本發(fā)明涉及一種傳感器推靠裝置及測(cè)量工具，屬于地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隨鉆VSP測(cè)量傳感器推靠裝置及測(cè)量工具。

背景技術(shù)：

隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)難度的加大，垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling，VSP)隨鉆測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值日益凸現(xiàn)，尤其是其地層前探功能，探測(cè)范圍遠(yuǎn)大于其他隨鉆測(cè)井工具。深井超深井碳酸鹽溶洞精確定位和高壓地層的卡層等問(wèn)題目前仍難以解決。例如，有關(guān)數(shù)據(jù)表明，塔里木地區(qū)塔北地區(qū)溶洞一次鉆井成功率為59.5％，利用隨鉆VSP工具對(duì)該地區(qū)失利井進(jìn)行二次定位，可使溶洞的鉆遇率將提高至85％，潛山深度定位誤差小于1％，顯著降低鉆探風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約鉆井作業(yè)成本，并提高鉆井時(shí)效。

隨鉆VSP是一種井中地震觀測(cè)技術(shù)，它以電纜VSP技術(shù)為基礎(chǔ)，將地震波檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)等儀器集成到井下鉆具上，在不影響正常鉆井作業(yè)情況下，實(shí)時(shí)測(cè)量并記錄地面震源產(chǎn)生的地震波經(jīng)地層透射、反射后的信號(hào)，從而獲取隨鉆VSP數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)測(cè)量結(jié)果的走時(shí)、極性、相位、幅值等分析，得到鉆頭前方地層的界面深度、地層剖面以及巖石屬性等，其探測(cè)范圍可達(dá)鉆頭前數(shù)百米。與地面地震相比，由于隨鉆VSP數(shù)據(jù)在井底中獲取，地震波傳播路徑相對(duì)較短，高頻信號(hào)衰減較少，因此，具有信噪比高、分辨率高，以及運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特征明顯等優(yōu)勢(shì)。與常規(guī)電纜VSP相比，隨鉆VSP是在鉆井作業(yè)接單根期間進(jìn)行測(cè)量，不干擾鉆井作業(yè)，占 用鉆機(jī)時(shí)間少，施工風(fēng)險(xiǎn)小，鉆井成本低。此外，隨鉆VSP能同時(shí)接收到上行波和下行波，可用來(lái)為地面地震數(shù)據(jù)估算反褶積算子；多分量隨鉆VSP還可同時(shí)記錄縱波及橫波，實(shí)現(xiàn)多波多分量勘探。

隨鉆VSP測(cè)量工具的關(guān)鍵技術(shù)是精確測(cè)量地震波單程旅行時(shí)間，然而井下惡劣環(huán)境中獲得高精度時(shí)鐘，是限制隨鉆VSP測(cè)量工具能否實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素，通常要求工作200小時(shí)后井下計(jì)時(shí)累計(jì)誤差小于1ms，這對(duì)于常規(guī)的晶振而言，難以滿(mǎn)足精確測(cè)量地震波旅行時(shí)間的需要。在鉆進(jìn)過(guò)程中井下傳感器器要承受強(qiáng)振動(dòng)、沖擊，需要設(shè)計(jì)特殊的安裝結(jié)構(gòu)方能滿(mǎn)足隨鉆儀器的要求。震源激發(fā)的地震波經(jīng)地層衰減達(dá)到井底后，VSP測(cè)量工具上的傳感器與井壁的耦合效果對(duì)信號(hào)檢測(cè)由決定性影響，此外，現(xiàn)有的地面與井下實(shí)時(shí)通信技術(shù)因數(shù)據(jù)傳輸速率限制，無(wú)法快速有效獲取井下測(cè)量數(shù)據(jù)。

總而言之，如何確保VSP地震波傳感器與井壁的耦合效果、傳感器減震結(jié)構(gòu)以及高精度井下時(shí)鐘是隨鉆VSP技術(shù)需要克服的主要難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的在鉆進(jìn)過(guò)程中井下傳感器承受強(qiáng)振動(dòng)、沖擊后與井壁的耦合效果變差進(jìn)而導(dǎo)致VSP測(cè)量精度變低的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種隨鉆VSP測(cè)量傳感器推靠裝置及測(cè)量工具。該隨鉆VSP測(cè)量傳感器推靠裝置及測(cè)量工具采用特殊設(shè)計(jì)的安裝結(jié)構(gòu)，在測(cè)量時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將傳感器推出并與井壁耦合，在鉆進(jìn)時(shí)將傳感器收納于測(cè)量工具中，從而防止了鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)傳感器的強(qiáng)振動(dòng)和沖擊，并且通過(guò)密封圈，防止了泥漿浸入推靠塊內(nèi)部型腔中。

為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種隨鉆VSP測(cè) 量傳感器推靠裝置，包括：推靠塊，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中:

所述推靠塊位于VSP測(cè)量工具的推靠塊內(nèi)部型腔，其上裝有傳感器；

所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置于VSP測(cè)量工具上，其包括依次連接的推力油缸、單向閥、油泵、無(wú)刷電機(jī)；所述推力油缸的推力桿與推靠塊相連。

優(yōu)化的，上述的一種隨鉆VSP測(cè)量傳感器推靠裝置，還包括油箱，該油箱通過(guò)電磁閥與推力油缸相連。

優(yōu)化的，上述的一種隨鉆VSP測(cè)量傳感器推靠裝置，所述油箱通過(guò)溢流閥與推力油缸相連。

優(yōu)化的，上述的一種隨鉆VSP測(cè)量傳感器推靠裝置，所述推靠塊通過(guò)一彈簧與推靠塊容納腔相連。

優(yōu)化的，上述的一種隨鉆VSP測(cè)量傳感器推靠裝置，所述推靠塊包括垂直設(shè)置的測(cè)量探頭和傳感器安裝體；所述傳感器安裝體未與測(cè)量探頭相連的一端設(shè)置有鎖緊環(huán)，傳感器通過(guò)該鎖緊環(huán)固定于該傳感器安裝體內(nèi)部的腔體中。

為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種隨鉆VSP測(cè)量工具，包括上述任一隨鉆VSP測(cè)量傳感器推靠裝置。

