一种随钻方位电磁波电阻率仪器的信号采集方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种随钻方位电磁波电阻率仪器的信号采集方法及装置，所述方法包括：步骤1、接收天线用于拾取经地层衰减后的磁感应信号，并将接收到的磁感应信号转换成电信号，供后续电路处理；步骤2、前置放大电路将接收天线上感应到的幅值水平在nV级别的微弱信号进行固定增益放大；步骤3、通过控制器控制滤波电路，对前述放大后的信号进行滤波，所述滤波电路包括模拟开关和两种不同频率的低通滤波器，针对不同频率的接收信号，FPGA控制器通过控制模拟开关的通断实现滤波频率的选择；步骤4、利用程控放大电路对滤波后的信号进行放大，步骤5、所述模数转换电路在FPGA的控制下，以低频采集的方法将满足要求的被测信号进行数字化转换。换。换。

【技术实现步骤摘要】
一种随钻方位电磁波电阻率仪器的信号采集方法及装置


[0001]本专利技术涉及油气地质勘探测量
，尤其是一种随钻方位电磁波电阻率仪器的信号采集方法及装置。

技术介绍

[0002]随着常规油气勘探开发进入中后期，越来越多的复杂油气资源需要采用大斜度井或水平井开发以提高产量和效益，其中随钻测井技术是大斜度井、水平井油气勘探开发不可缺少的重要手段，主要用于地质导向和地层评价，成为当今石油勘探开发中不可替代的技术之一。该技术是在钻井时获取岩性、饱和度、孔隙度等地层评价信息，能提供钻井工程参数以便于有效的钻进储层，并能在恶劣井眼条件下开展测井工作，因而在诸多方面具有优越性。
[0003]随钻方位电磁波电阻率仪器作为地质导向和地层评价的重要仪器之一，其基本工作原理是利用一个或多个轴向发射天线向大地发射出不同频率的电磁波信号，电磁波信号分别沿井孔方向和井周方向传播，由于不同电阻率地层对电磁波的吸收作用不同，沿井孔方向传播、衰减后的电磁波信号会携带地层参数信息，通过测量与发射天线不同距离的多个轴向接收天线的幅度比和相位差，可以反演得到地层电阻率参数，进而对地层含油性进行评价。与此同时，沿井周方向传播的电磁波信号遇到地层边界时，经过地层边界反射后，被与轴向存在夹角的水平或倾斜天线所接收，结合仪器方位信息，可准确判断地层边界相对于仪器的距离和方向，从而用于调整轨迹，进行地质导向。
[0004]随钻方位电磁波电阻率仪器一般采用几百kHz到几MHz的较高发射频率，如400kHz或2MHz。根据奈奎斯特采样定理，模数转换器(ADC)的采样频率应不小于被测信号最高频率的两倍，才能无失真地恢复出被测信号。同时为了保证采集的精度，实际选用的采样频率通常远高于被测信号最高频率的两倍。
[0005]传统的高频信号采集方法通常采用超外差混频方式或选择一款具备高采样率的ADC芯片。超外差混频方式是将被测信号与本振信号进行混频，得到两个频率下的高频信号和中频信号，然后再经过带通滤波选择出中频信号，如此即实现了高频被测信号的下变频处理。该中频信号的频率低于仪器选用ADC最高采样率的1/2，即满足奈奎斯特采样定理，而且能够保留被测信号的幅度和相位信息，从而保证高频被测信号的测量精度。而选用高于被测频率2倍以上采样率的ADC芯片可以对放大、滤波处理后的被测信号进行直接采样，采样后可供后续数字电路进行存储或处理。
[0006]随钻方位电磁波电阻率仪器在探测地层边界时，信号极其微弱，一般在nV级别，因此会对信号调理电路和采集电路提出较高的要求。采用上述超外差混频方式对被测信号进行下变频处理时，会在采集电路中引入混频器和滤波硬件电路，这会引入复杂的系统噪声，降低信号的信噪比同时增大仪器功耗。而高采样率的ADC芯片可以满足高频信号的采样要求，但在成本和精度方面存在一定的劣势。相同精度等级的ADC芯片，一般采样率越高越昂贵，高采样率带来更多的数据量也会导致整个系统成本的增加。而且ADC的速度与精度往往
是相互矛盾的，一味地追求高采样率必然会损失测量精度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种随钻方位电磁波电阻率仪器接收信号的采集方法及装置，以低的采样频率实现对高频信号的采样，提升被测信号的信噪比，提高随钻方位电磁波电阻率仪器对高频微弱信号的检测能力，同时降低仪器功耗。
[0008]本专利技术的技术方案为：一种用于随钻方位电磁波电阻率仪器的低频采集方法，包括：
[0009]步骤1、接收天线用于拾取经地层衰减后的磁感应信号，并将接收到的磁感应信号转换成电信号，供后续电路处理；
[0010]步骤2、前置放大电路将接收天线上感应到的幅值水平在nV级别的微弱信号进行固定增益放大，所述前置放大电路采用三运放仪表放大器，实现高输入阻抗，并消除共模干扰；
