[發明專利]三維聲波近探頭104通道的微弱信號同步采集與處理系統

有效

• 申請號: 201410100409.0
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103901479A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 師奕兵;張偉;張偉杰;蔣天植;馬東;蒲利;程瑤
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01V1/40
• 分類號: G01V1/40;G01V1/22;G01V1/28
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于微弱信號采集與處理技術領域，更為具體地講，涉及一種三維聲波近探頭104通道的微弱信號同步采集與處理的系統。?

背景技術

三維聲波測井是在正交偶極聲波測井技術基礎上發展起來的新一代聲波測井技術，其測量原理是利用目前所有的聲波，即單極、偶極及斯通利波測量模式對各種頻帶的波形進行綜合測量以獲取地層的三維聲波特性，即縱波時差、橫波及斯通利波在井筒軸向、徑向和周向的變化，對地層特性的方位性提供完整的描述。通過該技術可以清晰地對均質地層和非均質地層的各向異性及各向異性形成的各種機理進行分析。?

與正交偶極聲波測井技術相比，三維聲波測井需要觀察的波形種類要多且某些種類的波形幅度很微弱，這就對井下電路的噪聲性能提出很高的要求。三維聲波測井要采集104通道的波形，這就對實現通道波形的一致性提出了一個很大挑戰。某些波形幅度微弱，這就需要高精度的模數轉換器，從而每個數據的位數很寬，104通道的波形數據必將是很驚人的數據量，傳輸時間將會遠遠大于傳統的聲波測井。因此如何降低聲波數據傳輸時間，提高測井效率，這也是一個難題。?

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種三維聲波近探頭104通道的微弱信號同步采集與處理系統，使井下儀器能夠獲取到更精確的聲波信號和聲波時差信息，同時減少聲波數據的傳輸量，大大提高測井效率。?

為實現上述發明目的，本發明一種三維聲波近探頭104通道的微弱信號同步采集與處理系統，其特征在于包括：含有內嵌8通道的低噪聲模擬信號調理電路與微弱信號同步采集處理模塊的13塊采集板，以及含有內嵌采集控制模塊和聲波數據實時無損壓縮模塊的控制板；?

所述8通道的低噪聲模擬信號調理電路包括：?

一電荷放大器；電荷放大器作為前置接收電路，負責對壓電式傳感器輸出信號的接收，接收時，將壓電式傳感器高輸出阻抗的電荷信號用不同檔位轉換成低輸出阻抗的電壓信號；?

一程控放大器；程控放大器對電荷放大器輸出的電壓信號進行放大或衰減；?

一高通濾波器；高通濾波器負責對程控放大器放大或衰減后的聲波信號進行截止頻率為500Hz的高通濾波；?

一ADC驅動器；ADC驅動器將濾波后的單端輸入信號轉換成差分的輸出信號；同時用ADC驅動器可以實現截止頻率為23kHz的二階低通濾波器，作為模數轉換器的抗混疊濾波器；?

控制板的采集控制模塊在系統初始化的時刻，通過命令通道發送一個初始化脈沖，離控制板較近的12塊采集板的微弱信號同步采集處理模塊用本地高精度時鐘在檢測到脈沖的時刻，啟動計數器并開始計數，當最遠采集板的微弱信號同步采集處理模塊檢測到初始化脈沖時，直接把該脈沖通過數據通道回傳給控制板，而其它12塊采集板的微弱信號同步采集處理模塊檢測到該回傳脈沖時，停止本地計數器的計時并得到一個計數值，當控制板的采集控制模塊發送啟動采集信號時，每塊采集板的微弱信號同步采集處理模塊延遲所得計數值一半的本地時鐘周期數后，再對8個通道的低噪聲模擬信號調理電路的差分輸出信號進行采集并發送至控制板；?

內嵌采集控制模塊接收到來自井上系統的命令后，通過命令通道對13塊采集板進行初始化和參數配置，當接收到來自13塊采集板104通道的聲波數據時，采用內嵌的聲波數據實時無損壓縮模塊對數據進行壓縮處理，并將壓縮后的數據上傳到井上系統；在初始化時刻，采集控制模塊還負責發送初始化脈沖信號，對13塊采集板進行同步設置。?

其中，所述的8通道的低噪聲模擬信號調理電路中的8個通道完全同步。?

所述的電荷放大器由偏置電流很小、輸入阻抗很大和電壓噪聲密度很小的FET輸入級的運算放大器來實現。?

所述的電荷放大器的輸出信號在不超過所使用的運算放大器輸出范圍時，電荷放大器選擇使其輸出信號不失真并且增益最高的檔位。?

所述的初始化脈沖和回傳脈沖選用現場可編程門陣列FPGA檢測，并對兩脈?沖之間的時間進行計數，將所得到的計數值的一半作為延遲時鐘周期的個數。?

所述的聲波數據實時無損壓縮模塊采用12位定長編碼雙字典結構的LZW算法，并以硬件FPGA實現LZW算法。?

本發明的發明目的是這樣實現的：?