因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)在測(cè)量時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將傳感器推出并與井壁耦合，在鉆進(jìn)時(shí)將傳感器收納于測(cè)量工具中，從而防止了鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)傳感器的強(qiáng)振動(dòng)和沖擊；(2)在油缸入口與油箱之間接了一個(gè)溢流閥，能夠防止推靠過(guò)程中遇到較大的反作用力導(dǎo)致油缸憋壓而損壞液壓系統(tǒng)，能有效保護(hù)液壓系統(tǒng)安全。

附圖說(shuō)明

附圖1是隨鉆VSP測(cè)量原理示意圖；

附圖2是隨鉆VSP測(cè)量流程示意圖；

附圖3是隨鉆VSP測(cè)量工具示意圖；

附圖4是四分量VSP測(cè)量的地震波信號(hào)波形示意圖；

附圖5是隨鉆VSP測(cè)量傳感器安裝設(shè)備示意圖；

附圖6是鉆具振動(dòng)狀態(tài)波形圖；

附圖7是推靠機(jī)構(gòu)控制原理圖；

附圖8是數(shù)據(jù)攜帶器結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖9是數(shù)據(jù)攜帶器的數(shù)字信號(hào)控制電路結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖10是數(shù)據(jù)攜帶器工作流程圖；

附圖11是同步裝置連接示意圖；

附圖12是時(shí)鐘同步裝置串行數(shù)據(jù)輸出示意圖；

附圖13是時(shí)鐘同步裝置原理示意圖；

附圖14是井下信號(hào)測(cè)量與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理框圖；

附圖15是數(shù)據(jù)高速回放接口示意圖；

附圖16數(shù)據(jù)高速回放程序流程圖；

附圖17數(shù)據(jù)高速回放程序狀態(tài)圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。

圖中，井壁101、數(shù)據(jù)攜帶器102、VSP測(cè)量工具103、第一地層界面104、第二地層界面105、震源106、地面時(shí)鐘同步裝置107、直達(dá)波108、第一反射波109、第二反射波110、VSP耦合線圈301、信號(hào)發(fā)射電路302，第一水聽(tīng)器303、數(shù)據(jù)通信口304，精密時(shí)鐘組件305、井下主控電路306、 Z軸檢波器307、X軸檢波器308、電池筒309，第二水聽(tīng)器310，座卡機(jī)構(gòu)311、信號(hào)接收電路312、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路313、信號(hào)采集電路314、Y軸檢波器315、測(cè)量探頭501、密封結(jié)構(gòu)502、鎖緊環(huán)503、檢波器504、信號(hào)線505、傳感器安裝體506、油箱701、電磁閥702、，推力油缸703、推靠塊704、溢流閥705、單向閥706、油泵707、無(wú)刷電機(jī)708、VSP測(cè)量工具本體801、泥漿通道802、VSP側(cè)耦合線圈803、攜帶側(cè)導(dǎo)向斜面804、VSP側(cè)導(dǎo)向斜面805、浮筒806、控制存儲(chǔ)電路807，攜帶裝置耦合線圈808、，磁體809、霍爾傳感器810、桿狀本體811、對(duì)接腔812。

實(shí)施例：

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，本發(fā)明提出的四分量隨鉆VSP測(cè)量系統(tǒng)主要由地面震源、VSP井下測(cè)量工具、數(shù)據(jù)攜帶器、地面時(shí)鐘同步裝置以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。其中井下VSP測(cè)量工具由分布在X、Y、Z軸向的三個(gè)檢波器陣列、兩個(gè)水聽(tīng)器、信號(hào)測(cè)量電路、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)電路、信號(hào)接收與發(fā)射電路、系統(tǒng)電源監(jiān)測(cè)電路、數(shù)據(jù)高速下載接口以及電池筒等組成。井下VSP測(cè)量系統(tǒng)如圖3所示。

井下VSP測(cè)量工具是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的重要核心部分，其作用是采集井下接收的地震波信號(hào)并自動(dòng)提取初至波時(shí)間(校驗(yàn)炮時(shí)間)，將地震波形數(shù)據(jù)保存于存儲(chǔ)器中以便起鉆后做進(jìn)一步分析處理。隨鉆VSP數(shù)據(jù)是否有效依賴(lài)于井下測(cè)量工具與地面設(shè)備的精確同步，為此，井下測(cè)量系統(tǒng)選用高精度晶振源作為時(shí)間記錄的基準(zhǔn)，地面時(shí)鐘則以GPS時(shí)鐘作為參考時(shí)鐘源，每隔1秒校對(duì)一次地面時(shí)鐘，從而有效保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了及時(shí)獲取到井下測(cè)量數(shù)據(jù)，鉆進(jìn)過(guò)程中利用泵壓將數(shù)據(jù)攜帶器壓入井底，與VSP測(cè)量工具進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，快速讀取測(cè)量數(shù)據(jù)以及每個(gè)炮點(diǎn)提取的初至波 時(shí)間，利用該數(shù)據(jù)可得到時(shí)深轉(zhuǎn)換關(guān)系，用于將時(shí)間域地震剖面轉(zhuǎn)化到深度域，并可將鉆頭位置標(biāo)注于地震剖面上，為鉆井工程師提供決策依據(jù)。由于井下VSP測(cè)量工具工作于接單根間隔期間，井下鉆具處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，地面震源向地層激發(fā)地震波即放炮，三個(gè)軸向檢波器同時(shí)測(cè)量到地震的縱波和橫波，便于以后對(duì)數(shù)據(jù)處理做定量分析。而兩個(gè)水聽(tīng)器接收的地震信號(hào)無(wú)方向性，用于計(jì)算出當(dāng)前的震波速度及直達(dá)波與發(fā)射波做波場(chǎng)分離。

