随钻震电信号激励和接收的模拟电路系统研究
发布时间：2021-11-28 21:03
各行业的高速发展,充斥着对资源的需求,而清洁能源因成本等原因无法大面积普及,使得油气等化石资源仍是能源使用方面的中流砥柱,对油田的勘探也成了当今时代资源开采方面的热点。相对于传统油田勘探的手段,随钻震电测井有诸多优势,该新型探测油田的技术以震电效应为理论依据,即在地下介质中机械波和电磁波会有能量的耦合和转换,因此在考虑实现该方式的主要难点在于机械波的产生和电磁波的接收,针对地层参数的分析则是需要测量机械波在地层中的传播速度。本论文设计的研究内容分为两个部分做讨论,分别是机械波的产生和电磁波的接收,这里分为激励系统和接收系统,激励系统用于产生一定能量的声波,作用在饱和流体的孔隙介质耦合得到电磁波,需要考虑激励波形和功率,用于产生声波的设备是超声波换能器,其中心频率限制了激励波形的特性是高压或者频率集中的窄带信号,因此分别考虑了不同激励波形的优势,震电效应耦合效率低,因此在激励系统中并提出了以正弦波调制的高斯信号进行驱动,并使用丁类功放进行功率放大驱动。在接收系统方面,使用八路采集电路等间距排列安装到用于防水的骨架中,这样通过计算每一路采集到震电信号的时间间隔,可计算出声波的传输速率,进而...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声波换能器外壳
显，在实验过程中已证实。2.2激励系统设计思路首先明确激励系统需要产生足够能量的机械波用于激励含流体孔隙介质产生震电信号，在这里选用可产生声波信号的超声波换能器作为激励系统的负载设备，超声波换能器在功能上类似于一个滤波器，在换能器中心频率附近的激励信号可以得到相应频率的声波信号，然而激励信号的频率分量成分与换能器中心频率偏离的时候，就会有不同程度的衰减[36]，因此需要合理选取激励信号的波形，且超声波换能器为容性负载，需对其进行合适的阻抗匹配以获得良好的工作效果。图2-5超声波换能器外壳图2-6压电陶瓷电容超声波换能器在制作过程中，需要分别联系好压电陶瓷制作厂家和换能器外壳制作厂商，对外壳制作厂商提供具有密封功能的压电陶瓷外壳的尺寸（见图2-5），并对压电陶瓷厂家提供所需要压电陶瓷的参数（见图2-6），使用外壳封装压
震电测井原理及系统方案设计11电陶瓷过程中，需要往外壳中灌入硅油（见图2-7），由于硅油具有绝缘，耐高温作用。另外外壳内充满硅油可以保证换能器在水下工作时有一定的向外压强，维持一定的密封水平，防止进水导致压电陶瓷损坏。图2-8为换能器封装之后的效果图。图2-7换能器封装过程图图2-8换能器封装效果图本项目使用安捷伦公司的4294A精确阻抗分析仪测得项目中所使用的超声波换能器的阻抗和相位随着频率而变化的参数波形图如图2-9，由图中可知该换能器有多个中心频率，但是其中以当频率为23.54KHz的阻抗为最低，相位为-30.45度，也就是在这个频点下换能器的工作效果最好，因此本项目的实验将会围绕着该频率进行相关的一系列测试，需要注意的是在测试过程中不可避免的会有其它中心频率点作用结果的引入，对实验结果并无负面影响。为了可以获得任意波形，这里采用了在FPGA内使用DDS技术获得激励波形的数字信号，后面通过数模转换芯片得到激励波形的模拟信号，再经过信号调理得到合适电压的信号，通过驱动电路传送给功率放大电路，功放后面则是使用了换能器的阻抗匹配电路，最后则是作为负载的换能器，激励系统功能模块全部实现，值得注意的是，激励系统在产生波形的同时，FPGA的其中一个引脚会产生一个同步的触发信号给接收系统，使得接收系统的数字电路部分开始工作，进行信号的采集。激励系统框图见图2-10。1、信号产生。根据项目的特性，信号应该是一个在频域上带宽足够窄且在时域上波形足够窄的信号，如果带宽偏宽的话，那么换能器中心频率之外的能量将无法发挥作用，如果在时域上波形偏长的话，根据实验过程，时域上波形的长度和激励系统工作时对接收系统影响的直耦信号有直接关系，即时域上波形越长，直耦信号也就越长，因此需要选
