井周超声成像仪主控系统设计
发布时间：2021-06-28 20:54
自人类进入工业社会,石油在社会发展上起到了无可替代的作用,成为了工业社会的“血液”。石油普遍深藏在地层中,需要使用各种技术手段来探测、挖掘。提高石油探测的准确度、开采效率,研制高水平的测井仪器,对于勘探新油田、提高石油开采量乃至保障国家发展都有重要的意义。在石油测井领域中,井周成像测井是一个重要的分支。井周成像测井能够以直观的井壁图像来反应石油井的状况,可以清晰明了地看到井壁上裂隙与孔洞的发育情况,是评价石油井的重要手段。井周成像测井领域中主要使用的测井方法有超声成像法与微电阻率扫描法,其中超声成像法具有分辨率高、成像直观、携带信息多等优点。本文主要论述井周超声成像仪主控系统的硬件电路及软件程序设计。首先总结井周成像领域近年来国内外的发展现状与研究态势,从井周超声成像仪的仪器结构上进行分析,阐明仪器的工作原理。其次,从仪器的功能需求出发,阐述井周超声成像仪主控系统的总体设计方案,分析仪器的工作流程。然后分别从仪器主控系统的硬件设计与软件设计两个方面来描述具体的设计方案,阐明各个模块的工作原理以及功能。从井周超声成像仪主控系统的功能需求出发,硬件设计以PIC单片机加FPGA为主处理核心。...
【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】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
测井点分布曲线图
DQ3RESET#/DNUDNUDNUDNUS#DQ1DQ0VSSW#/DQ2FCS_BFLASH FPGAD03D01D00D02DNGD 图 3-3 Flash 芯片电路连接图 如图 3-3 所示，CCLK 为 FPGA 的程序加载时钟输出引脚，FCS_B 为片选引脚，用于使能 Flash 芯片。本方案使用的 FPGA 加载程序模式为主 SPI Flash 串行模式，即 FPGA 在上电后主动从外部的 SPI Flash 芯片中加载 bit 流文件，从而配置内部逻辑。FPGA 上电后相关信号电平变化如图 3-4 所示。
电子科技大学硕士学位论文20主控系统与地面系统通信编码采用Manchester编码，Manchester编码是一种双极性编码，相对于NRZ码（不归零码），Manchester编码的特点是其利用信号传输时的电平变化来代表逻辑0与1，信号电平从低电平变成高电平时，则代表逻辑0，信号电平从高电平变成低电平时，则代表逻辑1[21]。相同的数据，分别使用Manchester编码与NRZ码编码所对应的具体波形如图3-5所示。图3-5NRZ码与Manchester码波形对比图NRZ码与Manchester码分别有各自的优势，适用于不同的场合，优缺点如下：NRZ码的优点在于解析简单，借助对应的同步时钟信号，接收方根据相应数据协议能够轻松解析出所传输的数据。NRZ码的另一个优点是其波特率与比特率是1:1的，在信号调制速率有限的情况下，使用NRZ码的编码效率更高，传输速率更快。NRZ码的缺点是当信号传输电平长时间为高时，会出现电荷积累现象，而且也需要发送接收双方的时钟保持同步，否则就会接收方解码错误的现象。井下环境复杂恶劣，地面系统与井下测井电路之间的通信距离可达上千米，这种NRZ通信编码显然不适用[22]。Manchester码的优点在于不需要额外的同步时钟，在固定的码率下，本身使用信号的跳变沿进行同步，在远距离传输场合比较稳定，适合井下测井电路与地面通信系统使用。其缺点在于波特率和比特流2:1，编码效率为50%[23]。调制速率相同情况下，数据传输速率仅为NRZ码的一半。为了降低主控系统的功耗，主控系统不使用传统的硬件Manchester编解码芯片HD6408与HD6409，而使用主控系统自带的FPGA芯片，利用VerilogHDL硬件描述语言实现曼码编解码功能。为了实现远距离稳定传输并隔离终端故障，主控系统在通信电路前端添加了信号处理电路，主控系统的数据发送前端添加了上行调理电路?
