專利名稱：隨鉆探層測距雷達(dá)及其信號(hào)發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于石油、煤炭及其他礦儲(chǔ)層的隨鉆探測其分界面及儲(chǔ)層厚度的設(shè)備，尤其涉及一種隨鉆探層測距雷達(dá)及其信號(hào)發(fā)生器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，在石油、天然氣及煤層氣的開發(fā)中為了獲得更大的產(chǎn)能，往往通過水平井鉆井技術(shù)，使鉆機(jī)鉆出的井筒軌跡保持在油氣層和煤層中，但在實(shí)際的施工中井筒軌跡無法完全保持在油氣層和煤層中，其原因是目前還沒有能定量測出在油氣層和煤層界面以及厚度的方法與技術(shù)，雖然采用伽瑪和電阻率的方法能測出油氣層、煤層與其上下蓋層的差別，但這僅僅是定性的判斷而無法定量或相對(duì)準(zhǔn)確地測出井筒軌跡距上下邊界面的距離。目前方案是將測距雷達(dá)集成在隨鉆儀器中，使其在隨鉆過程中不斷測量隨鉆儀器與其分界面的距離。目前現(xiàn)有測距雷達(dá)的信號(hào)源通常使用的種類有:單脈沖信號(hào)、連續(xù)波信號(hào)、脈沖調(diào)制波信號(hào)。圖3是以往單脈沖產(chǎn)生電路原理圖，其產(chǎn)生高壓脈沖的工作原理是，雪崩管Ql的供電電壓VH在Uceo和Ucbo之間，使雪崩管工作在臨界雪崩狀態(tài)，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)單元發(fā)出一個(gè)方波觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)過C2和R3組成的微分電路后，整形為一個(gè)低壓、納秒級(jí)的信號(hào)。當(dāng)此信號(hào)進(jìn)入到Ql后，使其發(fā)生雪崩擊穿，產(chǎn)生瞬間的雪崩擊穿電流，使雪崩管Ql和儲(chǔ)能電容Cl分別與電阻R2和接口 Pl所接負(fù)載天線分別構(gòu)成電流回路，表現(xiàn)為在電阻R2和天線上分別產(chǎn)生高壓脈沖信號(hào)。這個(gè)高壓脈沖信號(hào)的幅度和脈沖寬度根據(jù)供電電壓HV和元件Ql, Cl，C2的選擇不同，其變化范圍可在幾十幅到上百幅不等，脈沖寬度在幾個(gè)納秒到幾十納秒不等。但以上三種信號(hào)中，在實(shí)際探地雷達(dá)通常都是使用高壓單脈沖信號(hào)，此種信號(hào)雖然在信號(hào)產(chǎn)生和后期處理上較容易實(shí)現(xiàn)，但發(fā)射單個(gè)脈沖的輻射效果較脈沖調(diào)制波信號(hào)有所不及。為此，本發(fā)明的設(shè)計(jì)者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設(shè)計(jì)，綜合長期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和成果，研究設(shè)計(jì)出一種隨鉆探層測距雷達(dá)及其信號(hào)發(fā)生器，以克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種隨鉆探層測距雷達(dá)及其信號(hào)發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在單脈沖產(chǎn)生電路基礎(chǔ)上進(jìn)行有效、合理的級(jí)聯(lián)，能產(chǎn)生3個(gè)連續(xù)的高壓脈沖信號(hào)，從而使探層測距雷達(dá)系統(tǒng)獲得更加有效、清晰、幅度更大的接收信號(hào)，提高系統(tǒng)的分辨率和方便后期的數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種隨鉆探層測距雷達(dá)的信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器包含有高壓電源和三級(jí)單脈沖級(jí)聯(lián)電路，該三級(jí)單脈沖級(jí)聯(lián)電路包含第一級(jí)脈沖電路、第二級(jí)脈沖電路和第三級(jí)脈沖電路，其特征在于:
該第一級(jí)脈沖電路包含第一級(jí)微分電路、第一級(jí)雪崩管和第一級(jí)回路，該第一級(jí)微分電路包含第一電容和第一電阻，該第一級(jí)回路包含第二電容和第二電阻；該第二級(jí)脈沖電路包含第二級(jí)雪崩管和第二級(jí)回路，該第二級(jí)回路包含第三電容和第三電阻；該第三級(jí)脈沖電路包含第三級(jí)雪崩管和第三級(jí)回路，該第三級(jí)回路包含第四電容和第四電阻；還包含有第二級(jí)觸發(fā)單元和第三級(jí)觸發(fā)單元，該第二級(jí)觸發(fā)單元包含位于第一級(jí)雪崩管的射級(jí)和地之間的第五電阻和第一級(jí)雪崩管和第二級(jí)雪崩管之間的第六電阻，該第三級(jí)觸發(fā)單元包含位于第二級(jí)雪崩管的射級(jí)和地之間的第七電阻和第二級(jí)雪崩管和第三級(jí)雪崩管之間的第八電阻，且第五電阻和第七電阻為低阻值。其中:第五電阻和第七電阻為0.22歐姆。