[发明专利]一种基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法

权利要求书

1.一种基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法，该方法基于一种基于柱面超声相控阵的井壁成像系统实现，所述系统包括：地面控制器(1)、电源短节(2)、声系短节(4)和电路短节(3)；

所述的声系短节(4)包括柱面超声相控阵探头(11)，该柱面超声相控阵探头(11)由若干个换能器阵元(6)周向排列成圆柱形；

所述的电路短节(3)，用于根据地面控制器(1)发送的控制信号，控制柱面超声相控阵探头(11)中的各换能器阵元(6)沿周向实现超声波信号的聚焦发射和回波信号的聚焦接收，并将采集得到的回波数据发送给地面控制器(1)；

所述的地面控制器(1)，用于根据接收到的回波数据进行成像；

所述的电源短节(2)用于为系统供电；

所述方法包括：

步骤1)所述地面控制器(1)控制超声相控阵探头(11)及井中仪器沿井轴方向匀速运动；

步骤2)所述超声相控阵探头(11)对井壁在圆周方向上扫描一周，即不断地向井壁发射超声波并接收来自井壁的反射回波信号；

步骤3)提取接收到回波信号的时间，由此计算井壁上每个点到井孔圆心的距离；

步骤4)提取回波信号的峰值，并转化为井壁颜色数据；

步骤5)将上述得到的井孔圆心距离和井壁颜色数据绘制成一个窄圆环带；

步骤6)如果探测完成，转入步骤7)，否则，转入步骤1)，得到不同时刻的窄圆环带；

步骤7)将所有的窄圆环带连接起来组成井壁图像，完成三维成像过程。

2.根据权利要求1所述的基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法，其特征在于，所述的电路短节(3)包括：数字电路板和模拟电路板；

所述的模拟电路板包括：脉冲发射模块、开关阵模块和接收增益控制模块；所述的脉冲发射模块用于生成相控发射高压激励信号，并将相控发射高压激励信号发送至开关阵模块；所述的开关阵模块用于选通发射超声波信号和接收回波信号的换能器阵元(6)；所述的接收增益控制模块用于调制开关阵模块输出的回波信号增益；

所述的数字电路板包括：CAN总线驱动模块、数字控制处理模块和AD采集与处理模块；所述的CAN总线驱动模块通过CAN总线与地面控制器(1)进行通信；所述的数字控制处理模块用于解析地面控制器(1)发送的控制命令，并完成对模拟电路板和AD采集与处理模块的控制；所述的AD采集与处理模块对接收增益控制模块输出的信号进行AD采集，并将AD采集到的回波数据经数字控制处理模块进行数据处理后，通过CAN总线驱动模块发送至地面控制器(1)。

3.根据权利要求1所述的基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法，其特征在于，所述柱面超声相控阵探头(11)中的换能器阵元(6)采用灌封胶灌封，该柱面超声相控阵探头(11)的端部设置有承压外壳(8)，所述的承压外壳(8)上设有电极引线接头(9)，用于连接换能器阵元(6)的电极。

4.根据权利要求3所述的基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法，其特征在于，所述的声系短节(4)还包括压力平衡机构(12)和承压接头(10)；所述的压力平衡机构(12)和承压接头(10)设置于柱面超声相控阵探头(11)的两端，该柱面超声相控阵探头(11)中部开设有供硅油注入的空腔；

所述的压力平衡机构(12)包括：转接头(13)、弹簧(16)、活塞(17)和活塞钢筒(15)；所述的活塞(17)穿设于转接头(13)与活塞钢筒(15)之间，该活塞(17)通过转接头(13)与柱面超声相控阵探头(11)的空腔连通，活塞(17)两端所在的两个空间内均充满硅油；所述的弹簧(16)抵设于活塞(17)与转接头(13)之间，通过活塞(17)运动使得柱面超声相控阵探头(11)内外压力保持平衡；

所述承压接头(10)的两端分别设置有转接头(13)和密封塞(23)，分别用于连接电路短节(3)和承压外壳(8)上的电极引线接头(9)。

5.根据权利要求4所述的基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法，其特征在于，所述承压接头(10)上的转接头(13)和密封塞(23)均采用O形密封圈密封。