一种核磁共振测井仪能量泄放与微弱信号接收电路设计.docVIP

一种核磁共振测井仪能量泄放与微弱信号接收电路设计 摘 要：针对核磁共振仪器需在同一天线上进行高压发射与极微弱信号接收的特点，提出一种高压能量泄放与微弱信号接收电路的设计。高压能量泄放电路主要完成仪器发射后残留在天线上剩余能量的泄放工作。微弱信号接收电路主要完成对极微弱信号进行放大滤波处理的功能，同时隔离发射时天线上的高压信号以保护接收电路，并对所设计的前放接收电路的噪声水平进行分析与测试。目前该泄放与前放接收电路已经成功应用于仪器的设计中，并得到了很好的应用效果。 关键词：核磁共振 能量泄放 信号调理 核磁回波 高压隔离 中图分类号：tn912 一、引言 核磁共振测井可直接测量地层孔隙中可动流体的信息，可定量确定自由流体、束缚水、渗透率及孔径分布，其孔隙测量不受岩石骨架矿物成分的影响。在过去的近20年里，核磁共振测井仪器研制和资料应用一直是石油测井领域的热点和前沿领域，受到广泛关注[1]。本文主要介绍一种关于核磁共振测井仪能量泄放与微弱信号接收电路的设计，重点分析能量泄放与微弱信号接收电路的设计原理与功能，并对接收电路的高压隔离一体化设计进行简要说明，最后对接收电路的噪声水平进行分析。目前该电路设计已经成功应用于核磁共振仪器上，并取得了良好的应用效果。 二、核磁共振测井能量泄放电路设计 （一）核磁共振cpmg序列发射与接收模型 核磁共振测井主要采用图1方式发射激励信号并产生相应的回波信号。如图1所示的这种典型的核磁共振工作方式称为cpmg序列。首先需要d0的激化时间来完成地层的磁激化，使其探测深度范围内的地层中氢原子的核磁矩能够朝着静磁场方向激化，然后发射90度脉冲信号使其核磁矩扳倒90度，其后每隔d2时间发射180度脉冲使其在同一平面的两个速度不同的矢量重合产成回波信号，这种激励接受方式称为cpmg序列[2]。 图1：核磁共振cpmg序列发射与接收模型 核磁共振测井主要采用cpmg序列来进行工作，采集一系列回波信号，并计算回波的幅值与相位，以此来制作相应的指数衰减曲线从而进行t2谱反演标定底层的孔隙度、渗透率、束缚水等信息。由于发射与接收均在同一天线上进行，所以对泄放电路以及微弱信号接收电路与高压的隔离需要做特别地设计。 （二）能量泄放电路设计 核磁共振测井中能量泄放电路是保证核磁共振仪器能够有效进行信号放大滤波预处理的关键环节，它的设计好坏直接影响到后面对回波信号的接收信噪比[3]。它主要作用是在仪器进行高压激励脉冲发射完成后能够快速有效的泄放掉天线探头上多余的残留能量，以保证地层回波信号到来时候天线探头上保持一个低噪声的状态，从而在接收回波信号时保证其输入信噪比。其原理图见图2所示： 图2：能量泄放电路原理图 图2由两个相同的电路组成，它们相应地接到天线探头与前放输入并联的两端。背靠背的场效应管q9/q10和q11/q12通过res3、res4端连接r3和r4两个10欧姆功率电阻后与天线探头与前放输入的并联端相连。这两个电阻体积很大，功率在45w，需要安装在仪器骨架上以尽快散热。从功率放大(主泄放)电路出来的幅值为175v的脉冲经过变压器t1～t4转变成17.5v，这样电流增加了10倍提高了电流驱动能力，可以很快使功率场效应管导通。由于这四路并联电路原理一样，因而以其中一路来分析加以说明。当dumpon信号有效进入hi1、lo1与hi2、lo2时，一路信号经过二极管d1，使场效应管q1导通，给功率场效应管q9的栅极充电并使之导通。当dumpon信号无效时，由于二极管d1的存在，q9将继续保持导通。当dumpoff信号有效加载到输入端时，晶体管q5导通，使得q9的栅极放电而断开。二极管d2用来防止q9的栅极重新充电，这样q9保持断开直到下一个dumpon信号的到来。二极管d9和d10的作用是起到嵌位电平防止电压幅度超过15v以有效保护q9/q10和q11/q12这四个mos管，通过此嵌位管作用后17.5v被嵌位到15v的安全范围内。经过以上操作后，可以很好的在天线发射后有效地泄放还残留在天线上的剩余发射能量，从而有效地保证仪器正常接收回波信号的时候能够有很好的信噪比。下图3是未加入能量泄放电路与加入能量泄放电路后天线上信号对比测试抓图： 图3：加入能量泄放电路对天线上信号的测试抓图 从上图3中可以清晰地看到当加入能量泄放电路后天线上发射信号残余能量快速衰减，有利于后续天线上微弱核磁共振回波信号的接收，提高了信号接收到信噪比。而当未加入能量泄放电路时，天线上残余发射信号能量衰减缓慢，由于残余能量与接收信号频率相同这样可能导致后续接收信号淹没在残余的发射信号中而不能提取。 三、微弱信号接收电路设计 （一）高压隔离功能设计 核磁共振测井仪信号接收电路中高压隔离部分的主要作用是当核磁仪器在发射高压信号激发地层回波信号时，有