專利名稱：一種微電阻率成像儀器電極信號檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是關(guān)于微電阻率成像儀，具體的講是一種微電阻率成像儀器電極信號檢測裝置。
背景技術(shù)：
微電阻率成像儀是一種獲取井壁電阻率的成像儀器，其探頭采用陣列排列的電極采樣地層電阻率信號，微電阻率成像儀器利用排列在極板上的陣列電極測量井壁附近地層電阻率的儀器，利用測量得到的數(shù)據(jù)可以進行井壁電阻率成像，利用成像結(jié)果可以識別裂縫、孔洞，進行沉積構(gòu)造分析。微電阻率成像儀器利用排列在極板上的陣列電極測量井壁附近地層電阻率的儀器，現(xiàn)有的微電阻率成像儀器中的電路板可以使用的面積很小，這樣對檢測電路體積要求高。目前，現(xiàn)有的電極電壓信號采集過程中，在對采集的信號進行處理的過程中，地線噪聲同時被放大，導(dǎo)致電路信噪比降低，而且檢測電路工作在高溫狀態(tài)，現(xiàn)有的方法不能滿足微電阻率成像儀對功率和溫度的要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型實施例提供了一種微電阻率成像儀器電極信號檢測裝置，該裝置包括電極信號采集模塊、分時傳輸模塊、低噪聲放大模塊、帶通濾波模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊及時鐘控制模塊；電極信號采集模塊通過分時傳輸模塊與低噪聲放大模塊相連接，低噪聲放大模塊通過帶通濾波模塊與AD轉(zhuǎn)換模塊相連接，時鐘控制模塊與AD轉(zhuǎn)換模塊相連接；電極信號采集模塊，用于將微電阻率成像儀極板上的各電極流入地層的電流信號轉(zhuǎn)換為并行的電極電壓信號；分時傳輸模塊，包括η個模擬開關(guān)，用于對電極電壓信號進行分時傳輸，將并行的電極電壓信號轉(zhuǎn)換為η道串行的電極電壓信號；低噪聲放大模塊，用于對η道電極電壓信號進行增益放大，生成低噪聲放大后的電極電壓信號；帶通濾波器，用于對低噪聲放大后的電極電壓信號進行帶通濾波，對低噪聲放大后的電極電壓信號帶寬限制，生成帶通濾波處理后的電極電壓信號；AD轉(zhuǎn)換模塊，用于將帶通濾波處理的電極電壓信號轉(zhuǎn)換為電極電壓數(shù)字信號；時鐘控制模塊，用于根據(jù)AD轉(zhuǎn)換模塊的工作狀態(tài)控制系統(tǒng)時鐘。為讓本實用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型微電阻率成像儀的結(jié)構(gòu)框3[0007]圖2為微電阻率成像儀的極板結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實用新型微電阻率成像儀器電極信號檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本實用新型的信號傳輸時序圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。微電阻率成像儀器是一種獲取井壁電阻率圖像的儀器，利用排列在極板上的陣列電極測量井壁附近地層電阻率的儀器，微電阻率成像儀通過測量發(fā)射電極上電壓和電極上探頭流入地層電流可以計算地層電阻率，利用測量得到的數(shù)據(jù)可以進行井壁電阻率成像， 利用成像結(jié)果可以識別裂縫、孔洞，進行沉積構(gòu)造分析。本實用新型公開了一種微電阻率成像儀器電極信號檢測裝置，如圖1所示，本實用新型的微電阻率成像儀包括電極信號采集模塊101、分時傳輸模塊102、低噪聲放大模塊103、帶通濾波模塊104、AD轉(zhuǎn)換模塊105及時鐘控制模塊106 ；電極信號采集模塊101通過分時傳輸模塊102與低噪聲放大模塊103相連接，低噪聲放大模塊103通過帶通濾波模塊104與AD轉(zhuǎn)換模塊105相連接，時鐘控制模塊106也與AD轉(zhuǎn)換模塊相連接。