CN203756154U - 井下自然电位采集控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种井下自然电位采集控制系统，地面采集仪器的SP电极与数字信号处理器U1的输入控制端连接；多路模拟开关U6的信号输出端选择性地与地面采集仪器或者采集通道跟随器U5建立数据连接，采集的数据经滤波器U4滤波后，通过可编程增益控制器U3进行增益调整，再送入A/D转换器U2对数据进行模数转换，将数模转换后的数字信息经数字信号处理器U1进行处理，对自然电位进行实时自动增益控制，使其达到A/D模数转换器的最佳幅度，减少噪声干扰，取得良好的信噪比，从而利用DSP控制A/D快速采集大量采集数据。硬件电路设计简单，采样精度高。
Description
技术领域
本实用新型属于石油测井技术领域，尤其涉及一种利用自动增益控制技术实现井下自然电位数据的采集控制系统。
背景技术
石油测井技术1921年起源于法国， 巴黎矿业学院第一次进行了人工电场测量。1927年法国斯伦贝谢公司成功测出的第一条曲线就是自然电位曲线，从而真正诞生了在井眼内进行地球物理测井。
近百年来，测井技术一共经历了五次更新换代。第一代是1927年至1932年间，以斯伦贝谢兄弟测量第一条自然电位曲线为代表的手工记录系统。第二代是以自然伽马、中子伽马测井为主的模拟测井系统。第三代是包括感应测井、侧向测井和地层倾角测井等在内的数字测井系统。第四代为数控测井系统。特殊工艺条件下的测井技术，如水平井测井技术等也在这一时期内得到了应用。第五代为成像测井系统。1990年至今，偶极阵列声波、全井眼微电阻率成像、阵列感应以及以三分量感应测井、三维声波测井为主的第二代三维扫描成像测井系统被相继推出。
不论国内国外，测井技术从第一代的手工记录到第五代的数字成像技术，自然电位参数曲线始终都是一条测井指标，它是最基本、最普通、最简单，而在某些情况下又是非常难测的一条曲线。为了避免地面SP电极受到干扰，国外的5700系统采用了一种井下采集自然电位技术，采用了比较复杂的自动增益电路；国内具有与5700同样性能的环鼎 中海油 中石油伟业仪器，自然电位大致都如此。本井下自然电位采集技术可用两种方法独立地进行井下自然电位采集，自动选择，并能与地面配合通过命令可选择两种地面自然电位采集，使自然电位通过命令选择具有井下两种、井上两种共四种灵活可选择的采集方式，井下采集采用软件切换通道、软件控制信号增益，电路简单可靠，确保该曲线质量。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种井下自然电位采集控制系统，可切换4种采集方式，并进行自动增益跟踪，高精度数据采样，达到测得自然电位曲线优质的效果。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种井下自然电位采集控制系统，包括地面采集仪器和地下采集仪器，其中地下采集仪器包括数字信号处理器U1，A/D转换器U2，可编程增益控制器U3，滤波器U4，采集通道跟随器U5和多路模拟开关U6；所述地面采集仪器的SP电极与数字信号处理器U1的输入控制端连接；所述多路模拟开关U6的信号输出端之一通过电缆将与地面采集仪器建立数据连通；所述多路模拟开关U6的信号输出端之二通过电缆与采集通道跟随器U5建立数据连接，采集的数据经滤波器U4滤波后，又通过可编程增益控制器U3进行增益调整，再送入A/D转换器U2对数据进行模数转换，将数模转换后的数字信息经数字信号处理器U1进行处理；数字信号处理器U1的控制端分别与多路模拟开关U6和可编程增益控制器U3的控制端连接。
以上方案中，所述数字信号处理器U1为DSP数字信号处理芯片TMS320F28335；A/D转换器为芯片AD7893；可编程增益控制器U3为芯片AD526；滤波器U4为芯片OP211；采集通道跟随器U5为芯片INA101；多路模拟开关U6为芯片CD4052。通过DSP数字信号处理芯片TMS320F28335控制采集通道跟随器U5，灵活地控制4种自然电位采集方式。通过DSP数字信号处理芯片TMS320F28335控制可编程增益放大器可编程增益控制器U3对自然电位信号幅度进行实时自动调整。达到为A/D转换器U2提高最佳采样幅度的目的。通过DSP数字信号处理芯片TMS320F28335控制A/D转换器U2进行数据采集。
工作原理：DSP处理芯片TMS320F28335根据接收到来自地面系统的命令，对多路模拟开关U6进行设置，如是地面采集命令，即把井下的自然电位电极通过多路模拟开关转到7芯电缆送往地面；如是井下采集命令，即把井下自然电位通过多路模拟开关送到井下采集通道跟随器经滤波器滤波后，通过可编程增益控制器进行增益调整后，送入A/D转换器对其进行模数转换，对采集到的数据进行处理后，进行增益控制。使其在合理的范围内，达到高精度采样的目的。
本实用新型相对于现有技术，具有以下优点和效果：
1、利用多路模拟开关切换技术，控制自然电位的数据采集方式：地面SP电极对井下仪器自然电极环；地面SP电极对井下软电极自然电极环；井下马龙头处（缆芯外皮）对井下仪器自然电极环；井下马龙头处（缆芯外皮）对井下软电极自然电极环。利用DSP控制技术，控制可编程放大器，对自然电位进行实时自动增益控制，使其达到A/D模数转换器的最佳幅度，减少噪声干扰，取得良好的信噪比。利用DSP控制A/D快速采集大量采集数据。
2、本实用新型主要为了实现测井测量自然电位。采用先进的高速DSP数字信号处理和控制系统、大规模集成电路、A/D数模转换技术。采用DSP数字信号处理芯片TMS320F28335控制多路模拟开关、采集自然电位数据、处理增益，控制可控增益放大器。硬件电路设计简单，采样精度高。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图；
