交叉偶极阵列声波测井仪信号处理电路的抗干扰设计

针对交叉偶极阵列声波测井仪高温、强背景噪声的作业环境,通过深入分析噪声源,采取信号滤波和优化的布局布线等技术手段设计交叉偶极声波信号处理电路。着重阐述了恶劣环境下前置预放大电路、高精度带通滤波器和逻辑控制等功能模块的抗干扰设计。试验结果表明,该处理电路能在井下恶劣环境中稳定可靠工作,有较强的噪声抑制能力,完全满足工业生产作业的需要。     

基于稀疏表示的阵列声波测井仪数据无损压缩传输方法

交叉多极子阵列声波测井仪在井下信号采集的同时,采用无损压缩提升单位时间内上传数据量,是目前主流的仪器上传带宽增加方式。针对传统压缩方法压缩率较低,导致仪器在单位深度地层工作时长过长的问题,从信号稀疏表示的角度出发,对采集的多路声波波列采用预先构建的稀疏变换矩阵进行稀疏变换,将求解的稀疏表示系数和其重构信号与原始信号的误差进行压缩编码上传;地面系统通过相同的稀疏变换矩阵进行信号重构,实现解码;其中,稀疏变换矩阵采用K-SVD算法进行预训练,提升稀疏变换系数的稀疏度与重构信号精度,进一步降低上传的压缩编码长度。在HB油田3口井实际测井资料的实验中,本方法与目前主流的测井数据压缩方法相比,压缩率平均提升约17.3%;在4口井的阵列声波实际测井作业的应用测试中,作业效率平均提升约20.2%。结果表明,数据压缩传输算法极大地提升了阵列声波测井时效,在保证数据采集质量的同时,实现了阵列声波仪器的高速测量。     

USB在阵列声波测井数据采集中的应用

提出了一种基于通用串行总线(USB)的阵列声波测井数据采集系统,该采集系统的构成模块包括模拟信号处理、高速数据采集子系统、采集控制器、串行数据和控制接口以及主机接口等;以CPLD担当数据采集控制器,采集深度、速率等参数可根据实际需要动态设置,从驱动程序初始化和卸载、设备启动、设备控制和数据读写等方面详细分析了用于数据采集系统的USB驱动程序设计,基于14位ADC的采集电路实测信噪比不小于65dB;该采集系统可用于井下阵列声波测井仪调试,以及实验室声波换能器性能测试。     

基于PIC单片机的随钻声波测井仪电源管理设计

为了保证随钻声波测井仪在井下长时间高效率工作,需要对电源管理板进行高效管理。根据随钻声波测井仪电子系统的供电特点设计了电源管理控制电路,低功耗微处理器PIC单片机根据随钻测量系统的指令对电源电路开关阵列进行控制,通过CAN-UART对主控板进行工作参数下发,利用实时钟电路提供的时间信息完成对井深和井下存储数据的映射,实现对随钻测井仪间歇式定时工作目的。实验测试结果表明,电源控制电路功耗为0.116 W,开关通断时间为微秒级,输出电压稳定。经实际应用满足了随钻声波测井仪的实际工作需求。     

随钻声波测井仪井下信号采集与处理系统设计

针对随钻声波测井信号的特点,设计了一种基于"DSP+ADC"的井下信号采集与处理系统。介绍了电路的硬件结构和软件设计流程,重点描述了6通道模拟信号的高精度同步采样方法及数据压缩算法。设计中充分利用了DSP的丰富资源,实现各种控制及数据传输接口,并完成相应的数据处理。实验结果表明,该电路的设计满足随钻声波测井的实时性、低功耗要求,在井下高温高压恶劣环境中能够可靠地长时间工作。     

多极子阵列声波测井仪器干扰源分析及消除方法

在多极子阵列声波测井仪器中,前置放大电路将换能器接收的微弱信号经过信号合成、滤波及放大后,输出一个幅度较大,利于AD采集和数据分析的模拟信号。而在该电路的实现过程中发现,该电路容易引入各种干扰。针对几种常见的干扰,通过对电路进行详细分析,最终找到了干扰的来源并对其进行了消除。     

