基于MultiSIM声波测井仪仿真设计与实现.doc

目 录 前言 …………………………………………………………………………………2 声波发射电路的应用现状及实验意义 …………………………………3 第二章 声波发射电路基本原理…………………………………………………4 2.1 MOS管的工作原理 ……………………………………………………4 2.2 CMOS反相器的工作原理………………………………………………5 2.3 555定时器的原理及应用 ……………………………………………7 2.4 整流电路基本原理……………………………………………………10 2.5 整体声波发射电路原理………………………………………………11 第三章 Multisim电路仿真分析及电路调试结果………………………………13 第四章 声波发射电路的分析改进… ……………………………………………18 4.1 基于保护场效应管V4的技术改进……………………………………18 4.2 基于分析原电路各段信号变化的改进……………………………… 19 第五章 运用Protel设计印制电路板………………………………………… 24 第六章 实验总结 ……………………………………………………………… 27 参考文献…………………………………………………………………………… 28 致谢………………………………………………………………………………… 28 附录 实验电路板照片 ………………………………………………………… 29 前 言 在学校的大力提倡与鼓励之下，我们小组通过申请获得参加此次科技创新活动的机会。该创新课题由付建伟老师提出整个实验的基本框架构想，并提供实验场所和器材，同时细致悉心地进行全程实验指导，提供帮助。 实验主要在假期进行，整个过程共分五个阶段，第一阶段为电子电路基本知识掌握阶段，第二阶段为电路原理图分析探讨以及线路板连接及调试阶段，第三阶段为尝试性改进阶段，第四阶段为电路板制作阶段，第五阶段实验分析及总结阶段。本次试验以此五步有序进行，基本完成了实验要求，充分学习了电子电路基本知识，掌握了声波发射电路的原理，并经过不断探讨，反复尝试，从而设计出了符合实验要求的电子电路，制作出电路板，之后对电路进行实际分析与实验可靠性验证，最后在之前的基础上总结实验内容撰写实验报告。 声波发射电路的应用现状及实验意义 测井仪是测井作业中所必需的核心元件。声波测井中，测井仪需要在深井高温高压的环境下使用，这对使用条件及组合功能的要求较高。而现今大多数油田广泛采用1609补偿声波测井仪，这种类型的测井仪，其发射电路的CMOS场效应管易损坏，从而影响了测井仪的使用寿命。究其原因，原来1609补偿声波测井仪的发射电路存在缺陷，即原电路中的CMOS场效应管之一易于被击穿而损坏， 有些油田拒绝使用CMOS场效应管，改用可控硅代替CMOS场效应管作发射开关。 但是，美国阿拉斯加公司在1609电子线路设计中，最早使用的就是可控硅，经过一段时间的使用，发现可控硅抗干扰能力较差，比较容易产生误触发，造成仪器工作不正常；声波触发时间要求准确，可控硅作发射开关时，触发脉冲上升前沿不是非常陡峭，造成发射误差；而且由于可控硅关断时间的不确定性，造成仪器工作电流较大(200 mA)，从而影响组合测井时其他仪器的正常工作。阿拉斯加公司发现问题后，改用CMOS场效应管做发射开关。该种器件是电压可控器件，它可以执行满意的开关功能，具有体积小、功耗低等优点。在节约能源的同时，彻底消除了可控硅的误导现象，提高了测井成功率。 而新一代的改进后的1609补偿发射仪发射电路，彻底地解决了发射激励电路易损坏CMOS场效应管元器件的问题，仪器的可靠性较高。 本实验将采用更先进的VMOS管作为发射开关，通过深入分析测井仪发射电路的工作原理及其存在的缺陷，尝试新的可行的电路组合，调试成功后，用计算机软件制作电路板模型，并制成电路板，然后将其连接至测井仪工作电路中，检验其效能。从而达到改进原有技术，提高仪器的可靠性，以增加声波测井仪的使用寿命的目的，同时制成的电路板可应用于声波测井的实际作业中，突出了其使用价值。如此，本次创新实验就具有了重要的意义。 声波发射电路基本原理 声波发射电路分为三大模块：整流电路、控制电路及发射激励电路，所设计电路的各个部分间关系如下： 实验中需用到的电子器件主要有MOS管，555定时器，整流器等，下面对所用元器件和电路做以介绍。 2.1 MOS管的工作原理 MOS管作为开关电路在数字电路或系统中应用非常广泛，它的作用对应于有触点开关的“断开”或“闭合”，但在速度和可靠性方面比机械开关优越得多。图2-1-