[发明专利]声波测井相控阵激励的幅度加权电路

说明书

技术领域

本发明涉及方位声波测井、方位反射声波成像测井以及方位井间声波勘探，是用于多个圆环子阵列组合的柱状换能器阵列的声波测井相控阵激励的幅度加权电路。

背景技术

在应用地球物理领域进行方位声波测井、方位反射声波成像测井以及方位井间声波勘探时，要使用由多个圆环子阵列组合而成的柱状换能器阵列向井旁地层中辐射的三维声场，从而得到不同方向的反射波来判断井旁和近井空间地层构造。相控阵声波换能器能够产生定向的大功率声波辐射。相控阵声波换能器由上百个通常是片状的换能器元件组成，典型结构的是由四个圆弧阵组成的4×24阵列。当圆弧阵采用90度扇面发射时共需要24个独立的脉冲激励源。在测井时，根据需要按特定的顺序和间隔并以不同的强度分别激励阵列中被选定的若干个换能器单元，从而产生所需指向性和强度的声波辐射。这些不同强度的脉冲激励源是由每个脉冲独立源的储能电容的充电终了电压的大小(加权系数)决定，即所谓的“幅度加权”。

由于声波测井井下仪器要在155～175℃高温和空间直径70mm左右筒状狭小空间等恶劣环境下工作，而激励信号的动态范围通常大于120dB，对系统的电磁兼容性能有很高的要求，所以，普通开关电源的器件性能难以适应井下高温环境，高压大电流应用的电子开关等大功率器件也不能使用绝热保温装置，难以实现激励相控阵声波换能器幅度加权电路。

另外，井下测井仪器一般采用50～60Hz交流供电，对激励电路中每个储能电容进行独立的充电控制，通常要采用滤波稳压电路，滤波稳压电路中所使用的滤波电容必须具有不低于680μF/450V/175℃并能够连续可靠工作的技术指标，目前铝、钽介质的有极性高压电容难以胜任，而无极性高温高压电容(采用聚四氟乙烯、聚酰亚胺和聚苯硫醚等介质的电容)不仅体积大而单体容量太小。

目前，适用于石油测井井下高温环境的相控声波用幅度加权电路未见公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在井下高温和狭小空间实现相控阵的声波换能器的声波测井相控阵激励的幅度加权电路。

本发明采用如下技术方案：

一种声波测井相控阵激励的幅度加权电路，由升压变压器、全桥整流、电子开关、过零检测电路、峰值检测电路、储能电路、数字信号处理器组成，过零检测电路和峰值检测电路与直流电源连接，过零检测电路输出控制逻辑信号到数字信号处理器标记充电时序的起点，峰值检测电路输出端送至数字信号处理器的模拟信号采集输入端，获取半波峰值数据以决定各次充电时间；充电限流电阻与全桥整流直流电源连接，另一端连接电源短路开关和一个以上的储能电路，储能电路的充电开关和放电开关通过数字信号处理器控制。

本发明还采用如下技术方案：

所述的电子开关S由V型槽金属氧化物场效应晶体管(VMOS)连接电平转换器U组成，控制端和开关端采用共地的形式，由电平转换器U的TTL输入端C控制N沟道VMOS功率器件完成对漏极的正高压开关端P与G的通断。

储能电路由整流器件D，储能电容C，充电开关Sc串联组成，在储能电容C上连接有放电开关Sd，整流器件D使储能电容C只能通过Vh至脉冲激励电路放电。

所述的电源短路开关Sp在激励前由数字信号处理器控制Sp使直流高压通过Rr被暂时短接。

所述的电源短路开关Sp暂时短接时间小于500μs。

所述的充电限流电阻Rr限制最大充电电流为0.8-1.2A。

所述的峰值检测电路PKC保持时间常数大于0.1s。

所述的VMOS漏极的正高压信号导通和关断时间均小于5μs。

所述的VMOS功率器件采用500V/20A/300W量级的IRF460或IRF460P，电平转换器U采用CD4504BF。

所述的数字信号处理器DSP采用SM320LF2407APGEMEP或TMS320F2812PGFQ。

本发明通过控制充电时间在储能电容上获得不同的幅度加权效果，避免了对高压直流供电滤波稳压元件性能的苛求，解决了在井下高温和狭小空间条件下实现声波测井相控阵声波换能器的幅度加权激励的问题。

附图说明

本发明附图说明如下：

图1(a)为带有电平转换电路的VMOS选通开关电路示意图；

图1(b)为带有电平转换电路的VMOS选通开关等效标记图；

图2相控阵激励幅度加权电路示意图。

具体实施方案以

下结合附图详细说明本发明。