在隨鉆VSP測(cè)量系統(tǒng)中，將震源放置地面井口附近，通常距離井口約50m左右。震源通常為可控震源，它是一種連續(xù)掃頻振動(dòng)的震源，頻率范圍約為10～100Hz，其優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、重復(fù)性好。如圖3所示，地面震源產(chǎn)生掃描信號(hào)az，該信號(hào)az同時(shí)被地面檢波器測(cè)量并記錄。井下安裝于隨鉆VSP測(cè)量工具的檢波器陣列測(cè)量到震源經(jīng)過(guò)地層傳輸?shù)某踔敛ㄐ盘?hào)bz，從震源產(chǎn)生信號(hào)az到井下接收到信號(hào)bz，所經(jīng)歷的時(shí)間為tz1。震源信號(hào)az向下繼續(xù)傳播到地層界面會(huì)產(chǎn)生反射波信號(hào)cz和dz。反射波信號(hào)cz和dz被井下檢波器陣列接收到所用的走時(shí)為tz2和tz3。由于波信號(hào)bz和反射波信號(hào)cz和dz都是被同一檢波器陣列所檢測(cè)記錄到，信號(hào)bz、cz和dz相互疊加在一起無(wú)法進(jìn)行區(qū)分。因此，需要將震源掃描信號(hào)az和信號(hào)bz、cz和dz進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算處理得到信號(hào)fz。信號(hào)fz在時(shí)域上得到與時(shí)間tz1、tz2和tz3相關(guān)的三個(gè)特征信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)初至波信號(hào)az、反射波信號(hào)bz和cz。

隨鉆VSP工具作業(yè)流程如圖2所示，具體描述如下：

鉆前：井下工具同步地面時(shí)鐘，并設(shè)置井下儀器的工作參數(shù)。鉆中：①井下信號(hào)采集電路平時(shí)處于休眠狀態(tài)，一旦自動(dòng)檢測(cè)到鉆井作業(yè)停止，則開(kāi)啟井下采樣模式，檢測(cè)檢波器接收的信號(hào)。②如果鉆具處于靜止?fàn)顟B(tài)，泥漿循環(huán)暫停，則激發(fā)地面震源。為避免井下儀器被鉆具噪聲激活，要對(duì) 地震波入射能量的特征進(jìn)行分析，確定是有效放炮信息后，將對(duì)下一炮的采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并拾取初至波時(shí)間。③一旦自動(dòng)檢測(cè)到鉆井作業(yè)開(kāi)始，則將初至波時(shí)間及波形數(shù)據(jù)保存于存儲(chǔ)器中，等待數(shù)據(jù)攜帶器讀取，隨后開(kāi)啟井下休眠模式。④地面系統(tǒng)利用初至波時(shí)間及時(shí)修正速度模型以及時(shí)深轉(zhuǎn)換關(guān)系，并將鉆頭定位于地表地震剖面上，以便為制定鉆井決策提供依據(jù)。鉆后：起鉆后將井下存儲(chǔ)器中的全場(chǎng)波形采集數(shù)據(jù)導(dǎo)出，后期做VSP數(shù)據(jù)處理。

2、傳感器安裝結(jié)構(gòu)

與電纜VSP相比，隨鉆VSP測(cè)量系統(tǒng)所使用的檢波器和水聽(tīng)器要耐受井下強(qiáng)烈振動(dòng)與沖擊，其安裝結(jié)構(gòu)較為特殊。

三個(gè)地震檢波器分別安裝于VSP工具本體上不同位置，相互呈X、Y、Z軸向正交關(guān)系。考慮到檢波器在測(cè)量時(shí)要從本體上向外推靠至井壁，測(cè)量完成后收回到本體，故將三個(gè)檢波器分別安裝在三個(gè)推靠塊內(nèi)部型腔中。由于采用的檢波器為速度型模擬檢波器，其結(jié)構(gòu)包括圓柱型永磁體、上下兩個(gè)磁靴、線圈和線圈支架、對(duì)線圈起支撐作用的彈簧片等，整個(gè)檢波器為一個(gè)單自由度慣性體。線圈支架上有兩組相互反繞的線圈，外界磁場(chǎng)在線圈上產(chǎn)生的噪聲相互抵消。磁鋼兩端的磁靴確保磁場(chǎng)均勻分布，并增強(qiáng)了磁場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)震源激發(fā)地震波時(shí)，檢波器外殼產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)而使線圈在磁場(chǎng)中產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其電壓的大小取決于運(yùn)動(dòng)的速度。以X向檢波器的安裝結(jié)構(gòu)舉例說(shuō)明，如圖5所示，傳感器安裝設(shè)備由測(cè)量探頭501、密封結(jié)構(gòu)502、鎖緊環(huán)503、檢波器504、信號(hào)線505、傳感器安裝體506等幾部分組成。其中，傳感器安裝設(shè)備安裝在本體上與液壓推力油缸的推力桿連接，兩道密封結(jié)構(gòu)有效阻止了泥漿浸入，檢波器通過(guò)鎖緊環(huán)固定在推靠塊內(nèi)部型腔，鎖緊環(huán)與推靠塊采用多個(gè)螺釘 固定，檢波器的輸出信號(hào)線通過(guò)高壓密封插針連接到測(cè)量電路。

VSP工具本體上端和下端各有一個(gè)水聽(tīng)器艙體，分別安裝了第一水聽(tīng)器303和第二水聽(tīng)器310，兩者相隔一定距離L，用于測(cè)量當(dāng)前的層速度，獲取時(shí)深轉(zhuǎn)換所需的信息，因其接收VSP工具周?chē)恼鸩ㄐ盘?hào)，即環(huán)空泥漿中壓力場(chǎng)的波動(dòng)，策略結(jié)果是一個(gè)標(biāo)量值，為后期進(jìn)行波場(chǎng)分離提供必要的數(shù)據(jù)。水聽(tīng)器用來(lái)測(cè)量地震波在環(huán)空泥漿中產(chǎn)生的壓力波動(dòng)，由于該壓力波動(dòng)一個(gè)標(biāo)量，不論地震波來(lái)自哪個(gè)方向水聽(tīng)器均能敏感到泥漿壓力波動(dòng)，故無(wú)需推靠到井壁，便可測(cè)量到環(huán)空泥漿耦合來(lái)的震波信號(hào)，將水聽(tīng)器安裝到艙體后，采用蓋板進(jìn)行密封，蓋板與本體之間采用多個(gè)螺釘固聯(lián)，并且蓋板上設(shè)計(jì)了一個(gè)圓孔將泥漿引入至水聽(tīng)器敏感面，用于接收通過(guò)環(huán)空泥漿傳播進(jìn)來(lái)的地震波信號(hào)。

3、鉆具狀態(tài)檢測(cè)