還公開了一種隨鉆探層測距雷達(dá)，其特征在于:該測距雷達(dá)包含第一發(fā)射單元、第一信號(hào)發(fā)生器、第一接收單元、第一信號(hào)處理單元、第一信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)換單元、第二發(fā)射單元、第二信號(hào)發(fā)生器、第二接收單元、第二信號(hào)處理單元、第二信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)換單元以及觸發(fā)信號(hào)單元，該第一信號(hào)發(fā)生器和第二信號(hào)發(fā)生器為權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)發(fā)生器。其中:第一發(fā)射單元連接至第一信號(hào)發(fā)生器，其為1G-5G發(fā)射天線振子；第一接收單元為1G-5G接收天線振子，第一信號(hào)處理單元包含相互連接的1G-5G小信號(hào)放大器和信號(hào)濾波及整形器，該1G-5G小信號(hào)放大器連接至第一接收單元；第一計(jì)算轉(zhuǎn)換單元包含相互連接的信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器和時(shí)距轉(zhuǎn)換電路，該信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器連接至信號(hào)濾波及整形器。其中:第二發(fā)射單元連接至第二信號(hào)發(fā)生器，其為50M-900M發(fā)射天線振子；第二接收單元為50M-900M接收天線振子，第二信號(hào)處理單元包含相互連接的50M-900M小信號(hào)放大器和信號(hào)濾波及整形器，該50M-900M小信號(hào)放大器連接至第二接收單元；第二計(jì)算轉(zhuǎn)換單元包含相互連接的信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器和時(shí)距轉(zhuǎn)換電路，該信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器連接至信號(hào)濾波及整形器。其中:該觸發(fā)信號(hào)單元包含轉(zhuǎn)角傳感器和電磁波脈沖發(fā)射控制器。通過上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的隨鉆探層測距雷達(dá)及其信號(hào)發(fā)生器具有如下技術(shù)效果:1、可產(chǎn)生較單脈沖脈沖信號(hào)更好信號(hào)，使其在較使用原有單脈沖信號(hào)的探層測距雷達(dá)系統(tǒng)中，能夠探測到更深層的物體。2、保證全面地覆蓋和信號(hào)的有效性，使得雷達(dá)的測距功能更加全面，準(zhǔn)確性更高。本發(fā)明將通過下面的具體實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述，且進(jìn)一步結(jié)合對(duì)附圖的說明將得到更加清楚和明顯的了解。


圖1顯示了本發(fā)明應(yīng)用的隨鉆探層測距雷達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2顯示了本發(fā)明的組成框圖。圖3顯示了現(xiàn)有技術(shù)中單脈沖信號(hào)產(chǎn)生的基本結(jié)構(gòu)圖。圖4顯示了本發(fā)明的三級(jí)單脈沖產(chǎn)生的信號(hào)發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明涉及一種隨鉆探層測距雷達(dá)及其信號(hào)發(fā)生器，圖1顯示了整個(gè)隨鉆探層測距雷達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖，該測距雷達(dá)包含第一發(fā)射單元11、第一信號(hào)發(fā)生器12、第一接收單元13、第一信號(hào)處理單元14、第一信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)換單元17、第二發(fā)射單元21、第二信號(hào)發(fā)生器22、第二接收單元23、第二信號(hào)處理單元24、第二信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)換單元27以及觸發(fā)信號(hào)單元100。其中，第一發(fā)射單元11連接至第一信號(hào)發(fā)生器12，其為1G-5G發(fā)射天線振子；第一接收單元13為1G-5G接收天線振子，第一信號(hào)處理單元14包含相互連接的1G-5G小信號(hào)放大器15和信號(hào)濾波及整形器16，該1G-5G小信號(hào)放大器15連接至第一接收單元13 ；第一計(jì)算轉(zhuǎn)換單元17包含相互連接的信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器18和時(shí)距轉(zhuǎn)換電路19，該信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器18連接至信號(hào)濾波及整形器16。