電極信號采集模塊101，用于將微電阻率成像儀極板上的各電極流入地層的電流信號轉(zhuǎn)換為并行的電極電壓信號；分時傳輸模塊102，用于對電極電壓信號進行分時傳輸，將并行的電極電壓信號轉(zhuǎn)換為串行的電極電壓信號；低噪聲放大模塊103，用于減小串行電極電壓信號的噪聲密度并對其進行增益放大，生成低噪聲放大后的電極電壓信號；帶通濾波器模塊104，用于對低噪聲放大后的電極電壓信號進行帶寬限制，生成帶通濾波處理后的電極電壓信號； AD轉(zhuǎn)換模塊105，用于將帶通濾波處理的電極電壓信號轉(zhuǎn)換為電極電壓數(shù)字信號；時鐘控制模塊106，用于根據(jù)AD轉(zhuǎn)換模塊的工作狀態(tài)控制系統(tǒng)時鐘；信號接收單元107，用于接收 AD轉(zhuǎn)換后的電極電壓數(shù)字信號。此外，本實用新型實施例的電極信號采集模塊101包括多個電阻，電阻與微電阻率成像儀的電極一一對應(yīng)，將微電阻率成像儀的各電極電流信號轉(zhuǎn)換為電極電壓信號，并且電極信號采集模塊的各電阻的阻值小于10歐姆。本實用新型的低噪聲放大模塊103包括n個差分放大器，與η個模擬開關(guān)一一對應(yīng)，差分放大器采用多個并聯(lián)的三極管作為差分放大器的輸入級，對輸入的電極電壓信號進行低噪聲放大；η個運算放大器，與差分放大器相連接，用于提高低噪聲放大模塊的電路增益。本實用新型的時鐘控制模塊106包括AD檢測單元，檢測AD轉(zhuǎn)換模塊105的工作狀態(tài)；時鐘控制單元，根據(jù)檢測到的AD轉(zhuǎn)換模塊105的工作狀態(tài)控制系統(tǒng)時鐘，AD檢測單元檢測到AD轉(zhuǎn)換模塊105啟動AD轉(zhuǎn)換時，時鐘控制單元關(guān)閉系統(tǒng)時鐘；AD檢測單元檢測到AD轉(zhuǎn)換模塊105的轉(zhuǎn)換完成時，開啟系統(tǒng)時鐘。本實用新型的微電阻率成像儀器電極信號檢測裝置還包括延遲消除模塊，控制分時傳輸模塊對所述的各電極電壓信號的傳輸時間，消除電極電壓信號通過濾波模塊后形成的信號延遲。本實用新型的帶通濾波模塊104包括n個高Q值帶通濾波器，與低噪聲放大模塊的運算放大器一一對應(yīng)，對濾波模塊生成的低噪聲放大后的電極電壓信號帶寬限制。本實用新型公開的微電阻率成像儀器電極信號檢測裝置，其陣列探頭的信號采用很少的放大器通道進行信號采樣、放大、無群延遲帶通濾波、驅(qū)動以及分時控制輸出、無時鐘干擾AD轉(zhuǎn)換、DSP矢量相敏檢測、通訊驅(qū)動等，將得到的信號進行高信噪比、低噪聲放大。 下面以具體的實施例對本實用新型做進一步詳細(xì)說明。圖2所示為微電阻率成像儀極板的結(jié)構(gòu)圖，其中，201為微電阻率成像儀極板，在極板201上有排列規(guī)則的電極202，極板201具有一空間203用于放置電極信號檢測電路， 即本實用新型微電阻率成像儀器電極信號檢測裝置。如圖3所示，為本實用新型微電阻率成像儀器電極信號檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖。其中包括低噪聲模擬開關(guān)部件302，前置放大器303，帶通濾波器304，無群延遲控制部件 305，AD轉(zhuǎn)換模塊306，單片機308，F(xiàn)PGA309，控制單元310及電阻307。為了檢測電極流入地層的電流，在每個電極與極板體外殼導(dǎo)體之間連接一個小于 10歐姆的電阻307，電阻307用于將微電阻率成像儀各電極流入地層的電流轉(zhuǎn)換為電壓，這里為了減小電極信號的噪聲，電阻307應(yīng)采用無噪聲材料，并且是高精密的，總共η個電阻， 為不影響電極之間信號的一致性，電阻307互相之間的差別很小。