隨鉆VSP測(cè)量是在接單根間隔期間進(jìn)行，泥漿泵停止工作，鉆具保持靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，地面震源向井下激發(fā)地震波，井下VSP工具才能保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確有效。為此，井下控制電路中安裝了兩軸加速度計(jì)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆具的振動(dòng)狀態(tài)，測(cè)量的鉆具振動(dòng)信號(hào)通過(guò)帶通濾波器后，去除信號(hào)包含的直流分量和高頻信息，只保留中低頻動(dòng)態(tài)信息，從而控制電路自動(dòng)檢測(cè)出鉆具狀態(tài)，判斷井下是否啟動(dòng)采集存儲(chǔ)。由于VSP工具中選用的主控單片機(jī)數(shù)學(xué)運(yùn)算能力較差，進(jìn)行相對(duì)復(fù)雜的計(jì)算需要占用較多機(jī)時(shí)，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性，故盡量采用較簡(jiǎn)單的算法(比如乘法和除法都采用乘或除2N的方法實(shí)現(xiàn))。

板載加速度計(jì)能夠敏感到鉆具縱向的準(zhǔn)周期振動(dòng)，而泥漿泵、轉(zhuǎn)盤(pán)鉆或是它們的復(fù)合作用所引起的準(zhǔn)周期振動(dòng)頻率不低于1Hz。實(shí)現(xiàn)方法如下：

(1)先將加速度計(jì)檢測(cè)的縱向加速度信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，去除直流信 號(hào)和高頻信號(hào)；

(2)將帶通濾波后的加速度值與閾值±Δg(±40mg)進(jìn)行比較，確定該值是否過(guò)零；①已知加速度值從正值向負(fù)值方向過(guò)零，則隨后的加速度測(cè)量值與+Δg進(jìn)行比較，確定是否從負(fù)值向正值方向過(guò)零；②當(dāng)已知加速度值從負(fù)值向正值方向過(guò)零，則隨后的加速度測(cè)量值與－Δg進(jìn)行比較，確定是否從正值向負(fù)值方向過(guò)零；

(3)在指定的時(shí)間內(nèi)(15秒)統(tǒng)計(jì)加速度值過(guò)零次數(shù)；

(4)如果統(tǒng)計(jì)值≥30，即認(rèn)為存在一個(gè)準(zhǔn)周期振動(dòng)，否則認(rèn)為無(wú)準(zhǔn)周期振動(dòng)產(chǎn)生；

(5)連續(xù)3次統(tǒng)計(jì)中，若“統(tǒng)計(jì)值≥30”的次數(shù)≥2，則允許VSP工具進(jìn)行采集存儲(chǔ)，否則禁止VSP工具進(jìn)行采集存儲(chǔ)。

(6)閾值選擇。通過(guò)對(duì)有限的井底軸向加速度存儲(chǔ)數(shù)據(jù)反復(fù)進(jìn)行比較分析，模擬閾值基本確定為±40mg。根據(jù)

其中，Acc為計(jì)算的加速度值(g)，T1為與加速度大小有關(guān)的高脈沖寬度，T2＝12064為與加速度大小無(wú)關(guān)的脈沖周期，ΔT＝2T1－T2為井下單片機(jī)測(cè)量并計(jì)算出的中間變量。由上可得

當(dāng)設(shè)置模擬閾值為±40mg時(shí)，可得數(shù)字閾值為ΔT≈±38。

實(shí)施方案1：

通過(guò)分別比較AxRMS和AyRMS與Ath的差自動(dòng)設(shè)置泥漿泵的工作狀態(tài)STPUMP。

AxRMS－Ath＞0或AyRMS－Ath＞0

則STPUMP＝1(開(kāi)泵)；否則STPUMP＝0(關(guān)泵)。

其中，AxRMS為X軸振動(dòng)傳感器均方根值，即

AyRMS為Y軸振動(dòng)傳感器均方根值，即

Ath為人為設(shè)置的比較閾值(需要通過(guò)試驗(yàn)獲取)，Axi為高通濾波后X軸(通道0)振動(dòng)傳感器AD采樣值(兩字節(jié)有符號(hào)整型數(shù))，Ayi為高通濾波后Y軸(通道1)振動(dòng)傳感器AD采樣值(兩字節(jié)有符號(hào)整型數(shù))。N為平均次數(shù)(初步設(shè)置為256)，需根據(jù)濾波通道數(shù)和N開(kāi)辟存儲(chǔ)器空間(2×256個(gè)字)。

實(shí)施方案2：

因Axi(或Ayi)為兩字節(jié)有符號(hào)整型數(shù)，而Axi÷256(或Ayi÷256)的結(jié)果實(shí)際上就是取Axi(或Ayi)的高字節(jié)(分別記為AxiHGH和AyiHGH)，這樣需要開(kāi)辟的存儲(chǔ)空間可減少一半(2×256個(gè)字節(jié))。

AxRMS為X軸振動(dòng)傳感器均方根值，即

AyRMS為Y軸振動(dòng)傳感器均方根值，即

電路板的減振和高通濾波器的衰減導(dǎo)致AxiHGH和AyiHGH常為0(即動(dòng)態(tài)加速度值總是小于1g)，此時(shí)自動(dòng)判斷可能會(huì)失效，需要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn) 證。對(duì)所述的鉆具狀態(tài)檢測(cè)方法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)際結(jié)果如圖6所示，其中地面泥漿泵工作頻率約為1.5Hz，計(jì)算的泥漿泵工作頻率頻率(去除窄脈沖前)為1.67Hz，計(jì)算的泥漿泵工作頻率頻率(去除窄脈沖后)為1.67Hz，可見(jiàn)檢測(cè)結(jié)果能夠作為井下鉆具狀態(tài)的有效判據(jù)。

4、推靠機(jī)構(gòu)

檢波器與井壁之間的耦合效果對(duì)地震波測(cè)量數(shù)據(jù)是否有效有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)鉆井作業(yè)暫停(接單根)時(shí)，井下電路檢測(cè)到鉆具處于靜止?fàn)顟B(tài)，控制電路啟動(dòng)無(wú)刷電機(jī)，驅(qū)動(dòng)油泵轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的高壓油，經(jīng)單向閥后進(jìn)入推力油缸，從而推動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿將攜帶檢波器的推靠塊推靠至井壁，電機(jī)運(yùn)行一定時(shí)間T后停止工作，由于推力油缸中的高壓油無(wú)泄放回路，推靠機(jī)構(gòu)處于保壓狀態(tài)。此時(shí)井下VSP工具便開(kāi)始采集地震波信號(hào)并存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，等到采集存儲(chǔ)完成后，發(fā)出控制命令讓電磁閥動(dòng)作，將高壓油快速泄放至油箱，推靠塊在彈簧作用下迅速收回，結(jié)束本次信號(hào)測(cè)量。

