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声波测井实验仪中的发射电路实现

—— Design of emitting circuit for sonic logging experimental equipment
作者:付建伟 赵建国 中国石油大学北京市地球探测与信息技术重点实验室时间:2010-04-16来源:收藏

  测井仪需要在深井高温高压的环境下使用,对使用条件及组合功能的要求较高。现今大多数油田广泛采用1609补偿仪,其因为1609补偿仪的存在缺陷,原电路中的CMOS场效应管易于被击穿而损坏。因此有些仪器改用可控硅代替CMOS场效应管作发射开关。美国阿拉斯加公司在1609电子线路设计中,最早使用的就是可控硅,经过一段时间的使用,发现可控硅抗干扰能力较差,比较容易产生误触发,造成仪器工作不正常;声波触发时间要求准确,可控硅作发射开关时,触发脉冲上升前沿不是非常陡峭,造成发射误差;而且由于可控硅关断时间的不确定性,造成仪器工作电流较大,从而影响组合测井时其他仪器的正常工作。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/108055.htm

  本研究采用更先进的VMOS管作为发射开关,通过深入分析测井仪的工作原理及其存在的缺陷,尝试新的可行的电路组合,调试成功后,用计算机软件制作电路板模型,并制成电路板,然后将其连接至测井仪工作电路中,检验其效能。设计改进了原有技术,提高了仪器可靠性,具有重要的应用价值。

  声波发射电路的基本原理

  该电路是由N沟道增强型CMOS场效应管Q1(型号为IRFD9120)和P沟道增强型CMOS场效应管Q2(型号为IRFD120),按照互补对称的形式连接而成,构成反相器。场效应管Q1与场效应管Q2二者的栅极连接在一起引出输入端,按逻辑解码器输出来发射脉冲。两管漏极接在一起作输出,Q1的源极接电源,Q2的源极接地。从逻辑解码器输出的负逻辑脉冲送至该电路X3处,一般情况下,当X3触发为高电平脉冲时,Q1截止,Q2导通,Q3的输入端接地,使Q3截止,D1两端的电压为0;当输入X3处为低电平,使得场效应管Q1导通,Q2截至,Q3的输入端接5V电源,因此Q3导通,D1两端的电压为高压信号,导通时间即为高压脉冲宽度,从而最终使得图1中压电陶瓷换能器将电能转化为机械能而产生声振动。

  该设计电路中控制信号X3要求在一般情况下为高电平输入,即Q3大部分时间处于截止状态,否则长时间的导通很容易引起大电流始终存在而引起管子烧坏及工作不正常。为了提高性能,我们改进了电路设计,采用连续触发的单稳信号作为控制电路,单稳信号的稳定脉冲可以设定,大大提高了电路性能,取得了较好效果。

  改进的设计方法

  555电路是常用的一种最简单的电路,具有定时精确,电路稳定等优点,图2所示为采用555器件设计的单稳态触发器的电路图和所产生的波形图。当低电平的外触发脉冲到来的时候,单稳态电路产生一脉冲宽度为Tw≈1.1(R+RW)C的高电平信号,信号的宽度可以通过调整RW和C的值得到不同的定时值。所设计的脉冲宽度是由压电陶瓷的谐振频率fs确定的,在实际测井中为fs=20kHz,因此在设计中所选取的电阻电容数值必须确保脉冲宽度等于Ts/2以满足谐振频率的需要。


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