微電阻率成像儀的電極電流信號通過電阻307轉(zhuǎn)換為電壓信號后，進入低噪聲模擬開關(guān)部件302，η個電阻具有η 道信號，模擬開關(guān)部件302按照分時傳輸方式進行順序切換，本實施例中，模擬開關(guān)部件包括多個模擬開關(guān)，根據(jù)電極數(shù)目及采用的模擬開關(guān)的輸入確定模擬開關(guān)的數(shù)目，采用8選一模擬開關(guān)時，在模擬開關(guān)前信號并行輸入，如第一個8選1模擬開關(guān)輸入為1、2、3、4、5、6、 7、8道信號，第二個模擬開關(guān)輸入為9、10、11、12、13、14、15、16，第三個模擬開關(guān)輸入為17、 18、19等等，經(jīng)過模擬開關(guān)的分時傳輸后，在模擬開關(guān)后輸出的是一個串行的按照一定順序排列的電極電壓信號，輸出信號為1、9、17、2、10、18等等。每個電極電壓信號由于對應(yīng)地層電阻率不同，它們的大小是不同的，因此在這里輸出的看上去就像一個一個幅度不同的多個波形組成信號串。在模擬開關(guān)部件302后連接的是與模擬開關(guān)部件302中的模擬開關(guān)對應(yīng)的低噪聲前置放大器303，本實用新型實施例中的前置放大器，其電壓噪聲密度遠(yuǎn)小于常用運算放大器的電壓噪聲密度，本實用新型中的前置放大器實現(xiàn)上采用專用超低噪聲輸入專用三極管 ΜΑΤ02多個并聯(lián)作為差分放大器輸入級，從而減小放大器輸入電壓噪聲密度，最終減小了整體電路輸出噪聲，差分放大器后接一個運算放大器，目的是提高電路增益，這樣實現(xiàn)的前置放大器的電路噪聲可以做到電壓噪聲密度小于0. 5nV/Hzl/2，由于電路輸出噪聲一般由電路放大器的第一級決定，在本電路中電壓噪聲密度起決定作用，因此輸入級電壓噪聲密度減小，電路系統(tǒng)輸出的電壓噪聲就小。在前置放大器303的輸出連接一個高Q值帶通濾波器304，用于限制信號帶寬，由于信號輸出噪聲與電路放大器的帶寬有很大關(guān)系，帶寬越小，電路輸出噪聲越小，有用信號越容易恢復(fù)，也才能準(zhǔn)確，在本系統(tǒng)中，電極通道很多，每個通道專用時間很短，這樣為了很好檢測電極信號，在電路的模擬部分就要將噪聲降低。高Q值帶通濾波器304后是一個無群延遲控制部件305，該部件的作用是將每一個通道信號，原來是按照電極順序串行傳輸?shù)碾姌O信號，因為帶通濾波器原因產(chǎn)生的每個電極信號群，信號群與電極電壓關(guān)系電極接受的信號是正弦波，它的周期一般是IOKHz左右，要檢測的每個電極的電壓信號就是正弦波的幅度，檢測電極信號中，一般是檢測正弦波的多個周期，這多個周期的正弦波就叫信號群，信號群的每個單周期信號的幅度平均值就是要檢測的電極電壓前部和后部產(chǎn)生的延遲消除，這樣在后續(xù)處理中將可以充分利用電極信號群時間，提高電極群信號檢測精度，降低檢測的噪聲，電路上實現(xiàn)采用增長每道信號持續(xù)時間，信號持續(xù)時間由最前面的模擬開關(guān)對每道信號打開時間決定，然后采用定時選取信號持續(xù)部分有用信號實現(xiàn)。在無群延遲控制部件305后信號進入無始終干擾AD轉(zhuǎn)換模塊306，AD轉(zhuǎn)換模塊 306將電極電壓信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，量化位數(shù)為16位。