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿化度界面对震电测井波场的影响[J]. 段韵达,胡恒山,关威. 地球物理学报. 2020(02)
[2]动电测井实验研究Ⅱ:伴随动电场和界面动电场[J]. 王军,关威,胡恒山,Zhenya Zhu. 地球物理学报. 2016(01)
[3]动电测井实验研究Ⅰ:渗透率的评价[J]. 王军,李惠,胡恒山,关威,郑晓波. 地球物理学报. 2015(10)
[4]模拟电子电路虚拟实验平台的设计[J]. 王露莹. 科技创新与应用. 2014(12)
[5]电阻噪声实验教学系统设计与实现[J]. 杨磊,杨明,付桑笛,黄冠琛. 实验室研究与探索. 2014(01)
[6]无限增益多路反馈带通滤波器的研究[J]. 熊俊俏,戴璐平,刘海英. 电气电子教学学报. 2013(03)
[7]压电陶瓷换能器的研究与应用[J]. 蒙延庆. 山东轻工业学院学报(自然科学版). 2012(03)
[8]孔隙地层震电测井波场分波分析[J]. 王治,胡恒山,关威,何晓. 物理学报. 2012(05)
[9]二阶压控电压源低通滤波器设计[J]. 高明甫,杨勇,孔令斌. 电子技术. 2010(03)
[10]震电效应在油气勘探开发中的应用[J]. 陈本池. 物探与化探. 2007(04)
博士论文
[1]多孔介质声学模型与多极源声电效应测井和多极随钻声测井的理论与数值研究[D]. 崔志文.吉林大学 2004
硕士论文
[1]井筒震电测井模拟电路系统的研究[D]. 付磊.电子科技大学 2018
[2]多用表测量电路优化及精度提高技术的研究[D]. 刘亚旭.电子科技大学 2017
[3]震电测井实验系统中采集电路研究[D]. 周攀.电子科技大学 2017
[4]震电测井实验系统中发射电路研究[D]. 尹博.电子科技大学 2016
[5]压电换能器动态性能仿真研究[D]. 陈思.浙江大学 2016
[6]震电效应的数值模型与实验研究[D]. 孙恒剑.电子科技大学 2015
[7]基于DDS的信号源设计及关键技术研究[D]. 刘磊.南京理工大学 2013
[8]冻土冻融界面的震电信号实验研究[D]. 张欣.西南交通大学 2009
[9]一种基于单极性SPWM控制的正弦波逆变器的研究[D]. 赵青.浙江大学 2004
本文编号：3525136
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声波换能器外壳
显，在实验过程中已证实。2.2激励系统设计思路首先明确激励系统需要产生足够能量的机械波用于激励含流体孔隙介质产生震电信号，在这里选用可产生声波信号的超声波换能器作为激励系统的负载设备，超声波换能器在功能上类似于一个滤波器，在换能器中心频率附近的激励信号可以得到相应频率的声波信号，然而激励信号的频率分量成分与换能器中心频率偏离的时候，就会有不同程度的衰减[36]，因此需要合理选取激励信号的波形，且超声波换能器为容性负载，需对其进行合适的阻抗匹配以获得良好的工作效果。图2-5超声波换能器外壳图2-6压电陶瓷电容超声波换能器在制作过程中，需要分别联系好压电陶瓷制作厂家和换能器外壳制作厂商，对外壳制作厂商提供具有密封功能的压电陶瓷外壳的尺寸（见图2-5），并对压电陶瓷厂家提供所需要压电陶瓷的参数（见图2-6），使用外壳封装压
