井周超声成像仪前端电路模块设计
发布时间：2021-10-16 21:21
井周超声成像测井仪主要应用于裸眼井和套管井内壁环井周扫描成像测量,同时可测量套管的腐蚀情况。在裸眼井测量中可探测地层裂缝,孔洞和层理结构,并综合方位测井信息判断地层。仪器工作时是通过电机驱动一个收发一体的超声波换能器向井壁发射超声波并接收从井壁发射回来的回波。通过对回波信号进行采集、计算后即可得到回波到时和回波幅度两个重要信息:回波到时可以反映井眼大小;回波幅度则可以反映井壁岩性。传统的超声测井仪器采用模拟电路的方法来得到回波到时和回波幅度。但是在测井工作中,该方法会带来较高的误检和漏检率,因此,仪器的可靠性有待进一步提高。井周超声成像仪采用了新的回波信号检测方法,对回波信号进行全波列采集,把回波信号数字化,再通过数字信号处理来得到回波信息,解决了传统超声测井仪器存在的功耗高、可靠性低等问题。仪器主要包括负责超声波激励发射和处理采集回波的前端电路模块,负责数据处理与通讯的主控电路模块。本文重点阐述了超声井周成像仪前端电路模块部分的设计。本文首先介绍了论文的研究背景意义和超声成像测井仪器的国内外研究现状,然后介绍了井周超声成像仪的基本结构及其工作原理,并根据超声成像测井的要求,给出了总体...
【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】：
超声扫描路径示意图
电子科技大学硕士学位论文10第三章发射采集电路模块设计3.1发射电路设计井周超声成像仪采用超声波压电换能器实现电能和机械能间的转换。在发射时，需要在换能器两端加上高压驱动信号，才能发射出足够能量的超声波，使换能器能够接收并识别回波。常用的超声发射电路采用的分立元器件和变压器组合搭建的方案，这种发射方案可以很容易的达到上百瓦的发射功率[14]。但是模拟电路复杂，稳定性和灵活性不高。故本设计采用了数字化的设计方案，由FPGA+MOS驱动芯片+MOSFET的方法来激励换能器。同时为了减小发射电路的发射尾振，增加了匹配电路模块，匹配电路将在第四章进行详细介绍。发射电路框图如图3-1所示。FPGA方波发生器MOS驱动芯片MOSEFT匹配电路超声换能器图3-1发射电路框图Supertex公司是一家混合信号的半导体制造商，主要经营高压模拟和混合信号产品，其还制造专门用于医疗超声领域的MOSEFT阵列及其MOSEFT的驱动芯片等产品。本次设计选用了Supertex公司的超声波MOSEFT驱动器MD1813和互补MOSEFT阵列TC6320和TC2320。其典型电路如图3-2所示。图3-2发射电路图[15]
电子科技大学硕士学位论文16有用的回波信号会淹没在噪声中，在这种情况下，如果不对信号进行滤波就直接利用ADC对信号进行采集，ADC无法采集到有用的回波数据。回波信号的频率为250kHz，频率远离250kHz的信号都可以视为噪声信号，可以设计一个带通滤波器滤除无用的噪声信号。带通滤波器常用品质因数Q来描述滤波器的选择特性，品质因数Q计算公式如式(3-1)所示：00hlffQBff（3-1）式(3-1)中，Q为滤波器品质因数，0f为滤波器的中心频率，hf和lf是带通滤波器的上、下截止频率（-3dB截止频率），hf和lf之差就是滤波器的-3dB带宽。由式(3-1)和图3-9可以看出，滤波器的带宽越小，Q值越大，滤波器的选择特性越好。虽然理论上滤波器的Q值越高越好，但是设计的滤波器Q值过高时，会导致设计的滤波器阶数较多，硬件需要的电路面积也更多，设计出的滤波器也很容易发生自激现象，所以在确定滤波器的带宽时应综合考虑。综合考虑电路尺寸要求和模拟电路对滤波电路的选频要求，设计了中心频率为250kHz，-3dB通带带宽50kHz的带通滤波电路。图3-9带通滤波器对不同Q值响应图常见的滤波器类型有巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔三种。巴特沃斯滤波器在其通频带内频率响应曲线近似线性，没有起伏，在阻频带缓慢下降为0。切比雪夫滤波器在过度带衰减迅速，但是在通频带内存在幅度波动。贝塞尔滤波器相比巴特沃
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超声波技术的井壁成像系统设计[J]. 夏琼. 化工管理. 2018(24)
[2]超声换能器频率特性及匹配研究[J]. 杜鹏,姜楠,宋波. 电声技术. 2016(01)
[3]多层复合材料超声检测的数值模拟[J]. 李伟,李建增,周海林,李德良. 系统仿真技术. 2012(01)
[4]高性能超声电视成像测井仪[J]. 鲁放,高红军,李剑. 仪表技术与传感器. 2009(08)
[5]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)
[6]浅谈无损检测技术的发展与展望[J]. 曾琼,肖江文,袁建辉. 计量与测试技术. 2006(12)
[7]超声波技术在成像测井仪中的应用[J]. 章俊燕. 舰船电子工程. 2005(04)
[8]多参数超声工程测井仪原理与应用[J]. 强毓明,李长文,宋永华,李国军. 测井技术. 2004(S1)
