三维声波测井仪近探头采集模块设计

发布时间：2017-08-30 06:03

  本文关键词：三维声波测井仪近探头采集模块设计

  更多相关文章： 微弱信号 低噪声高精度采集 噪声分析 数据高速串行传输 控制逻辑

【摘要】：三维声波测井仪近探头采集模块的设计与实现是十二五重大专项“三维声波测井仪技术研究”子课题。为了增强我国在声波测井技术上的技术积累,减少引进相关技术、设备的费用,自主研发三维声波采集系统非常重要。但是实际情况中,测井仪器工作环境恶劣,经过地层反射能够反应地层信息的声波信号微弱;为了保证测井准确性,多通道采集和多种混合采集模式造成采集数据量巨大,存储和上传时间长,最终导致测井时间变长;对地面系统下发的命令稳定的解析并实现难度大。为了解决上述问题,本文在前人的技术基础上,主要阐述了三维声波测井仪近探头采集模块的设计与实现。其中重点包括微弱信号检测技术、高速串行数据传输技术、高温下PCB设计技术、井下通信协议与控制逻辑的实现。微弱信号检测技术主要包括低噪声信号调理电路设计和高精度采集电路设计。低噪声信号调理电路保证有效声波信号被接收,高精度采集则保证信号被精确模数转换。不仅如此,本文着重对采集模块的各个子模块及整个模块进行噪声分析和计算,通过相关技术设计达到降低噪声的目的。高速串行传输技术重点研究了高速接口技术和过采样数据恢复技术,实现了基于LVDS的高速串行传输。高温下PCB设计技术重点提高某些芯片的局部散热,使整个采集板稳定工作在高温环境下。控制逻辑的实现重点阐述了自定义的井下通信协议,实现了解析采集命令和控制整个采集系统的逻辑。经过以上主要技术的研究和实现,本文设计了一个能够在高温环境下长时间正常工作、能够对微弱声波信号调理和变换、正确稳定地解析采集命令并控制整个采集系统的近探头采集模块。通过实验室中的高温单板、系统联调、水槽实验以及现场下井实验,所设计的近探头采集模块达到了预期的设计技术指标。
【关键词】：微弱信号 低噪声高精度采集 噪声分析 数据高速串行传输 控制逻辑
【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;TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 声波测井及课题相关技术的发展和国内外现状11-12
• 1.3 本文的主要工作及结构安排12-14
• 第二章 三维声波测井仪近探头采集模块需求分析与总体设计14-24
• 2.1 三维声波测井原理分析14-19
• 2.1.1 三维声波测井仪总体结构14-16
• 2.1.2 三维声波测井仪工作原理16-18
• 2.1.3 声波测井系统工作过程18-19
• 2.2 三维声波近探头采集电路总体方案设计及关键技术分析19-23
• 2.2.1 三维声波近探头采集电路原理介绍19-20
• 2.2.2 三维声波近探头采集电路关键技术分析20-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 三维声波近探头采集模块电路设计24-57
• 3.1 近探头微弱信号调理电路设计24-45
• 3.1.1 电路的固有噪声源和噪声特性25-26
• 3.1.2 电路中运算放大器的噪声26-29
• 3.1.3 声波换能器接收电路设计及噪声分析29-34
• 3.1.4 多级程控放大电路及自动控制增益设计34-38
• 3.1.5 ADC驱动电路设计与噪声分析38-42
• 3.1.6 信号调理电路整体噪声计算及仿真42-43
• 3.1.7 降低调理电路噪声分析与措施43-45
• 3.2 以ADS1278为核心的高精度信号采集电路设计45-50
• 3.2.1 Σ-Δ型ADC原理介绍45-46
• 3.2.2 模数转换电路设计46-49
• 3.2.3 可变采样周期可变采样点数采集方式设计49-50
• 3.3 三维声波数据高速串行传输接口硬件电路设计50-55
• 3.3.1 高速接口技术50-51
• 3.3.2 数据传输的拓扑结构51-53
• 3.3.3 三维声波高速数据传输模块硬件电路设计53-55
• 3.4 PCB局部散热技术分析55-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 三维声波近探头采集模块数字逻辑设计57-70
• 4.1 基于FPGA的高速串行数据传输逻辑设计57-65
• 4.1.1 数据传输的同步模型58-59
• 4.1.2 基于过采样的自同步数据恢复逻辑设计59-60
• 4.1.3 初步的数据恢复60-62
• 4.1.3.1 初步数据恢复的工作原理及判决规则60-61
• 4.1.3.2 数据的丢失或复用61-62
• 4.1.4 初步恢复数据的修正62-63
• 4.1.5 8B10B编码的逻辑实现63-65
• 4.2 基于FPGA的近探头采集模块控制逻辑设计65-69
• 4.2.1 近探头采集模块与控制板通信协议设计65-67
• 4.2.2 近探头采集模块控制逻辑设计67-69
• 4.3 本章小结69-70
• 第五章 测试与实验70-78
• 5.1 近探头采集模块采集板噪声测试及分析70-71
• 5.2 传输及通道一致性测试71-74
• 5.3 近探头采集模块高温实验74-75
• 5.4 三维声波测井仪实验室水槽以及现场作业实验75-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第六章 结束语78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-82
• 攻硕期间取得的研究成果82-83

【参考文献】

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本文编号：757622