感应测井仪器中测控电路的设计

论文摘要

地层电阻率测量是解释评价油气储藏的主要方法,感应测井仪器是有效实现这一测量功能的硬件装置。在感应测井仪器中,测控电路单元是整个井下仪器的核心组成部分,负责提供发射激励信号,接收和处理地层的响应信号,控制各功能模块的运行以及负责建立和地面系统之间的通信。随着石油工业的发展和石油需求量的扩大,人们对测井仪器的功能和性能提出了更高的要求,采用传统方式设计的电路存在的问题也日益明显,表现在元器件的集成度和电路的数字化程度偏低,实时性能差,电路的结构复杂,成本和功耗过高等方面。针对以上所述,本文的研究工作是在集成电路和电子设计自动化技术快速发展的基础上,设计一种基于DSP和FPGA结构的实时测控电路,通过优化和整合软件设计来达到提高稳定性、可靠性以及减小电路体积和功耗的目的。本文首先深入了解了感应测井仪器的研究背景和国内外发展现状,讨论了课题研究的重要性和实用价值。其次,分析了感应测井技术的基本原理和井下仪器的整体电路结构,为后续的电路单元设计提供了一定的理论依据。再次,构建了感应测井仪器中的发射控制电路单元、多通道组合接收电路单元以及通信电缆驱动电路的硬件平台,并通过相应的FPGA逻辑设计和DSP软件开发实现了信号的采集处理、系统的实时控制。最后通过实验分析和参数测试,验证了设计单元正常实现了预定功能,性能指标符合设计要求,为感应测井仪器的成品开发提供了可靠的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究动态及发展历史
• 1.2.1 国外感应测井技术的发展历史
• 1.2.2 国内感应测井技术的发展现状
• 1.3 课题研究内容及论文结构安排
• 第二章 感应测井的基本理论和设计指标分析
• 2.1 感应测井的理论分析
• 2.1.1 感应测井的基本原理
• 2.1.2 双线圈系感应测井理论
• 2.2 总体结构与技术指标分析
• 2.2.1 感应测井仪器的整体结构
• 2.2.2 测控电路的设计性能要求
• 2.2.3 发射控制单元的技术指标分析
• 2.2.4 多通道接收单元的技术指标分析
• 第三章 发射控制单元的设计
• 3.1 总体设计方案概述
• 3.1.1 信号发生器设计方案
• 3.1.2 电路的整体结构
• 3.1.3 主要器件选型
• 3.2 硬件电路设计
• 3.2.1 FPGA 外围配置电路
• 3.2.2 电源稳压电路
• 3.2.3 DDS 信号源电路
• 3.2.4 继电器驱动电路
• 3.2.5 通信接口电路
• 3.3 FPGA 逻辑设计
• 3.3.1 FPGA 的开发流程
• 3.3.2 时序控制模块设计
• 3.3.3 正弦函数查找表设计
• 3.3.4 仿真结果和资源占用情况
• 第四章 多通道接收单元的改进设计
• 4.1 电路设计方案概述
• 4.1.1 两种设计方案对比
• 4.1.2 组合电路的整体结构
• 4.1.3 核心器件选型
• 4.2 硬件电路平台的实现
• 4.2.1 DSP 的最小系统设计
• 4.2.2 信号调理电路设计
• 4.2.3 存储器扩展电路设计
• 4.2.4 电缆传输驱动电路设计
• 4.3 软件的整合设计
• 4.3.1 FPGA 功能模块的设计
• 4.3.1.1 时序控制电路模块
• 4.3.1.2 累加器和存储器模块
• 4.3.1.3 曼彻斯特编解码模块
• 4.3.1.4 逻辑资源消耗评估
• 4.3.2 DSP 软件设计
• 4.3.2.1 主程序设计流程
• 4.3.2.2 系统的初始化
• 4.3.2.3 外部接口程序设计
• 4.3.2.4 外部中断程序设计
• 第五章 系统调试及实验结果分析
• 5.1 系统的调试过程
• 5.1.1 调试原则和仪器
• 5.1.2 硬件电路调试
• 5.1.3 软件功能调试
• 5.2 实验结果分析
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果