基于单片机的中子发生器短节模拟装置

摘要

本发明公开的一种基于单片机的中子发生器短节模拟装置，包括控制单元，以及与其连接的采集单元，采集单元分别与靶压模拟单元、中子灯管模拟单元和阳极电离模拟单元；通过靶压模拟单元、中子灯管模拟单元和阳极电离模拟单元模拟靶压控制电路、灯丝控制电路和阳极控制电路的控制信号，并采集控制信号的特征值，将采集的特征值与控制单元中预设的特征值进行比较，进而确定模拟靶压控制电路、灯丝控制电路和阳极控制电路是否正常，在进行氧活化测井仪器检维修作业时，可以替代中子发生器短节进行仪器的检维修，消除了对人员造成误照射的风险。同时，解决了无法对仪器电路功能进行全面检测的缺点，可以实现对仪器电路全部功能的检测。

说明书

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，涉及一种基于单片机的中子发生器短节模拟装置，尤其适用于脉冲中子氧活化测井仪器的检测。

背景技术

氧活化测井仪器主要用于使用开采过程中套管井的吸水剖面测量和找漏找窜测量，其结构主要包括中子发生器短节和控制电路短节两部分。将氧活化测井仪器下放至井中，控制电路短节对中子发生器短节发送命令，使其向周围发射14MeV的快中子，辐射仪器周围的物质并产生次生伽马射线。产生的中子及射线能够穿透几十厘米厚度的流体、水泥、油管等物质，利用中子的活化、俘获等物理特性，达到测量井内各项参数的目的。

在对氧活化测井仪器进行检维修作业的过程中，部分功能的检维修，需要通过对中子发生器加靶压操作才能实现。中子发生器在加靶压后，会向周围发射14MeV的快中子，辐射仪器周围的物质，发生辐射反应。产生的次生伽马射线，能够穿透几十厘米厚度的流体、水泥、油管等物质，如果在地面进行此项操作，具有极高的风险，会对检维修人员造成极大的人身伤害。

因此，需要设计一种取代中子发生器短节进行仪器检测的方法，可以消除人员作业的风险，解决仪器电路无法全面检维修的问题。

发明内容

针对在检测氧活化测井仪器过程中，对仪器进行打靶操作，存在对人员造成误照射的缺陷，本发明提供一种基于单片机的中子发生器短节模拟装置，从而代替中子发生器和中子管实现对仪器功能的检测。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于单片机的中子发生器短节模拟装置，包括控制单元，以及与其连接的采集单元，采集单元分别与靶压模拟单元、中子灯管模拟单元和阳极电离模拟单元；

靶压模拟单元，用于接收控制电路短节发送的靶压控制信号，并模拟靶压控制信号的工作状态；

中子灯管模拟单元，用于控制电路短节发送的获取灯丝控制信号，并对其进行阻抗匹配；

阳极电离模拟单元，用于获取控制电路短节的阳极控制信号，并对其进行分压；

采集单元，用于获取工作状态下靶压控制信号的幅值和周期参数、灯丝控制信号的灯丝电流值和阳极控制信号的阳极电流值；

控制单元，用于根据幅值、周期、灯丝电流值和阳极电流值，确定氧活化测井仪器的靶压控制电路、灯丝控制电路和阳极控制电路的工作状态。

优选的，所述靶压模拟单元包括依次连接的变压器、整流器和模拟负载，变压器与控制电路短节连接，模拟负载与采集单元连接。

优选的，所述中子灯管模拟单元包括灯丝控制器和与其连接的阻抗匹配器，灯丝控制器与控制电路短节连接，阻抗匹配器与采集单元连接；

灯丝控制器用于接收灯丝控制信号，阻抗匹配器用于对灯丝控制信号进行阻抗匹配。

优选的，所述阳极电离模拟单元包括阳极控制器，以及与其连接的分压比较器，阳极控制器与控制电路短节连接，分压比较器与采集单元连接；

阳极控制器用于接收阳极控制信号，分压比较器用于对阳极控制信号进行分压。

优选的，所述采集单元包括A/D转换器，以及与其连接的控制器，A/D转换器分别与靶压模拟单元、中子灯管模拟单元和阳极电离模拟单元连接，控制器与控制单元连接。

优选的，所述控制单元的输出端与控制电路短节的输入端连接，用于将靶压控制电路、灯丝控制电路和阳极控制电路的工作状态输入至控制电路短节。

优选的，所述控制单元通过D/A转换器与控制电路短节连接。

优选的，所述控制单元还连接有显示器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的基于单片机的中子发生器短节模拟装置，该模拟装置分别通过靶压模拟单元、中子灯管模拟单元和阳极电离模拟单元模拟靶压控制电路、灯丝控制电路和阳极控制电路的控制信号，并采集控制信号的特征值，将采集的特征值与控制单元中预设的特征值进行比较，进而确定模拟靶压控制电路、灯丝控制电路和阳极控制电路是否正常，在进行氧活化测井仪器检维修作业时，可以替代中子发生器短节进行仪器的检维修，消除了对人员造成误照射的风险。同时，解决了无法对仪器电路功能进行全面检测的缺点，可以实现对仪器电路全部功能的检测。