其中，第二發(fā)射單元21連接至第二信號(hào)發(fā)生器22，其為50M-900M發(fā)射天線振子；第二接收單元23為50M-900M接收天線振子，第二信號(hào)處理單元24包含相互連接的50M-900M小信號(hào)放大器25和信號(hào)濾波及整形器26，該50M-900M小信號(hào)放大器25連接至第二接收單元23 ;第二計(jì)算轉(zhuǎn)換單元27包含相互連接的信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器28和時(shí)距轉(zhuǎn)換電路29，該信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器28連接至信號(hào)濾波及整形器26。其中，該觸發(fā)信號(hào)單元100包含轉(zhuǎn)角傳感器101和電磁波脈沖發(fā)射控制器102。由此，整個(gè)測距雷達(dá)通過兩套不同頻率的雷達(dá)進(jìn)行測距，保證全面地覆蓋和信號(hào)的有效性，使得雷達(dá)的測距功能更加全面，準(zhǔn)確性更高。本發(fā)明的另一個(gè)重點(diǎn)是對(duì)其中的信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，該第一信號(hào)發(fā)生器12和第二信號(hào)發(fā)生器22的結(jié)構(gòu)相同，參見圖2，均包含有高壓電源1001和三級(jí)單脈沖級(jí)聯(lián)電路1002，該高壓電源1001產(chǎn)生足夠高的電壓提供給三級(jí)單脈沖級(jí)聯(lián)電路1002，以通過輻射器件將產(chǎn)生的信號(hào)輻射出去。參見圖4，顯示了信號(hào)發(fā)生器的具體結(jié)構(gòu)，其包含第一級(jí)脈沖電路、第二級(jí)脈沖電路和第三級(jí)脈沖電路。其中，該第一級(jí)脈沖電路包含第一級(jí)微分電路、第一級(jí)雪崩管Q2和第一級(jí)回路，該第一級(jí)微分電路包含第一電容C6和第一電阻R12，該第一級(jí)回路包含第二電容C3和第二電阻R7;該第二級(jí)脈沖電路包含第二級(jí)雪崩管Q3和第二級(jí)回路，該第二級(jí)回路包含第三電容C4和第三電阻R8 ;該第三級(jí)脈沖電路包含第三級(jí)雪崩管Q4和第三級(jí)回路，該第三級(jí)回路包含第四電容C5和第四電阻R9。為了實(shí)現(xiàn)三級(jí)聯(lián)動(dòng)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了第二級(jí)觸發(fā)單元和第三級(jí)觸發(fā)單元，該第二級(jí)觸發(fā)單元包含位于第一級(jí)雪崩管Q2的射級(jí)和地之間的第五電阻R13和第一級(jí)雪崩管Q2和第二級(jí)雪崩管Q3之間的第六電阻R10，該第三級(jí)觸發(fā)單元包含位于第二級(jí)雪崩管Q3的射級(jí)和地之間的第七電阻R14和第二級(jí)雪崩管Q3和第三級(jí)雪崩管Q4之間的第八電阻R11，且第五電阻R13和第七電阻R14為低阻值，優(yōu)選為0.22歐姆，以實(shí)現(xiàn)對(duì)第二級(jí)和第三級(jí)的觸發(fā)操作。由此，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過C6和R12后變成信號(hào)，觸發(fā)Q2發(fā)生雪崩現(xiàn)象，這時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象就如圖3脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的高壓脈沖信號(hào)輸出給接口 P2的天線負(fù)載，在這個(gè)過程中由于有電流經(jīng)過阻值為0.22歐姆的R13，這樣就會(huì)在R13上產(chǎn)生一個(gè)正脈沖觸發(fā)信號(hào)，此正脈沖觸發(fā)信號(hào)進(jìn)入到處在雪崩狀態(tài)的Q3后，亦發(fā)生上述的情況，也就在接口 P2的天線負(fù)載上產(chǎn)生了高壓脈沖；按此過程，在R15上產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)進(jìn)入到Q4，之后在P2接口天線上產(chǎn)生高壓脈沖。至此，在P2所接的負(fù)載天線上，就可在時(shí)間上依次產(chǎn)生3個(gè)連續(xù)的高壓脈沖信號(hào)。通過上述描述可知，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:1、可產(chǎn)生較單脈沖脈沖信號(hào)更好信號(hào)，使其在較使用原有單脈沖信號(hào)的探層測距雷達(dá)系統(tǒng)中，能夠探測到更深層的物體。2、保證全面地覆蓋和信號(hào)的有效性，使得雷達(dá)的測距功能更加全面，準(zhǔn)確性更高。