【参考文献】：
期刊论文
[1]大规模模拟电路故障诊断方法研究[J]. 段文群,何统洲,石义杰. 电子测试. 2020(05)
[2]数字电子电路的调试方法[J]. 谢兰清,王彩霞. 河北农机. 2019(12)
[3]高速NRZ码同步时钟提取设计及FPGA实现[J]. 徐泽琨,黄明,汪弈舟,李国诚,黄炎. 工业技术创新. 2019(05)
[4]油基泥浆下超声成像测井仪裂缝识别效果探析[J]. 雷均. 中国石油和化工标准与质量. 2019(20)
[5]基于STA/LTA岩石破裂微震信号实时识别算法及工程应用[J]. 陈炳瑞,吴昊,池秀文,刘辉,伍梦蝶,晏俊伟. 岩土力学. 2019(09)
[6]基于PIC单片机的随钻声波测井仪电源管理设计[J]. 秦贞宇,卢俊强,鞠晓东,门百永. 计算机测量与控制. 2019(08)
[7]一种FPGA智能加载和远程更新的实现方法[J]. 贾钢. 无线电通信技术. 2017(03)
[8]Microchip推出基于云服务的免费开发平台[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(04)
[9]井周声波成像测井技术在塔河油田的应用[J]. 崔光,罗荣. 石油仪器. 2013(04)
[10]成像测井技术研究现状及应用[J]. 吴鹏程,陈一健,杨琳,戢俊文. 天然气勘探与开发. 2007(02)
硕士论文
[1]多震相初至自动检测识别方法技术[D]. 王彩霞.长安大学 2014
[2]基于PIC单片机的车载油耗计量系统的研究[D]. 马杨杨.天津大学 2008
[3]声波测井仪器测试系统的实现[D]. 黄理琴.电子科技大学 2008
[4]套管检测技术在中原油田的应用[D]. 刘锐熙.中国石油大学 2007
本文编号：3255032
【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】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
测井点分布曲线图
DQ3RESET#/DNUDNUDNUDNUS#DQ1DQ0VSSW#/DQ2FCS_BFLASH FPGAD03D01D00D02DNGD 图 3-3 Flash 芯片电路连接图 如图 3-3 所示，CCLK 为 FPGA 的程序加载时钟输出引脚，FCS_B 为片选引脚，用于使能 Flash 芯片。本方案使用的 FPGA 加载程序模式为主 SPI Flash 串行模式，即 FPGA 在上电后主动从外部的 SPI Flash 芯片中加载 bit 流文件，从而配置内部逻辑。FPGA 上电后相关信号电平变化如图 3-4 所示。
电子科技大学硕士学位论文20主控系统与地面系统通信编码采用Manchester编码，Manchester编码是一种双极性编码，相对于NRZ码（不归零码），Manchester编码的特点是其利用信号传输时的电平变化来代表逻辑0与1，信号电平从低电平变成高电平时，则代表逻辑0，信号电平从高电平变成低电平时，则代表逻辑1[21]。相同的数据，分别使用Manchester编码与NRZ码编码所对应的具体波形如图3-5所示。图3-5NRZ码与Manchester码波形对比图NRZ码与Manchester码分别有各自的优势，适用于不同的场合，优缺点如下：NRZ码的优点在于解析简单，借助对应的同步时钟信号，接收方根据相应数据协议能够轻松解析出所传输的数据。NRZ码的另一个优点是其波特率与比特率是1:1的，在信号调制速率有限的情况下，使用NRZ码的编码效率更高，传输速率更快。NRZ码的缺点是当信号传输电平长时间为高时，会出现电荷积累现象，而且也需要发送接收双方的时钟保持同步，否则就会接收方解码错误的现象。井下环境复杂恶劣，地面系统与井下测井电路之间的通信距离可达上千米，这种NRZ通信编码显然不适用[22]。Manchester码的优点在于不需要额外的同步时钟，在固定的码率下，本身使用信号的跳变沿进行同步，在远距离传输场合比较稳定，适合井下测井电路与地面通信系统使用。其缺点在于波特率和比特流2:1，编码效率为50%[23]。调制速率相同情况下，数据传输速率仅为NRZ码的一半。为了降低主控系统的功耗，主控系统不使用传统的硬件Manchester编解码芯片HD6408与HD6409，而使用主控系统自带的FPGA芯片，利用VerilogHDL硬件描述语言实现曼码编解码功能。为了实现远距离稳定传输并隔离终端故障，主控系统在通信电路前端添加了信号处理电路，主控系统的数据发送前端添加了上行调理电路?
【参考文献】：
期刊论文
[1]大规模模拟电路故障诊断方法研究[J]. 段文群,何统洲,石义杰. 电子测试. 2020(05)
[2]数字电子电路的调试方法[J]. 谢兰清,王彩霞. 河北农机. 2019(12)
[3]高速NRZ码同步时钟提取设计及FPGA实现[J]. 徐泽琨,黄明,汪弈舟,李国诚,黄炎. 工业技术创新. 2019(05)
[4]油基泥浆下超声成像测井仪裂缝识别效果探析[J]. 雷均. 中国石油和化工标准与质量. 2019(20)
[5]基于STA/LTA岩石破裂微震信号实时识别算法及工程应用[J]. 陈炳瑞,吴昊,池秀文,刘辉,伍梦蝶,晏俊伟. 岩土力学. 2019(09)
[6]基于PIC单片机的随钻声波测井仪电源管理设计[J]. 秦贞宇,卢俊强,鞠晓东,门百永. 计算机测量与控制. 2019(08)
[7]一种FPGA智能加载和远程更新的实现方法[J]. 贾钢. 无线电通信技术. 2017(03)
[8]Microchip推出基于云服务的免费开发平台[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(04)
[9]井周声波成像测井技术在塔河油田的应用[J]. 崔光,罗荣. 石油仪器. 2013(04)
[10]成像测井技术研究现状及应用[J]. 吴鹏程,陈一健,杨琳,戢俊文. 天然气勘探与开发. 2007(02)
硕士论文
[1]多震相初至自动检测识别方法技术[D]. 王彩霞.长安大学 2014
[2]基于PIC单片机的车载油耗计量系统的研究[D]. 马杨杨.天津大学 2008
[3]声波测井仪器测试系统的实现[D]. 黄理琴.电子科技大学 2008
[4]套管检测技术在中原油田的应用[D]. 刘锐熙.中国石油大学 2007
本文编号：3255032
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