CN218991566U - 一种岩性密度谱图分析测量电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩性密度谱图分析测量电路，包括接收岩性密度双探测器输出窄脉冲信号的基线恢复电路，与基线恢复电路电连接的慢核放大电路和快核放大电路，与慢核放大电路和快核放大电路电连接的A/D转换电路，与A/D转换电路电连接的FPGA，与FPGA电连接的通信接口和高压控制电路；通信接口与计算机通信，高压控制电路与岩性密度双探测器的高压模块电连接。本发明所公开的电路，通过基线恢复电路在信号间隙期间记住基线电平，在信号持续期间减去该电平，降低了输出信号的基线偏移，引入积分电容消除了输出波形峰值震荡现象，提升了岩性密度峰值采样准确性。

Description

一种岩性密度谱图分析测量电路

技术领域

本实用新型属于石油测井的电法类仪器领域，特别涉及该领域中的一种岩性密度谱图分析测量电路，用于微柱岩密组合测井仪。

背景技术

岩性密度测井是利用同位素伽马源¹³⁷Cs向地层辐射伽马射线，通过与源相距一定距离的探测器来测量经过地层散射和吸收后的伽马射线强度。使用的铯源伽马射线能量为0.661MeV，此能级的伽马射线与物质作用主要产生康普顿—吴有训效应，其散射截面与地层体积密度、光电指数密切相关，故可用于测量定性岩石。石油领域内密度测井仪通常以不同源距安装长源距、短源距两个探测器，探测地层散射吸收后的伽马射线并转换为窄电压脉冲测量。脉冲幅度与伽马射线能量对应，分类归纳到不同的道址内，并在对应道址内记录采集个数。其难点在于如何对窄核脉冲信号处理与采集，仪器通用方法为先处理再采集。即先采用模拟滤波成形(包括峰值展宽与保持)、极零相消与基线恢复等处理，再由低速ADC完成脉冲采集，但这种方法不仅增加了电路复杂性，还加大了电路带来的死区时间。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种新型岩性密度谱图分析测量电路。

本实用新型采用如下技术方案：

一种岩性密度谱图分析测量电路，其改进之处在于：包括接收岩性密度双探测器输出窄脉冲信号的基线恢复电路，与基线恢复电路电连接的慢核放大电路和快核放大电路，与慢核放大电路和快核放大电路电连接的A/D转换电路，与A/D转换电路电连接的FPGA，与FPGA电连接的通信接口和高压控制电路；通信接口与计算机通信，高压控制电路与岩性密度双探测器的高压模块电连接。

进一步的，在基线恢复电路添加积分电容。

进一步的，慢核放大电路包括脉宽展宽电路、峰值保持电路和信号输出电路。

进一步的，慢核放大电路还包括运算放大器、比较器、射随器、J-K触发器、二与非门、脉冲控制电路、定时电路、电容、模拟开关和峰值检测器。

进一步的，快核放大电路包括门槛选择电路与ST逻辑产生电路。

进一步的，快核放大电路还包括微分电路、比较器、J-K触发器和单稳态触发器。

进一步的，FPGA以SPI串行协议与A/D转换电路通信。

进一步的，高压控制电路包括与FPGA电连接的D/A转换电路，双通道运算放大器的输入端与D/A转换电路电连接，输出端与岩性密度双探测器的高压模块电连接。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的电路，通过基线恢复电路在信号间隙期间记住基线电平，在信号持续期间减去该电平，降低了输出信号的基线偏移，基线零电位不大于10mV；引入积分电容消除了输出波形峰值震荡现象，提升了岩性密度峰值采样准确性。通过慢核放大电路和快核放大电路直接对原始窄电压脉冲信号进行脉宽展宽、峰值保持及门槛选择、ST逻辑生成，降低了模拟滤波成形电路的复杂性与死区时间，能很好的精准测量密度探测器窄脉宽电脉冲信号，能在175℃下长时间可靠工作。

附图说明

图1是本实用新型所公开电路的组成框图；

图2是本实用新型所公开电路中慢核放大电路和快核放大电路的电路图；

图3是本实用新型所公开电路中高压控制电路的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1，本实施例公开了一种岩性密度谱图分析测量电路，对从密度滑板来的长、短窄电压脉冲信号进行测量，如图1所示，包括接收岩性密度双探测器输出窄脉冲信号的基线恢复电路1，与基线恢复电路电连接的慢核放大电路2和快核放大电路3，与慢核放大电路和快核放大电路电连接的A/D转换电路4，与A/D转换电路电连接的FPGA5，与FPGA电连接的通信接口6和高压控制电路7；通信接口与计算机8通信，高压控制电路与岩性密度双探测器的高压模块电连接。

岩密仪器要求进入A/D采集模块前的电脉冲信号直流偏置必须控制在±10mV以内，且不随温度升高而增加。为此，本实施例电路引入了基线恢复电路，通过调节模块引脚1与引脚3间阻值，降低了脉冲信号经慢核放大电路后输出波形的基线偏移。同时通过添加积分电容消除了峰值震荡，提高了岩性密度峰值采样准确性。