震电测井原理及系统方案设计11电陶瓷过程中，需要往外壳中灌入硅油（见图2-7），由于硅油具有绝缘，耐高温作用。另外外壳内充满硅油可以保证换能器在水下工作时有一定的向外压强，维持一定的密封水平，防止进水导致压电陶瓷损坏。图2-8为换能器封装之后的效果图。图2-7换能器封装过程图图2-8换能器封装效果图本项目使用安捷伦公司的4294A精确阻抗分析仪测得项目中所使用的超声波换能器的阻抗和相位随着频率而变化的参数波形图如图2-9，由图中可知该换能器有多个中心频率，但是其中以当频率为23.54KHz的阻抗为最低，相位为-30.45度，也就是在这个频点下换能器的工作效果最好，因此本项目的实验将会围绕着该频率进行相关的一系列测试，需要注意的是在测试过程中不可避免的会有其它中心频率点作用结果的引入，对实验结果并无负面影响。为了可以获得任意波形，这里采用了在FPGA内使用DDS技术获得激励波形的数字信号，后面通过数模转换芯片得到激励波形的模拟信号，再经过信号调理得到合适电压的信号，通过驱动电路传送给功率放大电路，功放后面则是使用了换能器的阻抗匹配电路，最后则是作为负载的换能器，激励系统功能模块全部实现，值得注意的是，激励系统在产生波形的同时，FPGA的其中一个引脚会产生一个同步的触发信号给接收系统，使得接收系统的数字电路部分开始工作，进行信号的采集。激励系统框图见图2-10。1、信号产生。根据项目的特性，信号应该是一个在频域上带宽足够窄且在时域上波形足够窄的信号，如果带宽偏宽的话，那么换能器中心频率之外的能量将无法发挥作用，如果在时域上波形偏长的话，根据实验过程，时域上波形的长度和激励系统工作时对接收系统影响的直耦信号有直接关系，即时域上波形越长，直耦信号也就越长，因此需要选
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿化度界面对震电测井波场的影响[J]. 段韵达,胡恒山,关威. 地球物理学报. 2020(02)
[2]动电测井实验研究Ⅱ:伴随动电场和界面动电场[J]. 王军,关威,胡恒山,Zhenya Zhu. 地球物理学报. 2016(01)
[3]动电测井实验研究Ⅰ:渗透率的评价[J]. 王军,李惠,胡恒山,关威,郑晓波. 地球物理学报. 2015(10)
[4]模拟电子电路虚拟实验平台的设计[J]. 王露莹. 科技创新与应用. 2014(12)
[5]电阻噪声实验教学系统设计与实现[J]. 杨磊,杨明,付桑笛,黄冠琛. 实验室研究与探索. 2014(01)
[6]无限增益多路反馈带通滤波器的研究[J]. 熊俊俏,戴璐平,刘海英. 电气电子教学学报. 2013(03)
[7]压电陶瓷换能器的研究与应用[J]. 蒙延庆. 山东轻工业学院学报(自然科学版). 2012(03)
[8]孔隙地层震电测井波场分波分析[J]. 王治,胡恒山,关威,何晓. 物理学报. 2012(05)
[9]二阶压控电压源低通滤波器设计[J]. 高明甫,杨勇,孔令斌. 电子技术. 2010(03)
[10]震电效应在油气勘探开发中的应用[J]. 陈本池. 物探与化探. 2007(04)
博士论文
[1]多孔介质声学模型与多极源声电效应测井和多极随钻声测井的理论与数值研究[D]. 崔志文.吉林大学 2004
硕士论文
[1]井筒震电测井模拟电路系统的研究[D]. 付磊.电子科技大学 2018
[2]多用表测量电路优化及精度提高技术的研究[D]. 刘亚旭.电子科技大学 2017
[3]震电测井实验系统中采集电路研究[D]. 周攀.电子科技大学 2017
[4]震电测井实验系统中发射电路研究[D]. 尹博.电子科技大学 2016
[5]压电换能器动态性能仿真研究[D]. 陈思.浙江大学 2016
[6]震电效应的数值模型与实验研究[D]. 孙恒剑.电子科技大学 2015
[7]基于DDS的信号源设计及关键技术研究[D]. 刘磊.南京理工大学 2013
[8]冻土冻融界面的震电信号实验研究[D]. 张欣.西南交通大学 2009
[9]一种基于单极性SPWM控制的正弦波逆变器的研究[D]. 赵青.浙江大学 2004
本文编号：3525136
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