图2是数字信号处理器U1的芯片及外围电路原理图；
图3是多路模拟开关U6的电路原理图；
图4是可编程增益控制器U3和滤波器U4的电路原理图；
图5是A/D转换器U2的电路原理图；
图6是图3-图5的总线接线端；
图7是采集控制程序流程图。
具体实施方式
1．硬件设计
参见电路原理图如图2-图6。
数字信号处理器U1(TMS320F28335)根据接收来自地面的自然电位采集命令：如是地面采集仪器自然电位电极信号8#DOWN命令，控制多路模拟开关U6（CD4052）9 脚、10脚选通12脚到13脚，并把13脚的信号7#SP通过电缆的7芯送往地面进行采集；如是地面采集软电极自然电位电极信号8#UP命令，控制多路模拟开关U6（CD4052）9脚、10脚选通14脚信号到13脚，并把13脚的信号7#SP通过电缆的7芯送往地面进行采集；如是井下采集仪器自然电位电极信号8#DOWN命令，控制多路模拟开关U6（CD4052）9脚、 10脚选通2脚到3脚，并把3脚的信号SP通过R1送到采集通道跟随器U5（INA101）的正向输入端5脚，马龙头处缆芯的外皮通过10芯经R2送入采集通道跟随器U5（INA101）的反向输入端10脚，对自然电位信号进行跟随，通过滤波器U4（OP211）、 电阻R3 、电阻R4 、电容C2、电容C3组成的二级滤波网络对其进行滤波后，进入可编程增益控制器U3(AD526)进行增益处理，使SP信号始终处于A/D转换器的最佳分辨率范围之内，再进入A/D转换器U2（AD7893）进行A/D转换，A/D转换后的数据取入数字信号处理器U1(TMS320F28335)后进行处理判断，数字信号处理器U1通过控制可编程增益控制器U3(AD526)的12脚 、15 脚、16脚进行增益控制，并把A/D转换后的数据进行存储。如是井下采集软电极自然电位电极信号8#UP命令，控制多路模拟开关U6（CD4052）的9脚、 10脚选通4脚到3脚，并把3脚的信号SP通过R1送到采集通道跟随器U5（INA101）的正向输入端5脚，马龙头处缆芯的外皮通过10芯经R2送入采集通道跟随器U5（INA101）的反向输入端10脚，对自然电位信号进行跟随，通过滤波器U4（OP211）、 电阻R3 、电阻R4 、电容C2、电容C3组成的二级滤波网络对其进行滤波后，进入可编程增益控制器U3(AD526)进行增益处理，使SP信号始终处于A/D转换器的最佳分辨率范围之内，再进入A/D转换器U2（AD7893）进行A/D转换，A/D转换后的数据取入数字信号处理器U1(TMS320F28335)后进行处理判断，数字信号处理器U1通过控制可编程增益控制器U3的12脚 、15脚 、16脚进行增益控制，并把A/D转换后的数据进行存储。
图中，U7（ADR421）是给A/D转换器U2提供2.5V的基准源；所需的电源DVDD(3.3V)、DSPINT(1.8V)、VCC(+5V)、+15V、-15V通过插座JP1从外部输入； U8是给数字信号处理器U1（TMS320F28335）提供30M的主时钟；J1为JTAG口，用仿真器通过J1可对数字信号处理器U1进行仿真、编程。
2．软件设计
软件主要是他根据接收到的命令，选择井下采集通道进行滤波、增益调整、A/D采集或把采集通道切换到缆芯7，送往地面。采集控制程序流程图如附图,7示。
收到地面的采集命令后，判断是地面采集命令或是井下采集命令。如是地面采集命令，把要采集自然电位信号切换到缆芯7送往地面；如是井下采集命令，接下来进行通道选择、 增益调整 、A/D转换 、数据采集。
Claims (2)
1.一种井下自然电位采集控制系统，其特征在于：包括地面采集仪器和地下采集仪器，其中地下采集仪器包括数字信号处理器U1，A/D转换器U2，可编程增益控制器U3，滤波器U4，采集通道跟随器U5和多路模拟开关U6；所述地面采集仪器的SP电极与数字信号处理器U1的输入控制端连接；所述多路模拟开关U6的信号输出端之一通过电缆将与地面采集仪器建立数据连通；所述多路模拟开关U6的信号输出端之二通过电缆与采集通道跟随器U5建立数据连接，采集的数据经滤波器U4滤波后，又通过可编程增益控制器U3进行增益调整，再送入A/D转换器U2对数据进行模数转换，将数模转换后的数字信息经数字信号处理器U1进行处理；数字信号处理器U1的控制端分别与多路模拟开关U6和可编程增益控制器U3的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的井下自然电位采集控制系统，其特征在于：所述数字信号处理器U1为DSP数字信号处理芯片TMS320F28335；A/D转换器为芯片AD7893；可编程增益控制器U3为芯片AD526；滤波器U4为芯片OP211；采集通道跟随器U5为芯片INA101；多路模拟开关U6为芯片CD4052。
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| CN107524437A (zh) * | 2016-06-21 | 2017-12-29 | 中国石油化工股份有限公司 | 确定储层裂缝开度的方法及系统 |
| CN110939433A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-03-31 | 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） | 一种基于数字均衡的生产测井地面装置及其数据处理方法 |
| CN111366766A (zh) * | 2018-12-25 | 2020-07-03 | 天津大学青岛海洋技术研究院 | 一种多路地面自然电位连续采集系统 |
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