由于系統(tǒng)中有單片機類元件，因此系統(tǒng)必然有時鐘，一般頻率都在5MHz以上，這樣的高頻信號對模擬電路的干擾很大，為了減小對AD轉(zhuǎn)換的干擾，采用在采樣信號和AD轉(zhuǎn)換期間，將系統(tǒng)時鐘關(guān)閉，這樣在AD轉(zhuǎn)換過程中沒有高頻干擾，轉(zhuǎn)換精度高，電路上采用CPLD控制一個帶有時鐘輸出使能信號的晶振，當(dāng)啟動AD轉(zhuǎn)換時將時鐘輸出停止，并且使PIC等單片機處于休眠狀態(tài)，當(dāng)AD 轉(zhuǎn)換完成后，利用AD轉(zhuǎn)換完成信號啟動晶振輸出時鐘并且喚醒單片機工作，這樣保證系統(tǒng)工作不出現(xiàn)差錯。在轉(zhuǎn)換完成后再啟動系統(tǒng)時鐘完成其他控制。AD轉(zhuǎn)換后的電極數(shù)字化信號進入單片機308，在那里將采集的電極信號進行矢量數(shù)字相敏檢測，求取信號的幅度，同時該單片機308進行模擬開關(guān)的控制，產(chǎn)生系統(tǒng)需要的時序。與AD轉(zhuǎn)換、單片機、模擬開關(guān)以及接收單元相連的有一個FPGA單元，它主要進行系統(tǒng)時序控制，一方面對AD轉(zhuǎn)換進行控制，另外與接收單元310進行通訊，接收單元發(fā)來的與電極發(fā)射信號同步的控制信號啟動AD轉(zhuǎn)換，將單片機計算的電極信號幅度傳送到接收單元。接收單元是微電阻率成像儀器的一個重要組成部分，在這里主要負(fù)責(zé)與檢測電路的通訊。圖4為本實用新型的信息傳輸時序，采用雙線傳輸數(shù)據(jù)、時鐘以及控制時序，一根是數(shù)據(jù)線，主要傳輸下發(fā)命令數(shù)據(jù)、接收命令正常反饋命令、AD啟動同步時鐘、計算輸出電極數(shù)據(jù)、電極數(shù)據(jù)CRC校驗數(shù)據(jù)等，在時鐘線上發(fā)送對應(yīng)數(shù)據(jù)的時鐘，數(shù)據(jù)線和時鐘線均為雙向傳輸，即是向下發(fā)送線也是向上發(fā)送信號線。首先接收單元向檢測電路系統(tǒng)發(fā)送控制命令，該命令用于控制檢測電路處于什么狀態(tài)，當(dāng)接收命令正常時將該命令再通過信號線反饋到接收單元，然后檢測系統(tǒng)就處于相應(yīng)的狀態(tài)工作；當(dāng)檢測電路處于正常采集狀態(tài)時， 接收單元通過數(shù)據(jù)線發(fā)送與接收信號同步的控制時鐘，時鐘控制AD轉(zhuǎn)換進行工作；在電極信號采集完全并計算完成后，電路系統(tǒng)將電極數(shù)據(jù)通過雙向信號線將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收單元進行處理；當(dāng)然在發(fā)送數(shù)據(jù)后有CRC校驗數(shù)據(jù)也是通過雙向信號線進行傳輸。本實用新型中應(yīng)用了具體實施例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。
權(quán)利要求1.一種微電阻率成像儀器電極信號檢測裝置，其特征在于，所述的裝置包括電極信號采集模塊、分時傳輸模塊、低噪聲放大模塊、帶通濾波模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊及時鐘控制模塊；所述的電極信號采集模塊通過所述的分時傳輸模塊與所述的低噪聲放大模塊相連接， 所述的低噪聲放大模塊通過所述的帶通濾波模塊與所述的AD轉(zhuǎn)換模塊相連接，所述的時鐘控制模塊與所述的AD轉(zhuǎn)換模塊相連接；其中，所述的電極信號采集模塊，將所述微電阻率成像儀的極板上的各電極流入地層的電流信號轉(zhuǎn)換為并行的電極電壓信號；所述的分時傳輸模塊，包括η個模擬開關(guān)，對所述的并行的電極電壓信號進行分時傳輸，將并行的電極電壓信號轉(zhuǎn)換為η道串行的電極電壓信號；所述的低噪聲放大模塊，對所述的η道電極電壓信號進行增益放大，生成低噪聲放大后的電極電壓信號；所述的帶通濾波模塊，對所述的低噪聲放大后的電極電壓信號進行帶通濾波，對所述的低噪聲放大后的電極電壓信號帶寬限制，生成帶通濾波處理后的電極電壓信號；所述的AD轉(zhuǎn)換模塊，將所述的帶通濾波處理后的電極電壓信號轉(zhuǎn)換為電極電壓數(shù)字信號；所述的時鐘控制模塊，根據(jù)所述的AD轉(zhuǎn)換模塊的工作狀態(tài)控制系統(tǒng)時鐘。