附图说明

图1为本发明模拟装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参阅图1，基于单片机的中子发生器短节模拟装置，模拟装置与控制电路短节连接，模拟装置包括控制单元、采集单元、靶压模拟单元、中子灯管模拟单元和阳极电离模拟单元。

靶压模拟单元、中子灯管模拟单元和阳极电离模拟单元的输入端与控制电路短节输出端连接，输出端与采集单元连接，采集单元与控制单元连接，控制单元与控制电路短节的输入端连接，控制单元还连接有显示屏。

采集单元包括A/D转换器，以及与其连接的控制器，A/D转换器分别与靶压模拟单元、中子灯管模拟单元和阳极电离模拟单元连接，控制器与控制单元连接。

靶压模拟单元，用于接收控制电路短节发送的靶压控制信号，并对靶压控制信号施加模拟负载，模拟工作状态的靶压控制信号，获取工作状态下靶压控制信号的幅值和周期参数。

靶压采集单元包括依次连接的变压器、整流器和模拟负载，变压器与控制电路短节连接，靶压控制信号Vh、Vm、Vl经变压器倍压后，经过整流器整流后接入模拟负载，模拟工作状态的靶压控制信号，然后经过A/D转换后，在控制器的控制下对靶压控制信号进行采样，并通过控制器对采集的数据进行缓存后送入控制单元，控制单元得到靶压控制信号的幅值和周期参数，并将幅度和周期参数与其内部预设的幅值和周期参数进行比较，获取的参数在预设的参数的范围内，则证明靶压控制电路工作正常，反之，则证明靶压控制电路出现故障，控制单元输出靶压反馈信号It至控制电路短节，同时控制单元将获取的幅度和周期参数输出至显示屏中显示。

中子灯管模拟单元，用于获取灯丝控制信号，并对其进行阻抗匹配。

中子灯管模拟单元包括灯丝控制器和与其连接的阻抗匹配器，灯丝控制器与控制电路短节连接，阻抗匹配器与采集单元连接。

灯丝控制器接收灯丝控制信号Vf并输入至阻抗匹配器进行阻抗匹配，然后进行A/D转换，控制器采集模数转换后灯丝控制信号Vf的瞬时电压峰值，缓存后输入控制单元，控制单元将采样的灯丝控制信号Vf的瞬时电压峰值与设定的固定系数进行除法计算，得到对应的灯丝电流If值，并与控制单元中预设灯丝电流值比较，当获取的灯丝电流值在预设的灯丝电流值范围中，则说明灯丝控制电路正常，反之则该灯丝控制电路出现故障，同时将该灯丝电流If值经D/A转换后以直流电压信号的方式输出至控制电路短节中，以便在氧活化测井仪器上查看，同时由控制单元输出在显示屏中显示。

阳极电离模拟单元，用于获取控制电路短节的阳极控制信号Va，并对其进行分压。

阳极电离模拟单元包括阳极控制器，以及与其连接的分压比较器，阳极控制器接收阳极控制信号Va后输入至分压比较器中，对阳极控制信号Va进行分压比较，然后在控制器的控制下进行A/D转换并采集转换后的阳极控制信号的瞬时电压峰值，控制器对采集的阳极控制信号的瞬时电压峰值进行缓存后送入控制单元，控制单元将采集的阳极控制信号数据与设定的固定系数进行除法计算，得到对应的阳极电流Ia值，并与预设的阳极电流值比较，当获取的阳极电流值在预设的阳极电流值范围中，则证明阳极控制电路工作正常，反之则阳极控制电路出现故障，阳极电流Ia值经D/A转换后以直流电压信号的方式输出至控制短节中，并由控制单元输出在显示屏中显示。

上述控制器为FPGA或单片机。

本发明提供的基于单片机的中子发生器短节模拟装置，中子发生器在工作过程中，控制电路短节对中子发生器发出一定规则的信号，在输入信号的作用下，产生中子射线；该模拟装置分别通过靶压模拟单元、中子灯管模拟单元和阳极电离模拟单元模拟靶压控制电路、灯丝控制电路和阳极控制电路的控制信号，并采集控制信号的特征值，将采集的特征值与控制单元中预设的特征值进行比较，进而确定模拟靶压控制电路、灯丝控制电路和阳极控制电路是否正常，在进行氧活化测井仪器检维修作业时，可以替代中子发生器短节进行仪器的检维修，消除了对人员造成误照射的风险。同时，作为一种技术手段，弥补了原有条件下无法对仪器电路功能进行全面检测的缺点，可以实现对仪器电路全部功能的检测。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。