一種應用于隨鉆聲波測井儀的采集控制電路及測井裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種應用于隨鉆聲波測井的采集控制電路及測井裝置，該電路包括：數字信號處理器DSP、至少一個可編程邏輯門陣列器件FPGA、模擬與數字轉換器ADC和存儲單元；其中，DSP通過控制FPGA對ADC進行控制；FPGA將ADC采集的數據進行采樣，并將采樣數據傳輸給DSP，DSP對采樣數據進行分析處理以及協議的設定，再將處理后帶有協議設定的數據通過FPGA存儲到存儲單元。本發明專利技術采集控制電路不但充分發揮了DSP數據處理功能強的優勢，而且將FPGA控制時序精準、接口豐富的特點表現出來，提高了時間的控制精度，大幅度減小了電路板的占用空間。

【技術實現步驟摘要】
一種應用于隨鉆聲波測井儀的采集控制電路及測井裝置
本專利技術涉及隨鉆聲波測井儀技術，尤其涉及一種應用于隨鉆聲波測井儀的采集控制電路及測井裝置。
技術介紹
石油復雜環境中的油氣鉆探測量與測井中，包括隨鉆聲波測井的隨鉆測井比傳統的電纜測井具有更多的優勢，它是在鉆井同時測量地層巖石物理參數，減少了測井時間；測井資料是在泥漿浸入地層之前或浸入很淺時測得的，能更真實地反映原狀地層的地質特征，同時可以預測所鉆地層的信息，大大降低不確定性，幫助工程師及時、有效地進行決策，更好地指導鉆井，使鉆頭在有利的地層鉆進，減少鉆井風險。目前，隨鉆測井已能進行幾乎所有的電纜測井項目，其應用范圍在不斷擴大。國外，在海上，幾乎所有的裸眼測井作業都采用隨鉆測井技術；在陸地上，特別是大斜度井和水平井，以采用隨鉆測井技術為主。另外，隨鉆測井方法的多樣化，如隨鉆聲、電、核磁、地層測試等方法都已出現，所以說，隨鉆地層評價全面替代電纜測井是必然結果。國際隨鉆市場份額和技術被斯倫貝謝、哈里伯頓和貝克休斯等幾大公司絕對壟斷，尤其是斯倫貝謝的市場份額一直在50％左右，其次是哈里伯頓，徘徊在30％左右，貝克休斯也有14％左右的份額，留給國內的市場僅剩下不足1％。而國內隨鉆測井技術還不成熟，因而加大該項技術的研發力度勢在必行。國內大部分隨鉆聲波測井電路設計通常將采集控制與存儲分開放置，這樣不但增加了控制復雜度，同時多板連接的設計占用了較大的空間。也有單獨采用DSP或者FPGA的設計，其中DSP精于算法的實現，但是接口較為固定；FPGA可方便實現接口通訊的轉換，但相關算法的集成過程較為復雜，不易實現。專利技術內容本專利技術針對現有技術存在的上述問題，以隨鉆聲波測井儀器采集控制電路設計和實現為切入點，研究分析了其實現原理，并提供了一種更為簡潔的隨鉆聲波測井儀采集控制電路的設計方案,可大幅度節省電路的占用空間，同時使得控制邏輯更加簡潔清晰，也易于實現。為實現上述目的，一方面，本專利技術提供了一種應用于隨鉆聲波測井的采集控制電路，該電話包括：數字信號處理器(DigitalSignalProcess，簡稱DSP)、至少一個可編程邏輯門陣列器件(Field－ProgrammableGateArray，簡稱FPGA)、模擬與數字轉換器(Analog-to-digitalconverter，簡稱ADC)和存儲單元；其中，DSP通過控制FPGA對ADC進行控制；FPGA將ADC采集的數據進行采樣，并將采樣數據傳輸給DSP，DSP對采樣數據進行分析處理以及協議的設定，并將處理后帶有協議設定的數據通過FPGA存儲到存儲單元。優選地，DSP和FPGA通過HPI接口和/或MCBSP接口進行通信。優選地，存儲單元設計采用兩片容量為2G的NANDFlash芯片。優選地，DSP包括動態隨機存取存儲器DRAM，DRAM用于存儲由FPGA發送的采樣數據。優選地，FPGA包括FIFO數據緩沖器，ADC在采集數據的同時，數據直接被放入FIFO數據緩沖器；FPGA自行檢測FIFO數據緩沖器的狀態，當為非空狀態時，將數據從FIFO數據緩沖器中讀出并寫入DSP指定的DRAM地址內。優選地，DSP用于對采樣數據進行識別，DSP要識別每路信號的最大值，當最大值高于上門檻標識值時，自動控制增益碼要調小一檔；當最大值低于下門檻標識值時，要調大一檔。優選地，ADC用于同時采集4路模擬信號，每道波形在每個周期產生3000*16比特的數據量，4道全部產生4*3000*16比特的數據量，采集完成之后將這些數據通過所述FPGA傳輸到所述DSP中。優選地，FPGA控制寫邏輯時序將ADC采集的數據寫入存儲單元，在寫入存儲單元的過程中，控制寫入的間隔。優選地，該電路還包括上位機，DSP在接收到上位機下發的讀取命令時，向FPGA下發存儲單元的讀命令，FPGA控制讀邏輯時序將存儲單元中的數據按頁讀取出來。優選地，DSP具體用于，在地面提取數據階段，DSP接收相關命令，控制FPGA將存儲單元中的數據讀取出來并同步傳輸到上位機實時顯示。另一方面，本專利技術提供了一種測井裝置，該裝置包括接收電路、接收換能器、發射電路、發射換能器和電源電路，還包括上述應用于隨鉆聲波測井的采集控制電路。本專利技術采集控制電路不但充分發揮了DSP數據處理功能強的優勢，而且將FPGA控制時序精準、接口豐富的特點表現出來，提高了時間的控制精度，大幅度減小了電路板的占用空間。