[0011]步骤3、通过控制器控制滤波电路，对前述放大后的信号进行滤波，所述滤波电路包括模拟开关和两种不同频率的低通滤波器，针对不同频率的接收信号，FPGA控制器通过控制模拟开关的通断实现滤波频率的选择；
[0012]步骤4、利用程控放大电路对滤波后的信号进行放大，所述程控放大电路包括多路复用器和放大器，FPGA通过控制多路复用器实现对放大器反馈电阻的控制，从而实现增益可调的放大电路，满足模数转换电路的采样要求；
[0013]步骤5、所述模数转换电路在FPGA的控制下，以低频采集的方法将满足要求的被测信号进行数字化转换。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提出一种用于随钻方位电磁波电阻率仪器的信号采集装置，包括：接收天线、前置放大电路、滤波电路、程控放大电路、模数转换电路和控制器；
[0015]所述的前置放大电路选用三运放仪表放大器，该结构输入阻抗高，抑制共模干扰；
[0016]所述的控制器选用FPGA，实现对滤波电路、程控放大电路和模数转换电路的灵活控制；
[0017]所述的滤波电路具有双频选择功能，通过FPGA对模拟开关的控制，实现滤波频率的选择；
[0018]所述的程控放大电路由FPGA控制，通过多路复用器控制接入放大器的反馈电阻，达到程控增益的目的；
[0019]所述的模数转换电路利用低频采集技术实现对高频信号幅度和相位的检测；
[0020]所述的低频采集满足条件：qf
s
＝pf0；其中，p、q为不小于2的整数，且q>p。通过选择恰当的p和q实现对待采样信号的恢复。
[0021]有益效果：
[0022]现有的随钻方位电磁波电阻率仪器受模数转换器最高采样频率的限制，一般采用超外差方式对接收线圈的信号进行下变频处理，得到中低频信号后再进行采样，或选用具有高采样率的模数转换芯片，实现被测信号的恢复。超外差方式增加了电路的复杂度和功耗，并引入额外的噪声；高采样率的模数转换芯片，增加了采样成本且损失了采样精度。而采用本专利技术的低频采集技术可以避免上述缺点，以较低的采样率恢复出被测信号的幅度和
相位，不仅可以降低对模数转换芯片采样率的要求，还能够简化电路结构,提高仪器的信噪比水平，降低仪器功耗。
附图说明
[0023]图1为随钻方位电磁波电阻率仪器接收信号采集处理流程；
[0024]图2为低频采集技术示意图；
[0025]图3为低频采集后得到的恢复信号。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0027]根据本专利技术的实施例，本专利技术公开一种随钻方位电磁波电阻率仪器的信号采集方法，用于采集高频微弱信号。
[0028]如图1所示，所述随钻方位电磁波电阻率仪器信号采集电路，包括接收天线、前置放大电路、滤波电路、程控放大电路、模数转换电路和控制器；其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种随钻方位电磁波电阻率仪器的信号采集方法，其特征在于，包括：步骤1、接收天线用于拾取经地层衰减后的磁感应信号，并将接收到的磁感应信号转换成电信号，供后续电路处理；步骤2、前置放大电路将接收天线上感应到的幅值水平在nV级别的微弱信号进行固定增益放大，所述前置放大电路采用三运放仪表放大器，实现高输入阻抗，并消除共模干扰；步骤3、通过控制器控制滤波电路，对前述放大后的信号进行滤波，所述滤波电路包括模拟开关和两种不同频率的低通滤波器，针对不同频率的接收信号，FPGA控制器通过控制模拟开关的通断实现滤波频率的选择；步骤4、利用程控放大电路对滤波后的信号进行放大，所述程控放大电路包括多路复用器和放大器，FPGA通过控制多路复用器实现对放大器反馈电阻的控制，从而实现增益可调的放大电路，满足模数转换电路的采样要求；步骤5、所述模数转换电路在FPGA的控制下，以低频采集的方法将满足要求的被测信号进行数字化转换。2.根据权利要求1所述的一种随钻方位电磁波电阻率仪器的信号采集方法，其特征在于，基于低频采集电路的采集方法如下：(1)依据被测高频信号的频率f0设计低频采样频率f
s
，所述f
s
需满足qf
s
＝pf0,p、q为不小于2的整数，且q>p；(2)利用所述采样频率f
s
对目标信号周期T
x
内的被测信号进行采样得到离散序列x[k]，k为对应采样时间内的第k个采样点；k为0到p
‑
1之间的整数；周期f
x
为低频采集后所恢复信号的目标信号频率；(3)将低频采集得到的离...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雅丽，陈文轩，张文秀，李星翰，李弘，刘伟，袁文强，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：