三维声波测井仪近探头采集模块设计

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。

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第一章 引言

1.1 课题研究背景及意义

1.2 声波测井及课题相关技术的发展和国内外现状

1.3 本文的主要工作及结构安排

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

2.1 三维声波测井原理分析

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

2.3 本章小结

第三章 三维声波近探头采集模块电路设计

3.1 近探头微弱信号调理电路设计

3.2 以ADS1278为核心的高精度信号采集电路设计

3.3 三维声波数据高速串行传输接口硬件电路设计

3.4 PCB局部散热技术分析

3.5 本章小结

第四章 三维声波近探头采集模块数字逻辑设计

4.1 基于FPGA的高速串行数据传输逻辑设计

4.2 基于FPGA的近探头采集模块控制逻辑设计

4.3 本章小结

第五章 测试与实验

5.1 近探头采集模块采集板噪声测试及分析

5.2 数据传输及采集系统通道一致性测试

5.3 近探头采集模块高温实验

5.4 三维声波测井仪实验室水槽以及现场作业实验

5.5 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果