基于GPS的井间电磁成像测井仪收发同步技术研究

摘要

在井间电磁成像测井仪中，分别将一个强磁场发射机和一个低噪声高灵敏度的接收机阵列放置在相距一定距离的两口井中。发射机发射一定频率的电磁波（频率范围为5Hz-1000Hz），接收机接收经过地层衰减的电磁信号（一次场和二次场的混合场信号），其中接收信号与发射信号的相位差与地层电导率密切相关，研究接收与发射信号的精确同步技术能为准确测量其相位差，进而能准确解算地层电导率，为精确分析地层剩余油储量提供支持。
　　本文首先从原理上分析了接收信号与发射信号的相位差与地层电导率的关系，收发同步对相位差的测量的直接影响。结合当前GPS同步应用领域成熟的技术提出了几种基于GPS的收发同步方案，选择了其中最优的方案。方案的核心是在地面系统和井下仪器系统都构建一个时钟系统，然后实现地面时钟系统与井下时钟系统的时钟同步。本文提出了一种新的时间同步方法来实现接收与发射的时间同步，分别使用RS-485总线和CAN总线进行地面系统与井下系统数据传输。首先根据地面系统实时接收、解码GPS接收机输出的时间信息码，提取出当前精确的时间值，随后以GPS接收机提供的基准时间对地面时间系统进行精确校准；然后精确测量地面系统和井下仪器的传输时延，地面控制系统随后根据传输时延对井下系统精确授时，实现井下接收与发射系统时钟都与GPS接收机提供的基准时间的保持一致，进而实现接收与发射的同步。
　　本文给出了最终的实验结果，结果表明使用 RS-485总线能实现同步时间误差小于400ns（相位误差为0.144°@1KHz），满足了井间电磁成像测井仪中接收与发射的同步精度要求，即相位差测量需求。

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1 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 同步技术研究现状

1.3 论文结构

2 井间电磁成像测井仪收发同步系统方案设计

2.1 井间电磁成像测井仪收发同步系统方案设计

2.2 收发同步方法

2.3 信号同步处理

2.4 本章小结

3 井间电磁成像测井系统收发同步系统设计

3.1 GPS接收机的接口电路

3.2 DSP相关功能模块

3.3 通信接口电路

3.4 UTC时间解码

3.5 时间数据包的格式

3.6 地面系统对井下系统控制方法

3.7 本章小结

4 实验结果与分析

4.1 晶振精度测量

4.2 使用RS-485总线同步误差测量结果

4.3 使用CAN总线同步误差测量结果

4.4 CAN总线传输距离实验

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 研究结果总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 硕士期间发表的论文