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的電極信號采集模塊包括多個電阻， 所述的電阻與所述的微電阻率成像儀的電極一一對應(yīng)，將所述的微電阻率成像儀的各電極電流信號轉(zhuǎn)換為電極電壓信號。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的電極信號采集模塊的各電阻的阻值小于10歐姆。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的低噪聲放大模塊包括η個差分放大器，與所述的η個模擬開關(guān)一一對應(yīng)，所述的差分放大器采用多個并聯(lián)的三極管作為差分放大器的輸入級，對輸入的電極電壓信號進行低噪聲放大；η個運算放大器，與所述的差分放大器相連接，用于提高低噪聲放大模塊的電路增益。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的時鐘控制模塊包括 AD檢測單元，檢測所述的AD轉(zhuǎn)換模塊的工作狀態(tài)；時鐘控制單元，根據(jù)檢測到的AD轉(zhuǎn)換模塊的工作狀態(tài)控制系統(tǒng)時鐘，所述的AD檢測單元檢測到AD轉(zhuǎn)換模塊啟動AD轉(zhuǎn)換時，所述的時鐘控制單元關(guān)閉系統(tǒng)時鐘；所述的AD檢測單元檢測到AD轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換完成時，開啟系統(tǒng)時鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置還包括延遲消除模塊，控制所述的分時傳輸模塊對所述的各電極電壓信號的傳輸時間，消除所述的電極電壓信號通過濾波模塊后形成的信號延遲。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的帶通濾波模塊包括η個高Q值帶通濾波器，與所述的低噪聲放大模塊的運算放大器一一對應(yīng)，對所述的濾波模塊生成的低噪聲放大后的電極電壓信號帶寬限制。
專利摘要本實用新型公開了一種微電阻率成像儀的電極信號檢測裝置，該裝置包括電極信號采集模塊、分時傳輸模塊、低噪聲放大模塊、帶通濾波模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊及時鐘控制模塊；電極信號采集模塊，將各電極流入地層的電流信號轉(zhuǎn)換為并行的電極電壓信號；分時傳輸模塊，包括n個模擬開關(guān)，對電極電壓信號進行分時傳輸，轉(zhuǎn)換為n道串行的電極電壓信號；低噪聲放大模塊，進行增益放大，生成低噪聲放大后的電極電壓信號；帶通濾波器，對低噪聲放大后的電極電壓信號進行帶通濾波，生成帶通濾波處理后的電極電壓信號；AD轉(zhuǎn)換模塊，將帶通濾波處理的電極電壓信號轉(zhuǎn)換為電極電壓數(shù)字信號；時鐘控制模塊，根據(jù)AD轉(zhuǎn)換模塊的工作狀態(tài)控制系統(tǒng)時鐘。
文檔編號G01V3/20GK202033480SQ20102068264
公開日2011年11月9日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者湯天知, 肖宏, 郭彥軍, 馬雪青 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團測井有限公司