[9]软件无线电技术在中频接收机中的应用[J]. 黄英,李景文,刘敏. 无线电通信技术. 2004(01)
[10]井壁超声成像测井在长庆油田的应用[J]. 李保民,赵大华,李会文. 国外测井技术. 1997 (S1)
硕士论文
[1]随钻四极子声波测井仪井下采集电路设计[D]. 朱振振.电子科技大学 2019
[2]超声波换能器驱动及前端接收电路研究[D]. 范思航.西安石油大学 2014
[3]基于FPGA的高精度符合计数器设计[D]. 裴任.南京邮电大学 2013
本文编号：3440514
【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】：
超声扫描路径示意图
电子科技大学硕士学位论文10第三章发射采集电路模块设计3.1发射电路设计井周超声成像仪采用超声波压电换能器实现电能和机械能间的转换。在发射时，需要在换能器两端加上高压驱动信号，才能发射出足够能量的超声波，使换能器能够接收并识别回波。常用的超声发射电路采用的分立元器件和变压器组合搭建的方案，这种发射方案可以很容易的达到上百瓦的发射功率[14]。但是模拟电路复杂，稳定性和灵活性不高。故本设计采用了数字化的设计方案，由FPGA+MOS驱动芯片+MOSFET的方法来激励换能器。同时为了减小发射电路的发射尾振，增加了匹配电路模块，匹配电路将在第四章进行详细介绍。发射电路框图如图3-1所示。FPGA方波发生器MOS驱动芯片MOSEFT匹配电路超声换能器图3-1发射电路框图Supertex公司是一家混合信号的半导体制造商，主要经营高压模拟和混合信号产品，其还制造专门用于医疗超声领域的MOSEFT阵列及其MOSEFT的驱动芯片等产品。本次设计选用了Supertex公司的超声波MOSEFT驱动器MD1813和互补MOSEFT阵列TC6320和TC2320。其典型电路如图3-2所示。图3-2发射电路图[15]
电子科技大学硕士学位论文16有用的回波信号会淹没在噪声中，在这种情况下，如果不对信号进行滤波就直接利用ADC对信号进行采集，ADC无法采集到有用的回波数据。回波信号的频率为250kHz，频率远离250kHz的信号都可以视为噪声信号，可以设计一个带通滤波器滤除无用的噪声信号。带通滤波器常用品质因数Q来描述滤波器的选择特性，品质因数Q计算公式如式(3-1)所示：00hlffQBff（3-1）式(3-1)中，Q为滤波器品质因数，0f为滤波器的中心频率，hf和lf是带通滤波器的上、下截止频率（-3dB截止频率），hf和lf之差就是滤波器的-3dB带宽。由式(3-1)和图3-9可以看出，滤波器的带宽越小，Q值越大，滤波器的选择特性越好。虽然理论上滤波器的Q值越高越好，但是设计的滤波器Q值过高时，会导致设计的滤波器阶数较多，硬件需要的电路面积也更多，设计出的滤波器也很容易发生自激现象，所以在确定滤波器的带宽时应综合考虑。综合考虑电路尺寸要求和模拟电路对滤波电路的选频要求，设计了中心频率为250kHz，-3dB通带带宽50kHz的带通滤波电路。图3-9带通滤波器对不同Q值响应图常见的滤波器类型有巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔三种。巴特沃斯滤波器在其通频带内频率响应曲线近似线性，没有起伏，在阻频带缓慢下降为0。切比雪夫滤波器在过度带衰减迅速，但是在通频带内存在幅度波动。贝塞尔滤波器相比巴特沃
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超声波技术的井壁成像系统设计[J]. 夏琼. 化工管理. 2018(24)
[2]超声换能器频率特性及匹配研究[J]. 杜鹏,姜楠,宋波. 电声技术. 2016(01)
[3]多层复合材料超声检测的数值模拟[J]. 李伟,李建增,周海林,李德良. 系统仿真技术. 2012(01)
[4]高性能超声电视成像测井仪[J]. 鲁放,高红军,李剑. 仪表技术与传感器. 2009(08)
[5]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)
[6]浅谈无损检测技术的发展与展望[J]. 曾琼,肖江文,袁建辉. 计量与测试技术. 2006(12)
[7]超声波技术在成像测井仪中的应用[J]. 章俊燕. 舰船电子工程. 2005(04)
[8]多参数超声工程测井仪原理与应用[J]. 强毓明,李长文,宋永华,李国军. 测井技术. 2004(S1)
[9]软件无线电技术在中频接收机中的应用[J]. 黄英,李景文,刘敏. 无线电通信技术. 2004(01)
[10]井壁超声成像测井在长庆油田的应用[J]. 李保民,赵大华,李会文. 国外测井技术. 1997 (S1)
硕士论文
[1]随钻四极子声波测井仪井下采集电路设计[D]. 朱振振.电子科技大学 2019
[2]超声波换能器驱动及前端接收电路研究[D]. 范思航.西安石油大学 2014
[3]基于FPGA的高精度符合计数器设计[D]. 裴任.南京邮电大学 2013
本文编号：3440514
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