如圖7所示，傳感器推靠機(jī)構(gòu)由油箱701、電磁閥702、，推力油缸703、推靠塊704、溢流閥705、單向閥706、油泵707、無(wú)刷電機(jī)708等幾部分組成，其中，油箱701為膠囊油箱。下面對(duì)控制原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：油泵707在電機(jī)708驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生高壓油，輸出至單向閥706連接推力油缸703，考慮到推靠過(guò)程中可能遇到較大的反作用力，導(dǎo)致油缸憋壓而損壞液壓系統(tǒng)，在油缸703入口與油箱701之間接了一個(gè)溢流閥705，有效保護(hù)液壓系統(tǒng)安全。電磁閥702的作用是在測(cè)量結(jié)束后，為推力油缸提供了一條快速泄流通道，確保推力塊能順利收回。無(wú)刷電機(jī)708采用軟啟動(dòng)方式進(jìn)行控制，其調(diào)加速過(guò)程為先勻加速，達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后以恒定速度運(yùn)行，其好處是電機(jī)啟動(dòng)電流沖擊較小，系可靠性高。

5、數(shù)據(jù)攜帶器

目前比較先進(jìn)泥漿脈沖傳輸速率也只能達(dá)到3～5bps，其他如智能鉆桿傳輸技術(shù)，盡管傳輸速率最高可達(dá)100kbps，但其在深井作業(yè)時(shí)的可靠性較低，成本較高，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜龐大，不適用于實(shí)時(shí)傳輸隨鉆VSP全波場(chǎng)數(shù)據(jù)。由于隨鉆VSP系統(tǒng)測(cè)量的全波數(shù)據(jù)暫時(shí)保存于井下存儲(chǔ)器中，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳，只能等到起鉆后再將其導(dǎo)出，很大程度上限制了隨鉆VSP系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量的特點(diǎn)。此外，地面時(shí)鐘與井下時(shí)鐘相互獨(dú)立，二者在同步啟動(dòng)后各自計(jì)時(shí)，由于井下時(shí)鐘收到高溫影響，導(dǎo)致井下時(shí)鐘的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與地面時(shí)鐘相比均有所降低，而井下高精度時(shí)鐘是整個(gè)隨鉆VSP系統(tǒng)的關(guān)鍵，通常要求在200小時(shí)后井下VSP工具的與地面時(shí)鐘之間的計(jì)時(shí)誤差要小于1ms，故采用數(shù)據(jù)攜帶器將與地面精確同步的時(shí)間信息下傳至VSP工具，可以有效消除井下時(shí)鐘產(chǎn)生的計(jì)時(shí)誤差，從而提高井下地震波測(cè)量精度。

為了能夠及時(shí)地獲取所需井下VSP數(shù)據(jù)，本發(fā)明提出了一種新型的數(shù)據(jù)分時(shí)攜帶裝置。它有兩個(gè)主要功能，一是分時(shí)讀取井下VSP數(shù)據(jù)，二是攜帶精確的時(shí)間信息，用于校對(duì)井下VSP時(shí)鐘產(chǎn)生的誤差。如圖8所示，該數(shù)據(jù)攜帶器為圓柱狀結(jié)構(gòu)，主要由VSP測(cè)量工具本體801、泥漿通道802、VSP側(cè)耦合線圈803、攜帶側(cè)導(dǎo)向斜面804、VSP側(cè)導(dǎo)向斜面805、浮筒806、控制存儲(chǔ)電路807，攜帶裝置耦合線圈808、，磁體809、霍爾傳感器810、桿狀本體811、對(duì)接腔812等幾部分組成。其中數(shù)據(jù)攜帶器的控制與存儲(chǔ)電路如圖9所示，主要由數(shù)字信號(hào)控制器、信號(hào)發(fā)射單元、信號(hào)調(diào)制單元、發(fā)射線圈、信號(hào)接收單元、接收線圈、信號(hào)解調(diào)單元、霍爾信號(hào)檢測(cè)單元、存儲(chǔ)器單元以及低壓電源組成。耦合線圈繞制在磁芯上，為了提高信號(hào)耦合效果及數(shù)據(jù)傳輸速率磁芯選用高磁導(dǎo)率材料，可以實(shí)現(xiàn)與VSP工具之間的高速數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?？紤]到泥漿浸入，線圈表面安裝有保護(hù)套筒。為了保證數(shù)據(jù)傳輸速度與可靠性，兩個(gè)耦合線圈之間的間隙控制在1mm以?xún)?nèi)。 控制與存儲(chǔ)電路安裝在數(shù)據(jù)攜帶器本體內(nèi)部，采用電池組作為電源。數(shù)據(jù)攜帶器實(shí)時(shí)檢測(cè)霍爾信號(hào)是否為高電平，從而控制是否進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)攜帶器工作在主模式下，控制數(shù)據(jù)傳輸方向，而VSP工具工作在從模式。與數(shù)據(jù)攜帶器對(duì)接的VSP工具本體上有相同的斜面導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，并在霍爾傳感器正對(duì)的位置安裝有永磁體，其目的是在數(shù)據(jù)攜帶器與VSP工具對(duì)接成功后，在永磁體的磁場(chǎng)作用下，數(shù)據(jù)攜帶器能夠檢測(cè)到一個(gè)高電平信號(hào)，作為是否對(duì)接成功的狀態(tài)信號(hào)，該狀態(tài)信號(hào)只有為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)交互才進(jìn)行。若在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，對(duì)接狀態(tài)信號(hào)變低，則保存本次數(shù)據(jù)讀取結(jié)果，等待狀態(tài)信號(hào)為高時(shí)繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳，從而保證了每次數(shù)據(jù)交互的可靠性。由于VSP工具上的座卡采用斜面導(dǎo)向定位，故在工具上端設(shè)計(jì)了6個(gè)導(dǎo)流孔，有效保證了泥漿通道有足夠的導(dǎo)流截面，在泥漿壓力作用下確保數(shù)據(jù)攜帶器能可靠地與VSP工具對(duì)接。