本發(fā)明中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種隨鉆探層測距雷達(dá)的信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器包含有高壓電源和三級(jí)單脈沖級(jí)聯(lián)電路，該三級(jí)單脈沖級(jí)聯(lián)電路包含第一級(jí)脈沖電路、第二級(jí)脈沖電路和第三級(jí)脈沖電路，其特征在于: 該第一級(jí)脈沖電路包含第一級(jí)微分電路、第一級(jí)雪崩管和第一級(jí)回路，該第一級(jí)微分電路包含第一電容和第一電阻，該第一級(jí)回路包含第二電容和第二電阻；該第二級(jí)脈沖電路包含第二級(jí)雪崩管和第二級(jí)回路，該第二級(jí)回路包含第三電容和第三電阻；該第三級(jí)脈沖電路包含第三級(jí)雪崩管和第三級(jí)回路，該第三級(jí)回路包含第四電容和第四電阻； 還包含有第二級(jí)觸發(fā)單元和第三級(jí)觸發(fā)單元，該第二級(jí)觸發(fā)單元包含位于第一級(jí)雪崩管的射級(jí)和地之間的第五電阻和第一級(jí)雪崩管和第二級(jí)雪崩管之間的第六電阻，該第三級(jí)觸發(fā)單元包含位于第二級(jí)雪崩管的射級(jí)和地之間的第七電阻和第二級(jí)雪崩管和第三級(jí)雪崩管之間的第八電阻，且第五電阻和第七電阻為低阻值。
2.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:第五電阻和第七電阻為0.22歐姆。
3.一種隨鉆探層測距雷達(dá)，其特征在于:該測距雷達(dá)包含第一發(fā)射單元、第一信號(hào)發(fā)生器、第一接收單元、第一信號(hào)處理單元、第一信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)換單元、第二發(fā)射單元、第二信號(hào)發(fā)生器、第二接收單元、第二信號(hào)處理單元、第二信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)換單元以及觸發(fā)信號(hào)單元，該第一信號(hào)發(fā)生器和第二信號(hào)發(fā)生器為權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)發(fā)生器。
4.如權(quán)利要求3所述的隨鉆探層測距雷達(dá)，其特征在于:第一發(fā)射單元連接至第一信號(hào)發(fā)生器，其為1G-5G發(fā)射天線振子；第一接收單元為1G-5G接收天線振子，第一信號(hào)處理單元包含相互連接的1G-5G小信號(hào)放大器和信號(hào)濾波及整形器，該1G-5G小信號(hào)放大器連接至第一接收單元；第一計(jì)算轉(zhuǎn)換單元包含相互連接的信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器和時(shí)距轉(zhuǎn)換電路，該信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器連接至信號(hào)濾波及整形器。
5.如權(quán)利要求3所述的隨鉆探層測距雷達(dá)，其特征在于:第二發(fā)射單元連接至第二信號(hào)發(fā)生器，其為50M-900M發(fā)射天線振子；第二接收單元為50M-900M接收天線振子，第二信號(hào)處理單元包含相互連接的50M-900M小信號(hào)放大器和信號(hào)濾波及整形器，該50M-900M小信號(hào)放大器連接至第二接收單元；第二計(jì)算轉(zhuǎn)換單元包含相互連接的信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器和時(shí)距轉(zhuǎn)換電路，該信號(hào)同步及反射時(shí)差計(jì)算處理器連接至信號(hào)濾波及整形器。
6.如權(quán)利要求3-5中任一所述的隨鉆探層測距雷達(dá)，其特征在于:該觸發(fā)信號(hào)單元包含轉(zhuǎn)角傳感器和電磁波脈沖發(fā)射控制器。
全文摘要
一種隨鉆探層測距雷達(dá)及其信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器包含有高壓電源和三級(jí)單脈沖級(jí)聯(lián)電路，該三級(jí)單脈沖級(jí)聯(lián)電路包含第一級(jí)脈沖電路、第二級(jí)脈沖電路和第三級(jí)脈沖電路，還包含有第二級(jí)觸發(fā)單元和第三級(jí)觸發(fā)單元，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在單脈沖產(chǎn)生電路基礎(chǔ)上進(jìn)行有效、合理的級(jí)聯(lián)，能產(chǎn)生3個(gè)連續(xù)的高壓脈沖信號(hào)，從而使探層測距雷達(dá)系統(tǒng)獲得更加有效、清晰、幅度更大的接收信號(hào)，提高系統(tǒng)的分辨率和方便后期的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01S7/282GK103197288SQ201310128108
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者張明寶, 李林, 盛利民, 竇修榮, 滕鑫淼 申請(qǐng)人:中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院