專利名稱：一種八側(cè)向測井儀的改進(jìn)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種八側(cè)向測井儀，特別涉及一種八側(cè)向測井儀的改進(jìn)電路。
背景技術(shù)：
八側(cè)向測井儀是重要的地層電阻率測井儀器，在石油工業(yè)勘探開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前國內(nèi)各大油田使用的八側(cè)向測井儀器都是以模擬器件為主的儀器。
西安石油勘探儀器總廠生產(chǎn)的801雙感應(yīng)——八側(cè)向測井儀是一種集雙感應(yīng)和八側(cè)向于一體的測井儀器。該儀器的八側(cè)向部分的工作原理簡單，使用方便，但井下信號處理采用的都是模擬體制，信號干擾大；另外主電壓信號和跟隨電壓信號都是由RC振蕩電路產(chǎn)生的，由于電阻、電容等分立元件對溫度比較敏感，因而用這種方法產(chǎn)生的方波信號的頻率不夠穩(wěn)定且相位不可調(diào)節(jié)，從而影響測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種利用高精度、高性能的DSP芯片作為控制和處理核心的八側(cè)向測井儀的改進(jìn)電路。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種八側(cè)向測井儀的改進(jìn)電路，包括DSP芯片IC1、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3、晶體振蕩器IC4、驅(qū)動(dòng)芯片IC5、放大和驅(qū)動(dòng)電路IC6、IC7、變壓器IC8、IC9、IC13、主電極IC10、跟隨電極IC11、監(jiān)督電極IC12、運(yùn)算放大器IC14、IC15。其特征在于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的輸入VB1、VB2引腳分別與運(yùn)算放大器的IC14、IC15的輸出引腳相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的PWRD、CS、EXT/INT引腳接地，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的BUSY、DATACLK、DATA、引腳經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片IC5分別通過上拉電阻R11、R12、R13與DSP芯片IC1的FSR0、DR0、CLKR0引腳相連；DSP芯片IC1的TCLK0、TCLK1、DX0引腳分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的A0、A1、R/C引腳相連。DSP芯片IC1的數(shù)據(jù)線D0～D11和D12～D23分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3的兩路輸入端DB0-P1～DB11-P1和DB0-P2～DB11-P2相連，DSP芯片IC1的地址線A22、A23分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3的WRT1、WRT2引腳相連，DSP芯片IC1的通用I/O引腳XF0、XF1分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3的CLK2和CLK1引腳相連；此外DSP芯片IC1采用外部時(shí)鐘方式，其EXTCLK引腳與晶體振蕩器IC4的OSC引腳相連，XIN引腳與地GND相連。
變壓器IC8的初級繞組與放大和驅(qū)動(dòng)電路IC6的輸入端相連，次級繞組與主電極ICI0相連；變壓器IC9的初級繞組與放大和驅(qū)動(dòng)電路IC7的輸入端相連，其次級繞組與跟隨電極相連；變壓器IC13初級繞組與監(jiān)督電極IC12相連，次級繞組與運(yùn)算放大器IC14的輸入端相連。主電極IC10的一端與變壓器IC8的次級繞組相連，另一端與運(yùn)算放大器IC15的輸入端相連。
放大和驅(qū)動(dòng)電路IC6由放大電路IC16、IC17，驅(qū)動(dòng)電路IC18及電阻、電容組成。放大電路IC16的同向輸入端+IN、反向輸入端-IN分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3的一組輸出引腳IOUTA1、IOUTB1相連，放大電路IC16的輸出端OUTPUT與放大電路IC17的同向輸入端+IN相連，放大電路IC17的反向輸入端-IN接地，放大電路IC17的輸出端OUTPUT與驅(qū)動(dòng)電路IC18的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路IC18的輸出端與變壓器IC8的初級繞組相連。放大和驅(qū)動(dòng)電路IC7與IC6的結(jié)構(gòu)一致，所不同的只是二者的輸入信號和輸出信號不同。放大和驅(qū)動(dòng)電路IC7的輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3的另一組輸出引腳IOUTA2、IOUTB2相連，IC7的輸出端與變壓器IC9的初級繞組相連。
采用本實(shí)用新型的八側(cè)向測井儀的改進(jìn)電路，由DSP產(chǎn)生主電壓信號和跟隨電壓信號，實(shí)現(xiàn)了信號的穩(wěn)定以及相位可調(diào)；由DSP控制高精度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的精確轉(zhuǎn)換，提高了測量的精度。


圖1是本實(shí)用新型的電路原理框圖。
圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖3是放大和驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的電路原理框圖如圖1所示，包括DSP電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、放大和驅(qū)動(dòng)電路、變壓器、時(shí)鐘電路、監(jiān)督電極、主電極以及跟隨電極。其中DSP電路是整個(gè)電路數(shù)字化的控制和連接中心，它為主電極和跟隨電極提供發(fā)射信號，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路完成各自的功能，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器將DSP芯片產(chǎn)生的同相位的主電壓信號和跟隨電壓信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，經(jīng)放大和驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行幅度放大以及功率放大后，送入變壓器進(jìn)行升壓，從變壓器次級輸出的信號分別送入主電極和跟隨電極。
當(dāng)電極系在井內(nèi)移動(dòng)時(shí)，由于地層電阻率的變化，主電極和跟隨電極的電壓就會出現(xiàn)暫時(shí)的不平衡，監(jiān)督電極隨時(shí)監(jiān)測主電極和跟隨電極上的電壓信號，這時(shí)就在監(jiān)督電極上產(chǎn)生一個(gè)不平衡信號，根據(jù)該不平衡信號的情況，調(diào)節(jié)跟隨電極上電壓的大小，使主電極和跟隨電極電壓重新達(dá)到平衡。在監(jiān)督電極上產(chǎn)生的不平衡電壓信號由變壓器升壓，并經(jīng)運(yùn)算放大電路處理，由主電極上獲得的測量信號經(jīng)過運(yùn)算放大電路處理。經(jīng)放大后的監(jiān)督電極上的不平衡電壓信號以及主電極上的測量信號分時(shí)進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號后送入DSP芯片進(jìn)行處理。
時(shí)鐘電路由一體化晶振組成，為DSP芯片提供外部時(shí)鐘信號。
本實(shí)用新型的具體電路原理圖如圖2所示，包括DSP芯片IC1、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3、晶體振蕩器IC4、驅(qū)動(dòng)芯片IC5、放大和驅(qū)動(dòng)電路IC6、IC7、變壓器IC8、IC9、IC13、主電極IC10、跟隨電極IC11、監(jiān)督電極IC12、運(yùn)算放大器IC14、IC15。其特征在于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的輸入VB1、VB2引腳分別與運(yùn)算放大器的IC14、IC15的輸出引腳相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的低功耗引腳PWRD、片選引腳CS、外部/內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)鐘EXT/INT引腳接地；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的BUSY、DATACLK、DATA引腳經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片IC5分別通過上拉電阻R11、R12、R13與通過DSP芯片IC1的FSR0、DR0、CLKR0引腳相連；DSP芯片IC1的TCLK0、TCLK1引腳分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的通道選擇引腳A0、A1相連；DSP芯片IC1的DX0引腳與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換R/C引腳相連。DSP芯片IC1的數(shù)據(jù)線D0～D11和D12～D23分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3的兩路輸入端DB0-P1～DB11-P1和DB0-P2～DB11-P2相連，DSP芯片IC1的地址線A22、A23分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3的寫信號WRT1、WRT2引腳相連，DSP芯片IC1的通用I/O引腳XF0、XF1分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3的CLK2和CLK1引腳相連；此外DSP芯片IC1采用外部時(shí)鐘方式，其EXTCLK引腳與晶體振蕩器IC4的OSC引腳相連，XIN引腳與地GND相連。