數(shù)據(jù)攜帶器具體的工作流程如圖10所示?，F(xiàn)對(duì)該數(shù)據(jù)攜帶器工作原理做如下詳細(xì)說(shuō)明：當(dāng)需要獲取井下VSP數(shù)據(jù)時(shí)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)攜帶器工作，與地面時(shí)鐘進(jìn)行同步對(duì)時(shí)，并設(shè)置好工作參數(shù)，投入鉆具中心水眼，在地面泥漿泵壓作用下，將其壓入井底，由于VSP工具與數(shù)據(jù)攜帶器上均有導(dǎo)向斜面，故攜帶器可以自動(dòng)定位到VSP工具座卡，VSP工具本體上的永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，數(shù)據(jù)攜帶器上的霍爾傳感器輸出一個(gè)高電平信號(hào)，控制與存儲(chǔ)電路一旦檢測(cè)該電平為高，表示數(shù)據(jù)攜帶器與VSP工具對(duì)接成功，開(kāi)始通過(guò)各自的耦合線圈進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，若控制與存儲(chǔ)電路檢測(cè)該電平為低，則表示對(duì)接失敗，不與VSP工具進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)攜帶器成功對(duì)接后，數(shù)據(jù)攜帶器將此刻的精確時(shí)間發(fā)送給VSP工具，以便消除VSP時(shí)鐘在井下高溫環(huán)境下因其長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定性差而產(chǎn)生的計(jì)時(shí)誤差，每一次讀取數(shù)據(jù)按照預(yù)先設(shè)定好的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和波特率進(jìn)行，待數(shù)據(jù)讀取完成后，數(shù)據(jù)攜帶器則停 止讀取，并將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)?shù)孛婺酀{泵停止工作，數(shù)據(jù)攜帶器將自動(dòng)浮出至井口，再將其拿到儀器房，下載所讀取的數(shù)據(jù)。

6、時(shí)鐘同步裝置

隨鉆VSP測(cè)量系統(tǒng)由井下數(shù)據(jù)采集單元和地面輔助信號(hào)采集單元兩部分組成，兩個(gè)單元的時(shí)鐘同步精度要求很高(<1ms)，而地面同步裝置采用GPS作為參考時(shí)鐘源，其計(jì)時(shí)精度可達(dá)1us級(jí)。地面同步裝置一方面要與井下測(cè)量單元進(jìn)行時(shí)鐘同步，另一方面則要實(shí)時(shí)記錄震源放炮時(shí)刻，以便獲取每一炮對(duì)應(yīng)的井下測(cè)量數(shù)據(jù)。此外，針對(duì)可控震源需要采集掃描信號(hào)波形，用于數(shù)據(jù)相關(guān)處理。通常要求地面同步裝置與震源系統(tǒng)同步計(jì)時(shí)精度非常高，達(dá)幾十us級(jí)。

如圖11所示，可控震源同步控制系統(tǒng)包括兩部分，即編碼單元和解碼單元，通常地面同步裝置和震源編碼單元位于儀器房，而解碼單元?jiǎng)t在井場(chǎng)放炮點(diǎn)，二者之間采用有線或無(wú)線方式連接。地面GPS同步裝置與震源控制器為4線制連接，其中觸發(fā)脈沖信號(hào)為和GND一組，掃描信號(hào)和GND為一組，每組信號(hào)是一對(duì)雙絞線，長(zhǎng)度約2m左右，兩組信號(hào)線均為裸線，需要自行配接連接器。震源觸發(fā)信號(hào)為幅度2～5V的正脈沖，滿(mǎn)足TTL電平規(guī)范，其驅(qū)動(dòng)能力是可達(dá)20mA。掃描信號(hào)頻率為6～125Hz，信號(hào)幅度為0～12V,0.5s后達(dá)到最大值，之后為等幅正弦波掃頻信號(hào)。掃描信號(hào)是連續(xù)信號(hào)，震源每觸發(fā)一次則發(fā)出一串掃頻波，常用頻率范圍約8～96Hz，掃描時(shí)間約8～20s，根據(jù)具體的地質(zhì)條件選定。地面同步裝置以GPS時(shí)鐘作為參考，與井下測(cè)量系統(tǒng)精確同步計(jì)時(shí)，實(shí)時(shí)記錄地面震源放炮時(shí)刻，精確到0.01ms，采集存儲(chǔ)掃描信號(hào)波形做后互相關(guān)處理，采樣間隔1ms，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為24Bits。

GPS衛(wèi)星可在全球范圍內(nèi)提供精確的UTC(universal time coordinated) 時(shí)間信息。利用GPS授時(shí)模塊接收衛(wèi)星的UTC時(shí)間信息，通過(guò)其接口與同步裝置內(nèi)數(shù)字信號(hào)處理器的通信串口相連接，并將接收的GPS時(shí)間信息傳至數(shù)字信號(hào)處理器，然后通過(guò)軟件對(duì)接收的UTC時(shí)間信息進(jìn)行處理，用以校正同步裝置的精確時(shí)間。如圖13所示，地面GPS同步裝置主要包括：數(shù)字信號(hào)處理器、GPS授時(shí)模塊、非易失存儲(chǔ)單元、液晶顯示模塊、同步脈沖輸出、觸發(fā)信號(hào)檢測(cè)單元、按鍵檢測(cè)單元、通信接口以及電源電路等。該裝置以GPS授時(shí)模塊為核心，通過(guò)串口從GPS授時(shí)模塊獲取到準(zhǔn)確的絕對(duì)時(shí)間信息(年/月/日/時(shí)/分/秒)，并且每隔1s(PPS)校準(zhǔn)一次計(jì)時(shí)值，有效保證了地面同步裝置的計(jì)時(shí)精度。

