油基泥浆测井仪工程机发射模块设计

发布时间：2017-09-19 21:05

  本文关键词：油基泥浆测井仪工程机发射模块设计

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【摘要】：随着油基泥浆(OBM)在深海及特殊岩层石油勘探中的广泛应用,从微电阻率扫描成像测井仪基础上发展而来的油基泥浆测井仪得到了大力发展,该测井技术不仅能在油基泥浆环境提供高准确性、高分辨率的井壁电阻率图像,还能适应水基泥浆等环境,该技术越来越成为石油测井的主要技术手段之一,而发射模块作为油基泥浆测井仪的激励信号来源,是仪器研制的重要组成部分。本文首先简要叙述了油基泥浆测井仪的测井原理,而后根据测井仪对发射模块的功能要求提出设计技术指标,在此基础上设计并验证整个模块的软硬件设计。发射模块的主要功能是实现载波为1MHz、调制波为2kHz、调制度为85%的调幅波信号输出,以便激励信号顺利穿透地层。同时考虑到实际测井中需要实时了解发射模块在井下的状态,本方案设计有输出信号检测电路,实时采集计算发射模块输出端的电压和电流幅度,并将数据上传至主控模块,并作为发射模块闭环调节的依据。主要涉及的内容有,直接数字频率合成(DDS)、数模转换、差分带通滤波器、功率放大以及模数转换等。在确定硬件电路后,对系统建模,分析闭环系统的时间响应性能,以此验证硬件电路设计满足测井仪对稳定性和实时性的要求。最后完成在FPGA中调幅数据产生以及基于FPGA+DSP架构的数字相敏检波算法的实现。与以往测井仪发射模块设计相比,本文设计的发射模块有如下特点:基于FPGA+DAC的直接数字频率合成,提高输出信号的灵活性;LVDS差分传输,差分调理放大电路提高了系统的抗干扰能力和谐波抑制比;较低的输出内阻,使输出效率更高。本文最后通过一系列实验及实地测井验证了发射模块设计的合理性与正确性。通过对发射模块输出端信号时域和频域的分析,验证了发射信号幅度,谐波抑制比达到技术要求。负载实验验证了发射模块具有较强的驱动能力。高温实验验证了电路能适应井下高温高压恶劣环境。闭环控制实验验证了发射幅度可以根据地层阻抗情况调节发射幅度大小。最后实地测井验证了发射模块以及整支仪器设计的正确性。
【关键词】：测井仪 发射模块 调幅信号 DDS 信号检测
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.83
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 油基泥浆测井仪技术背景与研究意义10-11
• 1.2 油基泥浆测井仪国内外研究现状11-12
• 1.3 本文主要内容和结构安排12-14
• 第二章 油基泥浆测井仪发射模块方案设计14-21
• 2.1 油基泥浆测井仪基本原理14-15
• 2.2 发射模块技术指标分析15-18
• 2.3 油基泥浆测井仪发射模块总体方案设计18-21
• 第三章 油基泥浆测井仪发射模块硬件电路设计21-62
• 3.1 油基泥浆测井仪发射模块硬件电路方案设计21-22
• 3.2 调幅波发生电路22-30
• 3.2.1 调幅波概述22-23
• 3.2.2 调幅波数据产生电路设计23-24
• 3.2.3 调幅波产生逻辑设计24-25
• 3.2.4 DAC转换电路设计25-27
• 3.2.5 调幅波信号频谱分析27-30
• 3.3 滤波放大电路30-36
• 3.3.1 带通滤波电路概述30
• 3.3.2 滤波器芯片选型30-31
• 3.3.3 差分多重反馈带通滤波器设计31-36
• 3.4 功率放大电路36-38
• 3.5 输出信号检测电路38-53
• 3.5.1 输出信号取样38-39
• 3.5.2 发射电压检测电路设计39
• 3.5.3 发射电流检测电路设计39-40
• 3.5.4 ADC采样电路设计40-46
• 3.5.4.1 带通采样原理40-42
• 3.5.4.2 模数转换电路设计42-43
• 3.5.4.3 采样控制逻辑设计43-46
• 3.5.5 采样数据处理46-53
• 3.5.5.1 数字相敏检波算法47-48
• 3.5.5.2 数字相敏检波算法的实现48-50
• 3.5.5.3 数字乘累加计算逻辑设计50-52
• 3.5.5.4 DSP电路设计52-53
• 3.6 发射模块电路系统时间响应性能分析53-62
• 3.6.1 系统建模54-58
• 3.6.2 系统仿真58-62
• 第四章 油基泥浆测井仪发射模块软件设计62-71
• 4.1 发射模块嵌入式软件总体流程设计62-63
• 4.2 数据通信软件设计63-64
• 4.3 数据处理软件设计64-67
• 4.4 发射幅度闭环控制设计67-71
• 第五章 模块性能测试与实验结果分析71-80
• 5.1 激励信号测试71-72
• 5.2 驱动能力实验72-73
• 5.3 输出内阻计算73-74
• 5.4 高温性能实验74-77
• 5.5 幅度控制实验77-78
• 5.6 实地测井结果分析78-80
• 第六章 结束语80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-84
• 攻硕期间取得的研究成果84-85
• 附录85-86

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 黄旭伟;DDS杂散抑制技术研究[D];重庆大学;2007年

2 郭立浩;基于FPGA的直接数字频率合成器的研究与应用[D];西北工业大学;2006年

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本文编号：883901