SoCFPGA在声波测井仪器中的软硬件协同设计

针对新型高温声波测井仪器对内部电路集成度和低功耗的苛刻要求,通过采用 SoC FPGA芯片设计数据采集和处理电路来提高电路集成度,同时采用软硬件协同设计方法,充分发挥软硬件资源优势,在满足速度要求的前提下最大限度降低功耗.设计中首先对SoC FPGA系统的功能模块特性进行了分析,然后对部分模块的资源占用和处理时间进行了平衡优化设计,最后结合器件特点进行了低功耗优化设计.     

用于偶极子声波测井仪的高精度数据采集系统的设计

一种用于偶极子声波测井仪的四通道高精度数据采集系统,该系统具有16位分辨率、100ksps的最高转换速度。复杂可编程逻辑器件CPLD实现数据采集速率和采集数据量的程控选择功能并控制FIFO的波形数据缓存。在单片机的控制下进行采集速率和采集数据量设置及四个通道波形采集和数据处理的并行执行。整个电路控制灵活、结构紧凑、体积小,适合井下使用。     

阵列声波井下信号采集与处理系统设计

针对阵列声波测井中声波全波列信号的特点,设计了一种满足实际生产作业要求的井下信号采集与处理系统。该系统以80C186为控制核心,主要实现与地面系统的通信和整个井下系统的控制;采用多片TMS320VC5416构成多通道实时信号处理电路,用于实现数字滤波、波形叠加、首波到时提取等处理。同时,阐述了基于短窗-长窗能量比算法的首波提取技术及其实现。     

交叉偶极阵列声波测井仪控制和处理电路的设计与实现

针对交叉偶极阵列声波测井信号的特点,设计了一种以DSP+FPGA架构为核心的控制和处理电路。详细介绍了电路的硬件结构和软件设计流程,重点描述了测井数据通信接口和逻辑控制模块的实现,并给出了一种首波提取算法。实验结果表明,该电路在井下高温高压恶劣环境中能够稳定可靠地长时间工作,完全满足工业生产作业的需要。     

石油井下压力测试系统的研究与设计

针对常规井下射孔压力测试系统体积大、功耗高、不耐高温等问题,研制了一种井下射孔压力数据采集与存储测试系统,用于深井及作业周期长、高温、高压、高;中击等恶劣环境。从实际应用需求出发,给出了系统总体设计方案及其实现原理和测试系统的技术指标,重点介绍了低功耗以及变频采样的实现原理。经过大庆油田测井现场实验,结果表明,该存储测试系统能够精确的记录下井、射孔和压裂恢复整个施工过程的压力数据,为高质量的打开油气层,进一步研究射孔工艺机理提供理论依据。     

煤层气精准排采监控系统

针对现有煤层气排采系统存在控制精度低、劳动强度大、不能按照排采规律进行作业、生产成本高等问题,设计了一套煤层气精准排采监控系统。该系统选用STM32F107Connectivity互接系列单片机作为控制中心,利用现场采集单元实时采集井底流压、温度、套压值、频率等信号,并通过RS485通信接口、4~20mA模拟量接口将信号传输至控制中心。通过比较井底流压实测值与给定值后得到偏差信号,根据偏差信号,控制中心通过排采控制算法实时控制变频器输出频率,进而调节排采设备的运转速度,实现井底流压的自动闭环控制。采用4G无线传输模块将控制调节命令发送至排采控制单元,实现排采过程的实时监测与控制。现场测试结果表明:该系统能够按照实时排采制度执行作业,井底流压调节准确,平均误差在0.5%以内,达到了煤层气井精准排采的要求。     

基于导航卫星信号的采集系统设计与实现

针对导航卫星信号监测的新要求,提出一种集成了数据采集、处理、存储和回放功能的一体化卫星信号采集系统。该系统采用PCIe架构,系统带宽可达到全双工900MB;数据采集480MB持续数据,以及480MB突发数据;数据处理采用FPGA＋DSP联合架构,完成对数据实时处理;存储采用全固态结构,用Flash代替传统的磁盘存储;并且能够通过PCIe接口完成960MB带宽的数据回放。该系统具有性能高、集成度高的优点,可以运用在雷达、侦查等高端领域。     