為了保證井下與地面計(jì)時(shí)精確同步，當(dāng)井下儀器上電配置好參數(shù)后，地面同步裝置在整秒時(shí)刻，發(fā)出同步啟動(dòng)信號(hào)至井下儀器，使其開(kāi)始工作；當(dāng)儀器起鉆后，地面裝置再次在整秒時(shí)刻，發(fā)出同步結(jié)束信號(hào)至井下儀器，使其停止工作。將井下記錄的時(shí)間以地面計(jì)時(shí)為參考，可得到計(jì)時(shí)誤差，數(shù)據(jù)處理階段將其消除。VSP儀器入井后，在接單根時(shí)使鉆具處于靜止?fàn)顟B(tài)，地面震源開(kāi)始激發(fā)放炮，同時(shí)震源控制器產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，GPS同步裝置實(shí)時(shí)記錄觸發(fā)信號(hào)脈沖上升沿時(shí)刻，用于精確查找到該炮地震波信號(hào)對(duì)應(yīng)的井下測(cè)量數(shù)據(jù)，并將記錄的觸發(fā)時(shí)刻按照放炮順序保存成帶有時(shí)間標(biāo)識(shí)的文件。針對(duì)可控震源掃頻激發(fā)的特點(diǎn)，同步裝置需要采集存儲(chǔ)掃描信號(hào)波形，用于后期數(shù)據(jù)相關(guān)處理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件確定掃描信號(hào)參數(shù)后，在觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻(上升沿)采集掃描信號(hào)，并存儲(chǔ)成帶有時(shí)間標(biāo)識(shí)的數(shù)字波形文件。GPS同步裝置記錄的文件通過(guò)RS-485總線上傳至計(jì)算機(jī)，為后期進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析決策提供必要的數(shù)據(jù)。

7、信號(hào)采集與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

如圖11所示，本發(fā)明提出的信號(hào)采集電路控制井下5通道24位ADC對(duì) X、Y、Z軸檢波器信號(hào)以及兩個(gè)水聽(tīng)器信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將其采集結(jié)果存入串行SRAM芯片陣列中進(jìn)行緩存。電路中高精度24位ADC為T(mén)I公司高可靠性產(chǎn)品ADS1278HT，其最高采樣率可達(dá)144KSPS，70KHZ帶寬足以滿(mǎn)足地面可控震源產(chǎn)生的10～100HZ掃頻信號(hào)采集要求，當(dāng)它工作在高分辨率模式時(shí)，其信噪比可達(dá)到111db。檢波器和水聽(tīng)器檢測(cè)到地震波信號(hào)后，分別經(jīng)過(guò)前置調(diào)理電路將其放大，以便滿(mǎn)足ADS1278HT進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換要求。前置放大器采用低功耗、軌至軌、程控增益差動(dòng)放大器THS4521。數(shù)字信號(hào)控制器采用Microchip公司的dsPIC33FJ128MC710A作為主控芯片控制ADS1278HT工作在同步采集方式，通過(guò)SPI端口讀取采集轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)通過(guò)SPI總線寫(xiě)入SRAM芯片陣列中進(jìn)行緩存。SRAM芯片陣列采用8片1Mbit高溫SRAM芯片級(jí)聯(lián)，存儲(chǔ)容量可達(dá)128KB，滿(mǎn)足對(duì)地震波初至?xí)r間自動(dòng)提取與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理所需緩存容量要求。

如圖14所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路用于存儲(chǔ)井下傳感器(檢波器和水聽(tīng)器)檢測(cè)到的地震信號(hào)波形，起鉆后在井場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)回放，以便做進(jìn)一步VSP數(shù)據(jù)處理與分析。由于地震波信號(hào)的采樣間隔為1ms，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為24Bit，5個(gè)通道采集一次的數(shù)據(jù)量為15個(gè)字節(jié)，因此，隨鉆VSP測(cè)量系統(tǒng)井下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量需要達(dá)到2GB以上。主控芯片dsPIC33FJ128MC710A用于對(duì)存儲(chǔ)芯片陣列進(jìn)行讀寫(xiě)控制，并接收由信號(hào)采集電路主控芯片發(fā)送的緩存數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)陣列的擦除、讀寫(xiě)地址設(shè)置等指令均由地面計(jì)算機(jī)通過(guò)RS485總線發(fā)送到主控芯片后，再由主控芯片控制對(duì)應(yīng)的NORFLASH存儲(chǔ)芯片。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路由用一片高溫CPLD芯片進(jìn)行存儲(chǔ)器芯片陣列管理，該芯片采用VERILOG語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)5輸入32輸出控制功能，用于對(duì)32片高溫NORFLASH存儲(chǔ)芯片進(jìn)行片選管理。主控芯片通過(guò)SPI總線負(fù)責(zé)協(xié)同CPLD與NORFLASH芯片工作，完成對(duì)每一片NORFLASH芯片的SPI讀寫(xiě)控制。存儲(chǔ)芯片陣列采 用了鎂光公司的64MB高溫NORFLASH存儲(chǔ)芯片，整個(gè)存儲(chǔ)單元由32片64MB存儲(chǔ)芯片級(jí)聯(lián)組成，總存儲(chǔ)容量可達(dá)2GB。隨鉆VSP測(cè)量系統(tǒng)要求每通道信號(hào)采集滿(mǎn)足采樣間隔為1ms，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為24Bit的要求。按照5通道采集計(jì)算，2GB存儲(chǔ)容量可滿(mǎn)足四分量隨鉆VSP測(cè)量工具連續(xù)工作200小時(shí)所需的存儲(chǔ)空間。

8、數(shù)據(jù)高速回放

隨鉆VSP測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，要求起鉆后快速下載井下工具存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，及時(shí)進(jìn)行速度模型修正以及數(shù)據(jù)處理，將鉆頭位置標(biāo)注于地震剖面上，為鉆井工程師提供決策依據(jù)。由于井下采集的VSP數(shù)據(jù)容量較大，因此，數(shù)據(jù)回放速度尤為重要，常規(guī)隨鉆儀器的數(shù)據(jù)下載接口通常采用RS485總線，其數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較低，獲取數(shù)據(jù)需要的時(shí)間較長(zhǎng)，從而影響鉆井作業(yè)進(jìn)度。而USB2.0接口是一種應(yīng)用在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新型接口技術(shù)，具有傳輸速度更快，理論傳輸速度為12Mbps，支持熱插拔以及連接多個(gè)設(shè)備的特點(diǎn)，目前已經(jīng)在各類(lèi)外部設(shè)備中廣泛的被采用。為了最大限度地提高數(shù)據(jù)下載速度，本發(fā)明利用USB轉(zhuǎn)SPI接口電路通過(guò)SPI總線直接讀取存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)，而不經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)控制器中轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了大容量VSP數(shù)據(jù)的高速下載。