附圖說明圖1為本專利技術實施例提供的一種測井裝置結構示意圖；圖2為本專利技術實施例提供的一種應用于隨鉆聲波測井電路的采集控制電路結構示意圖；圖3為本專利技術涉及的ADC部分控制時序圖；圖4為本專利技術涉及的DSP與ADC之間通訊的基本結構示意圖；圖5為專利技術涉及的FPGA與NANDFlash連接結構示意圖；具體實施方式通過以下結合附圖以舉例方式對本專利技術的實施方式進行詳細描述后，本專利技術的其他特征、特點和優點將會更加明顯。圖1為本專利技術實施例提供的一種測井裝置結構示意圖。如圖1所示，該測井裝置自上而下依次包括采集控制電路10、接收電路80、發射電路81、接收換能器82、電源電路83和發射電路換能器84，其中采集控制電路10作為整個電路工作的核心部分，通過串行命令等方式控制著整個裝置的工作狀態。接收電路80與接收換能器82連接，完成模擬濾波，增益控制等功能。發射電路81直接與發射換能器84連接，定時為發射換能器84提供高壓脈沖，電源電路83連接采集控制電路10，為其提供電源。圖2為本專利技術實施例提供的一種應用于隨鉆聲波測井電路的采集控制電路結構示意圖，如圖2所示，該電路包括DSP20、FPGA21、FPGA22、ADC23、NANDflash24和上位機25，該電路采用DSP和FPGA的聯合架構，兩者優勢進行互補，通過與主機通信的并行接口(HostPortInterface，簡稱HPI)以及多通道緩沖串行口(Multichannelbufferedserialport,簡稱MCBSP)接口進行通信，實現了同步采集、存儲，控制以及初步的數據處理等功能。外圍拓展資源包括ADC23，NANDflash24芯片等，其中DSP20作為主要完成命令控制、時間控制以及數據的初步處理等工作，FPGA21和FPGA22主要作為DSP20與其他芯片之間的通訊橋梁，集成了通用異步收發傳輸器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，簡稱UART)、HPI、MCBSP以及控制器局域網絡(ControllerAreaNetwork,CAN)等內核，完成相應的接口轉換及命令解釋。NANDFlash24作為數據的存儲單元，具有存儲容量大，不易丟失，速度快等優點，設計采用兩片容量為2G的芯片。各個部分相互配合，完成了從采集、存儲、處理再到打包上傳的全部過程，根據需求可以選擇不同的工作模式。首先，DSP20通過控制FPGA21對ADC23進行控制，將接收到的信號進行采樣，同時該采樣數據通過HPI接口傳輸到DSP20的DRAM中，然后DSP20從DRAM中讀出數據并對數據進行分析處理以及相關協議的設定；之后，將這些經過處理并帶有協議設定的數據通過FPGA21存儲到NANDflash24芯片，由此完成井下工作時段的控制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種應用于隨鉆聲波測井的采集控制電路，其特征在于，包括：數字信號處理器DSP、至少一個可編程邏輯門陣列器件FPGA、模擬與數字轉換器ADC和存儲單元，所述DSP通過控制所述FPGA對所述ADC和存儲單元進行控制；所述FPGA將所述ADC采集的數據進行采樣，并將采樣數據傳輸給所述DSP，所述DSP對所述的采樣數據進行分析處理以及協議的設定，將處理后帶有協議設定的數據通過所述FPGA存儲到所述存儲單元。

【技術特征摘要】
1.一種應用于隨鉆聲波測井的采集控制電路，其特征在于，包括：數字信號處理器DSP、至少一個可編程邏輯門陣列器件FPGA、模擬與數字轉換器ADC和存儲單元，所述DSP通過控制所述FPGA對所述ADC和存儲單元進行控制；所述FPGA將所述ADC采集的數據進行采樣，并將采樣數據傳輸給所述DSP，所述DSP對所述的采樣數據進行分析處理以及協議的設定，將處理后帶有協議設定的數據通過所述FPGA存儲到所述存儲單元；所述存儲單元設計采用兩片容量為2GByte的NANDFlash芯片，所述FPGA控制寫邏輯時序將所述ADC采集的數據寫入所述NANDFlash芯片，在寫入所述NANDFlash芯片的過程中，進行所述NANDFlash的壞塊管理，同時控制寫入的間隔；所述電路還包括上位機，所述DSP在接收到所述上位機下發的讀取命令時，向所述FPGA下發存儲單元的讀命令，所述FPGA自動識別壞塊并控制讀邏輯時序將所述存儲單元中的數據按頁讀取；所述上位機和所述FPGA通過RS485接口進行通信。2.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述DSP和所述FPGA通過HPI接口和/或MCBSP接口進行通信。3.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述DSP包括動態隨機存取存儲器DRAM，所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張錚，賀洪斌，辛鵬來，王秀明，姚珺珺，周吟秋，汪正波，戴郁郁，
申請(專利權)人：中國科學院聲學研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11