模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的通道選擇引腳A0、A1的狀態(tài)由DSP芯片IC1的TCLK0、TCLK1引腳控制，以決定選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2是通道VB1，還是通道VB2工作。DSP芯片IC1的DX0引腳控制模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的BUSY引腳通過上拉電阻R11與DSP芯片IC1的FSR0相連，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，DSP芯片IC1通過串口接收數(shù)據(jù)，其中轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的DATA引腳輸出，通過上拉電阻R12送入DSP芯片IC1的DR0引腳，而接收數(shù)據(jù)時(shí)鐘由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的DATACLK引腳通過上拉電阻R13經(jīng)DSP芯片IC1的CLKR0引腳提供。其中模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的BUSY、DATACLK、DATA引腳經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片IC5分別通過上拉電阻R11、R12、R13與DSP芯片IC1的FSR0、DR0、CLKR0引腳相連，而不是直接與DSP芯片IC1的FSR0、DR0、CLKR0引腳相連，主要是因?yàn)镈SP芯片IC1的供電電壓為+3.3V，而模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC2的供電電壓為+5V，需要電平匹配。
DSP芯片IC1作為信號發(fā)生器，通過數(shù)據(jù)線D0～D11和D12～D23分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3的兩路輸入DB0-P1～DB11-P1和DB0-P2～DB11-P2相連進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，將DSP芯片IC1產(chǎn)生的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號為主電極和跟隨電極提供信號作為主電壓信號和跟隨電壓信號。其中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3兩路工作時(shí)鐘CLK1、CLK2分別由DSP芯片IC1通過通用I/O引腳XF1、XF0提供；數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片IC3的兩路寫信號WRT1、WRT2分別與DSP芯片IC1的地址線A22、A23相連，由A22、A23控制兩路數(shù)據(jù)何時(shí)寫入。
DSP芯片IC1產(chǎn)生的1.25KHz的主電壓信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、放大和驅(qū)動(dòng)后，在降壓變壓器IC8的初級可得到幅度為3V的方波，其次級輸出幅度為30mv左右的方波，經(jīng)主電極IC10向地層發(fā)射。另一方面，DSP芯片IC1也會產(chǎn)生一個(gè)與主電壓同相且相等的跟隨電壓信號，該電壓信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、放大和驅(qū)動(dòng)后送入變壓器IC9，經(jīng)變壓器IC9降壓后送入跟隨電極IC11。
主電極IC10上獲得的測量信號經(jīng)過運(yùn)算放大電路IC15處理后送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器IC2進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號送入DSP芯片IC1；DSP芯片IC1根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到有關(guān)地層電阻率信號。
監(jiān)督電極IC12隨時(shí)監(jiān)測主電極IC10和跟隨電極IC11上的電壓信號，當(dāng)主電壓信號和跟隨電壓信號不等時(shí)，就會在監(jiān)督電極IC12上產(chǎn)生一個(gè)不平衡的電壓信號，該信號經(jīng)變壓器IC13升壓以及運(yùn)算放大電路IC14處理后送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器IC2進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號送入DSP芯片IC1；DSP芯片IC1根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，調(diào)整提供跟隨電極的跟隨電壓信號，使其與提供給主電極的主電壓信號保持一致。
時(shí)鐘電路由一體化晶振組成，為DSP模塊提供外部時(shí)鐘信號。
放大和驅(qū)動(dòng)電路IC6的原理圖如圖3所示，由放大電路IC16、IC17，驅(qū)動(dòng)電路IC18及電阻、電容組成。其中放大電路IC16、IC17為差分放大電路，將模數(shù)轉(zhuǎn)換器IC3的一組輸出引腳IOUTA1、IOUTB1輸出的以差分形式表示的電流信號放大并轉(zhuǎn)換為以電壓表示的單端信號，再經(jīng)IC18進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)，以提高其帶負(fù)載能力。放大和驅(qū)動(dòng)電路IC7的電路結(jié)構(gòu)與IC6的結(jié)構(gòu)一樣，所不同的是二者的輸入信號和輸出信號不同。IC7將模數(shù)轉(zhuǎn)換器IC3的另一組輸出引腳IOUTA2、IOUTB2輸出的以差分形式表示的電流信號放大并轉(zhuǎn)換為以電壓表示的單端信號，經(jīng)進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)，以提高其帶負(fù)載的能力。