如圖15所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)回放電路主要包括：FPGA控制器、兩片512KB的SRAM、USB2.0控制器CY7C68013A、SPI接口、48MHz晶振以及計(jì)算機(jī)等。數(shù)據(jù)回放速度可達(dá)到每秒32MB，F(xiàn)PGA控制器用于讀取大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的數(shù)據(jù)，并緩存到512KB的SRAM中，兩片SRAM作為數(shù)據(jù)FIFO，即當(dāng)一片SRAM存儲(chǔ)滿(mǎn)后由USB2.0芯片CY7C68013A發(fā)送到地面計(jì)算機(jī)，而FPGA芯片則繼續(xù)讀取存儲(chǔ)器并緩存到另外一片SRAM存儲(chǔ)器，當(dāng)存儲(chǔ)滿(mǎn)后同樣由USB2.0芯片CY7C68013A發(fā)送到地面計(jì)算機(jī)。兩片SRAM以“乒乓”操 作模式工作，大幅提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。

下面結(jié)合圖16對(duì)數(shù)據(jù)高速下載的具體的程序流程進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。上電后FPGA固件架構(gòu)首先設(shè)置所有內(nèi)部狀態(tài)變量，然后調(diào)用用戶(hù)初始化函數(shù)TD_Init()。待返回后，固件架構(gòu)就會(huì)初始化USB接口成為未配置的狀態(tài)，并使能中斷。此時(shí)，緊接著在1s的間內(nèi)固件開(kāi)始重枚舉(ReNumerate)，并啟動(dòng)任務(wù)分配器，這個(gè)任務(wù)分配器就會(huì)按順序重復(fù)地執(zhí)行下列工作。

1)調(diào)用輪詢(xún)函數(shù)TD Poll()。

2)檢測(cè)是否有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求，是否收到SETUP包。如果有，它將會(huì)解析所收到的命令請(qǐng)求并加以響應(yīng)，如果是傳輸數(shù)據(jù)命令，F(xiàn)PGA控制器將對(duì)SRAM進(jìn)行FIFO讀寫(xiě)操作。

3)決定是否報(bào)告USB掛起事件。如果要報(bào)告USB掛起事件，則調(diào)用函數(shù)TD_Suspend，若成功返回，則測(cè)試喚醒事件。如果未檢測(cè)到喚醒事件，它將會(huì)把FPGA控制器放入中止模式中。當(dāng)回復(fù)事件被檢測(cè)到時(shí)，將調(diào)用函數(shù)TD_Resume()，并跳回步驟1)。

下面對(duì)數(shù)據(jù)高速下載的具體的程序狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。FPGA控制器讀寫(xiě)SRAM的程序狀態(tài)圖如圖17所示，分別對(duì)應(yīng)了FIFO接口數(shù)據(jù)輸出控制和FIFO接口數(shù)據(jù)輸入控制。

1)FIFO接口數(shù)據(jù)輸出程序流程

IDLE：讀事件產(chǎn)生，進(jìn)入STATE1；STATE1:使能SLCS，確定從FIFO讀地址，若FIFO非空，在保證從FIFO地址至少穩(wěn)定出現(xiàn)25ns后，進(jìn)入STATE2，否則停留在STATE1；STATE2：延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期后，使能SLOE，把內(nèi)部FIFO中的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)到數(shù)據(jù)總線上，進(jìn)入STATE3；STATE3：延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期后，使能WRREQ，把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫(xiě)入乒乓FIFO中，進(jìn)入STATE4；STATE4：延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期后，使能SLRD，同時(shí)SLRD信 號(hào)要保證建立時(shí)間和保持時(shí)間要求，在經(jīng)過(guò)tXFD時(shí)延后下一個(gè)地址的FIFO數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)到數(shù)據(jù)總線上，進(jìn)入STATE5；STATE5：如果仍有數(shù)據(jù)要讀，進(jìn)入STATE2，否則進(jìn)入IDLE。

2)FIFO接口數(shù)據(jù)輸入程序流程

IDLE:寫(xiě)事件產(chǎn)生，進(jìn)入STATE1；STATE1：使能SLCS，確定從FIFO地址，若FIFO非滿(mǎn)，在保證EZ-USB FIFO地址至少穩(wěn)定出現(xiàn)25ns后，進(jìn)入STATE2，否則停留在STATE1；STATE2：延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期后，使能RDREQ，驅(qū)動(dòng)乒乓FIFO中的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線上，并保證tSFD的最小要求，進(jìn)入STATE3；STATE3：延時(shí)2個(gè)時(shí)鐘周期后，使能SLWR，同時(shí)保證SLWR信號(hào)的建立時(shí)間和保持時(shí)間要求，在IFCLK的上升沿，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入從FIFO中，F(xiàn)IFO的標(biāo)志位在經(jīng)過(guò)tXFLG時(shí)延后被更新，進(jìn)入STATE4；STATE4：如果提交給從FIFO的數(shù)據(jù)為乒乓FIFO的最后一組數(shù)據(jù)，則使能PKTEND，同時(shí)在滿(mǎn)足其建立、保持時(shí)間的條件下，在IFCLK的上升沿提交最后一組數(shù)據(jù)，進(jìn)入STATE5；STATE5：如果仍有數(shù)據(jù)要讀，進(jìn)入STATE2，否則進(jìn)入IDLE。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了井壁101、數(shù)據(jù)攜帶器102、VSP測(cè)量工具103、第一地層界面104、第二地層界面105、震源106、地面時(shí)鐘同步裝置107、直達(dá)波108、第一反射波109、第二反射波110、VSP耦合線圈301、信號(hào)發(fā)射電路302，第一水聽(tīng)器303、數(shù)據(jù)通信口304，精密時(shí)鐘組件305、井下主控電路306、Z軸檢波器307、X軸檢波器308、電池筒309，第二水聽(tīng)器 310，座卡機(jī)構(gòu)311、信號(hào)接收電路312、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路313、信號(hào)采集電路314、Y軸檢波器315、測(cè)量探頭501、密封結(jié)構(gòu)502、鎖緊環(huán)503、檢波器504、信號(hào)線505、傳感器安裝體506、油箱701、電磁閥702、，推力油缸703、推靠塊704、溢流閥705、單向閥706、油泵707、無(wú)刷電機(jī)708、VSP測(cè)量工具本體801、泥漿通道802、VSP側(cè)耦合線圈803、攜帶側(cè)導(dǎo)向斜面804、VSP側(cè)導(dǎo)向斜面805、浮筒806、控制存儲(chǔ)電路807，攜帶裝置耦合線圈808、，磁體809、霍爾傳感器810、桿狀本體811、對(duì)接腔812等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。