慢核放大电路主要由运算放大器、比较器、射随器、J-K触发器、二与非门及模拟开关构成，核心是控制模拟开关对电容充放电，将窄电压脉冲信号脉宽扩展，并进行峰值保持与检测。当被测脉冲到来时，相应的脉冲控制电路、定时电路产生控制信号使模拟开关接通，被测脉冲对电容充电，达到峰值后进行峰值保持，待A/D转换结束后将模拟开关断开，使电容放电，峰值检测器归零。

如图2所示，快核放大电路除与慢核放大电路共用部分电路外，还加入了可重复触发单稳态触发器，核心是利用微分电路作用，鉴别电脉冲门槛，产生ST逻辑控制信号。当被测脉冲峰值过去后，因微分电路存在缘故，比较器输出产生一个下降沿，触发J-K触发器产生下降沿，触发单稳态触发器产生一个500ns负脉冲，即START信号，启动高速AD谱采集电路。若输入被测脉冲小于比较器设定电压门槛时，比较器无逻辑控制信号产生，不会触发AD转换。

高速A/D转换电路主要完成将经快、慢核放大电路展宽后的岩性密度长短道脉冲信号转换为数字信号，传递至FPGA分析处理。电脉冲信号宽度一般为us级，ADC时钟可达ns级，可以对一个脉冲信号过采样。

FPGA(控制处理模块)以SPI串行协议与A/D转换电路高速通信，完成岩性密度长短道谱图采集、幅值分析并计数，分类到对应道址内并上传地面系统。通过井下稳谱算法或接收地面高压控制指令，驱动高压控制电路，自动或按指令调节光电倍增管放大倍数，使仪器实现井内自动稳谱。

如图3所示，高压控制电路主要由D/A转换电路和双通道运算放大器组成，D/A转换电路与FPGA电连接，双通道运算放大器的输入端与D/A转换电路电连接，输出端与岩性密度双探测器的高压模块电连接。高压控制电路的功能是将数字高压控制指令转换为模拟电压，并驱动放大(增益约4倍)，来控制岩性密度双探测器内高压模块，实现仪器稳谱。

本实施例电路采用FPGA+快、慢核放大电路对岩性密度谱图进行分析测量，快核脉冲用于产生各种控制信号、慢核脉冲用于窄脉冲幅度测量、FPGA进行控制采集。岩性密度电路有长源距与短源距两个测量通道，形式完全相同，以长源距测量通道为例，本实施例电路主要完成各种控制信号产生、窄压脉冲展宽、高压控制及稳谱功能。从岩性密度双探测器输出的电压脉冲信号经快核放大电路放大与调理后，脉冲的下降时间缩短，进而产生快速核脉冲信号，经控制信号发生器后产生各种控制信号。岩性密度双探测器输出的电脉冲信号宽度也是很窄的(峰值下降时间很快，下降沿脉宽很窄)，精确测量其幅度也就很困难，解决方法是利用慢核放大电路对电脉冲信号扩展，使脉冲顶端变得平坦，并保证信号输出幅度与输入窄电脉冲信号的幅度成正比。高压控制电路接收经DAC转换后的高压控制指令，输出高压控制信号送入岩性密度双探测器的高压模块来实时控制高压进行实时稳谱。FPGA通过稳谱算法或地面控制系统发出的高压控制量，来调整光电倍增管的放大倍数，使仪器也可以实现井下自动稳谱。基线恢复电路用于降低电脉冲信号经零极调整电路、峰值保持电路后出现的波形基线偏移与震荡现象。

Claims (8)

1.一种岩性密度谱图分析测量电路，其特征在于：包括接收岩性密度双探测器输出窄脉冲信号的基线恢复电路，与基线恢复电路电连接的慢核放大电路和快核放大电路，与慢核放大电路和快核放大电路电连接的A/D转换电路，与A/D转换电路电连接的FPGA，与FPGA电连接的通信接口和高压控制电路；通信接口与计算机通信，高压控制电路与岩性密度双探测器的高压模块电连接。

2.根据权利要求1所述岩性密度谱图分析测量电路，其特征在于：在基线恢复电路添加积分电容。

3.根据权利要求1所述岩性密度谱图分析测量电路，其特征在于：慢核放大电路包括脉宽展宽电路、峰值保持电路和信号输出电路。

4.根据权利要求3所述岩性密度谱图分析测量电路，其特征在于：慢核放大电路还包括运算放大器、比较器、射随器、J-K触发器、二与非门、脉冲控制电路、定时电路、电容、模拟开关和峰值检测器。

5.根据权利要求1所述岩性密度谱图分析测量电路，其特征在于：快核放大电路包括门槛选择电路与ST逻辑产生电路。

6.根据权利要求5所述岩性密度谱图分析测量电路，其特征在于：快核放大电路还包括微分电路、比较器、J-K触发器和单稳态触发器。

7.根据权利要求1所述岩性密度谱图分析测量电路，其特征在于：FPGA以SPI串行协议与A/D转换电路通信。

8.根据权利要求1所述岩性密度谱图分析测量电路，其特征在于：高压控制电路包括与FPGA电连接的D/A转换电路，双通道运算放大器的输入端与D/A转换电路电连接，输出端与岩性密度双探测器的高压模块电连接。

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