基于最大制冷系数调节算法的井下制冷器设计

为了提高井下电子仪器的应用温度范围,创新性地设计了基于半导体制冷技术的井下制冷器为仪器降温。通过分析半导体制冷片的性能特性,得到了最大制冷系数工况的实现条件,据此设计了能够均衡最大制冷系数工况和最大制冷量工况的分段调节控温算法,以达到高效制冷的目标。为了实现控温算法的系统设计,使用微控制器控制高精度温度传感器采集多点温度,同时用特殊功率运算放大器设计了精密电压-电流转换器为半导体制冷片供电。仿真及实验测量结果表明,该井下制冷器具有制冷效率高、自产热低、可耐高温等特点,使较低温度级别的井下电子仪器在较高的环境温度下能够正常工作,有利于降低钻井成本。     

井下三轴振动信号同步采集与大容量存储系统设计

随钻三轴振动信号同步采集和大容量数据实时存储一直是钻井工程中的难点。设计一种基于AD7980级联的三轴振动信号同步采集电路,以M25P64作为基本存储器,采用SPI总线硬件扩容与软件压缩相结合的方法实现了井下大容量数据存储。试验结果表明,该设计能够满足在井下200 h不间断情况下三轴振动信号同步采集和数据存储实际需要。     

一种电子鼻数据采集系统设计

介绍了一种电子鼻数据采集系统。为提高微量气体检测的有效性,设计了微型传感器阵列,以AT89S52单片机为控制核心设计了动态检测控制电路;采用数据采集卡和VC 开发的数据采集软件实现了响应信号的实时采集和显示。获取到的响应信号稳定、丰富,为后续的数据处理与模式识别提供了充分的信息。     

基于FPGA数据采集系统的研究

针对数据采集卡成本高并且易受机箱内环境影响的这一不足，构建了以FPGA为核心的数据采集系统。系统使用FPGA作为核心CPU，控制各个模块，完成信号AD转换、FIFO缓存、USB串行通信等功能。该系统在VC＋＋环境下编写动态链接库资源，以调用动态链接库的形式，实现USB与PC机的通信。     

用于水听器线列阵的精密时钟同步方法

针对海洋水声探测时水听器间的数据采集同步问题,提出了一种全阵列精确同步的采集时钟产生与传递方法。采用独立的高精度主时钟、异步差分传输线和从时钟端的锁相环(PLL),实现了多节点长时间不间断工作方式下的同步采集,具有抗干扰能力强、同步性能好的特点。建立了时钟同步模型,详细分析了同步延迟的产生环节。通过电路实验验证了整个方案的可行性,在经过长度为18m的非屏蔽双绞线传递后,恢复的从时钟延迟不大于165ns,且与距离成线性正比关系。所提方法已经用于实际的水听器阵列数据采集系统,取得较好的效果。     

雷达视频回波信号的实时采集、显示与存储系统

介绍一种雷达视频回波信号的实时采集、显示与存储系统。该系统采用带有RAID适配卡的工控机作为采集主控设备，以普通微机显示器作为显示设备，利用多个IDE硬盘组成磁盘阵列作为存储设备。制作了一块基于FPGA的高速雷达信号采集PCI卡，以FPGA为采集的核心控制芯片，并在FPGA内部实现了32bit／33MHz的PCI接口逻辑。利用FPGA内部双口RAM的乒乓切换与缓冲区环行存储技术保证了连续采集。采用数据抽取、坐标查表映射和DirectDraw等技术在普通显示器上以P显方式进行实时全屏显示，同时可对局部区域以B显进行开窗放大显示。显示过程中可对任意区域设置采集方位和距离波门，将采集的数据实时存储在磁盘阵列上。该系统已成功用于舰栽警戒搜索雷达的外场数据采集。