的计数率和代表地层中各放射性元素含量的相关数据。采集处理模块5首先通过A/D转换器对经前置放大器4放大的探测器3检测信号进行连续采样，采样率为1毫秒，然后通过软件算法对转换为数字量的采样信号进行计算处理，并将计算处理后得到的地层中放射元素发出的伽马射线造成的总的计数率和代表地层中各放射性元素含量的相关数据存储在数据存储器中。

采集处理模块5根据地面命令把数据存储器中的地层中放射元素发出的伽马射线造成的总的计数率和代表地层中各放射性元素含量的相关数据发送到通讯模块6中。如果地面命令是回传数据，则采集处理模块5从存储器中读出数据，然后利用MSC1210芯片11中的PWM功能，设定其周期和脉宽，并随时根据编码的二进制数，调整周期和脉宽的设定，便可产生出非常标准的20位Manchester编码数据流。采集处理模块5将Manchester码的回传数据发送到通讯模块6中。

通讯模块6把回传数据转换成AMI Manchester码发送至地面。设定主PSOC芯片13之中的COUNTER，组成一个5微妙和2个2.5微妙的单稳态，这样每当Manchester的电平跳变时触发便生成了AMI Manchester。通讯模块6将AMIManchester码的回传数据通过电缆发送至地面系统。

此外在数字能谱测井下井工作时通讯模块6还传输地面系统输出地高压控制命，地面系统输出地高压控制命令经采集处理模块5解码传输到高压控制电路8，在高压控制电路8的控制下高压发生器9产生供以探测器3内部光电倍增管32的工作的高压。

综上所述，本实用新型通过把通讯模块6、采集处理模块5、探测器3、前置放大器4集成在一块集成电路板7上并封装在金属绝热瓶2内，从而提高了数字能谱测井仪的耐高温性、增强了仪器的可靠性和精确性。另外本实用新型的金属绝热瓶2的通讯模块6、采集处理模块5的供电电源为+5伏直流电，功耗小，从而保证了金属绝热瓶2内的温度升高不会过快，进一步增强了数字能谱测井仪的耐高温性。

尽管上文对本实用新型进行了详细说明，但是本实用新型不限于此，本技术领域技术人员可以根据本实用新型的原理进行各种修改。因此，凡按照本实用新型原理所作的修改，都应当理解为落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种数字能谱测井仪，包括：壳体(1)及设置在壳体(1)内的以下部件：

金属绝热瓶(2)；

探测器(3)，通过检测由地层中放射元素产生伽马射线，产生相应的检测信号；

连接探测器(3)的前置放大器(4)，用于放大所述探测器(3)的检测信号；

连接前置放大器(4)的采集处理模块(5)，用于接收并处理经前置放大器(4)放大的检测信号得到放射元素能谱信号；

连接采集处理模块(5)的通讯模块(6)，用于接收地面命令并发送给采集处理模块(5)以及将采集处理模块(5)的能谱信号发送给地面系统；

其特征在于：所述探测器(3)、前置放大器(4)、通讯模块(6)、采集处理模块(5)置于金属绝热瓶(2)内，其中通讯模块(6)和采集处理模块(5)由集成电路模块构成。

2.根据权利要求1所述的数字能谱测井仪，其特征在于：所述探测器(3)、前置放大器(4)、通讯模块(6)、采集处理模块(5)集成在一块集成电路板(7)上。

3.根据权利要求2所述的数字能谱测井仪，其特征在于：金属绝热瓶(2)内的集成电路板(7)的电源为+5伏直流电。

4.根据权利要求1或2所述的数字能谱测井仪，其特征在于：所述的探测器(3)由碘化钠晶体(31)及光电倍增管(32)组成。

5.根据权利要求1至3任一项所述的数字能谱测井仪，其特征在于还包括位于金属绝热瓶(2)内的高压控制电路(8)及向到光电倍增管(32)提供3500V高压的高压发生器(9)。

6.根据权利要求1至3任一项所述的数字能谱测井仪，其特征在于：所述采集处理模块(5)由两块MSC1210芯片构成。

7.根据权利要求1至3任一项所述的数字能谱测井仪，其特征在于：所述通讯模块(6)由两块PSOC芯片构成。

8.根据权利要求6所述的数字能谱测井仪，其特征在于：所述前置放大器(4)设置在MSC1210芯片中。

Images