權(quán)利要求1.一種八側(cè)向測井儀的改進(jìn)電路，包括DSP芯片(IC1)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(IC2)、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(IC3)、晶體振蕩器(IC4)、驅(qū)動(dòng)芯片(IC5)、放大和驅(qū)動(dòng)電路(IC6、IC7)、變壓器(IC8、IC9、IC13)、主電極(IC10)、跟隨電極(IC11)、監(jiān)督電極(IC12)、運(yùn)算放大器(IC14、IC15)，其特征在于，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(IC2)的輸入VB1、VB2引腳分別與運(yùn)算放大器的(IC14、IC15)的輸出引腳相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(IC2)的PWRD、CS、EXT/INT引腳接地，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(IC2)的BUSY、DATACLK、DATA引腳經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片(IC5)分別通過上拉電阻R11、R12、R13與DSP芯片(IC1)的FSR0、DR0、CLKR0引腳相連；DSP芯片(IC1)的TCLK0、TCLK1、DX0引腳分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(IC2)的A0、A1、R/C引腳相連；DSP芯片(IC1)的數(shù)據(jù)線D0～D11和D12～D23分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(IC3)的兩路輸入端DB0-P1～DB11-P1和DB0-P2～DB11-P2相連，DSP芯片(IC1)的地址線A22、A23分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(IC3)的WRT1、WRT2引腳相連，DSP芯片(IC1)的通用I/O引腳XF0、XF1分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(IC3)的CLK2和CLK1引腳相連；此外DSP芯片(IC1)采用外部時(shí)鐘方式，其EXTCLK引腳與晶體振蕩器(IC4)的OSC引腳相連，XIN引腳與地GND相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的八側(cè)向測井儀的改進(jìn)電路，其特征在于，所述的變壓器(IC8)的初級繞組與放大和驅(qū)動(dòng)電路(IC6)的輸入端相連，次級繞組與主電極(IC10)相連；所述的變壓器(IC9)的初級繞組與放大和驅(qū)動(dòng)電路(IC7)的輸入端相連，其次級繞組與跟隨電極相連；所述的變壓器(IC13)初級繞組與監(jiān)督電極(IC12)相連，次級繞組與運(yùn)算放大器(IC14)的輸入端相連；所述的主電極(IC10)的一端與變壓器(IC8)的次級繞組相連，另一端與運(yùn)算放大器(IC15)的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的八側(cè)向測井儀的改進(jìn)電路，其特征在于，所述的放大和驅(qū)動(dòng)電路(IC6)由放大電路(IC16、IC17)，驅(qū)動(dòng)電路(IC18)及電阻、電容組成，其中放大電路(IC16)的同向輸入端+IN、反向輸入端-IN分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(IC3)的一組輸出引腳IOUTA1、IOUTB1相連，放大電路(IC16)的輸出端OUTPUT與放大電路(IC17)的同向輸入端+IN相連；放大電路(IC17)的反向輸入端-IN接地，放大電路(IC17)的輸出端OUTPUT與驅(qū)動(dòng)電路(IC18)的輸入端相連；驅(qū)動(dòng)電路(IC18)的輸出端與變壓器(IC8)的初級繞組相連；所述的放大和驅(qū)動(dòng)電路(IC7)與(IC6)的結(jié)構(gòu)一致，所不同的只是二者的輸入信號和輸出信號不同；所述的放大和驅(qū)動(dòng)電路(IC7)的輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(IC3)的另一組輸出引腳IOUTA2、IOUTB2相連，(IC7)的輸出端與變壓器(IC9)的初級繞組相連。
專利摘要一種八側(cè)向測井儀的改進(jìn)電路，包括DSP電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、放大和驅(qū)動(dòng)電路、變壓器、時(shí)鐘電路、監(jiān)督電極、主電極以及跟隨電極。其中DSP電路是整個(gè)電路數(shù)字化的控制和連接中心，它為主電極和跟隨電極提供發(fā)射信號，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路完成各自的功能，主電極將反應(yīng)地層信息的信號以及監(jiān)督電極將反應(yīng)主電極與跟隨電極之間的不平衡電壓信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器后又送入DSP芯片進(jìn)行相應(yīng)處理，不僅得到地層電阻率，而且實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)系統(tǒng)，提高了整個(gè)儀器的精度。
文檔編號G01V3/00GK2904007SQ20062007897
公開日2007年5月23日 申請日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者黨瑞榮, 張瑞萍, 謝雁, 張珂, 王洪淼 申請人:西安石油大學(xué)