李 勝 張 利 唐松安

(中國石油集團測井有限公司吐哈事業(yè)部 新疆鄯善)

MRIL—P型核磁共振成像測井儀器發(fā)射器模塊故障分析

李 勝 張 利 唐松安

(中國石油集團測井有限公司吐哈事業(yè)部 新疆鄯善)

MRIL—P型核磁共振測井儀器電子儀線路檢測儀(MREE)中,發(fā)射器模塊是最容易發(fā)生故障的部件之一。文章介紹了發(fā)射器模塊在整個發(fā)射系統(tǒng)中的功能,并對其故障進行了分析。

MRIL—P型核磁;發(fā)射器模塊;瞬態(tài)電壓抑制器

0 引 言

在MRIL—P型核磁共振測井儀系統(tǒng)中,有兩塊發(fā)射器模塊,其作用就像一個工作在開關(guān)模式的全波功率放大器,它為天線提供一個大功率的RF發(fā)射脈沖信號,幅度可達1.5 kV,15 A。產(chǎn)生如此大功率的脈沖信號對發(fā)射器模塊的性能要求十分嚴格。本文介紹了發(fā)射器模塊的維修過程和經(jīng)驗[1、2]。

1 發(fā)射器模塊的工作原理

發(fā)射器模塊由一個浮地電源板、四個場效應(yīng)驅(qū)動板、四組功率場效應(yīng)管和若干保護機構(gòu)組成。浮地電源板為四個場效應(yīng)管驅(qū)動板提供+15 V隔離電源。場效應(yīng)驅(qū)動器板為發(fā)射器功率場效應(yīng)管提供+15 V的柵極控制脈沖信號。場效應(yīng)漏極接到±600 V的直流電源,源極的輸出受柵極控制信號的控制。發(fā)射器的輸出接到一個調(diào)諧至基頻的發(fā)射濾波器,信號經(jīng)過一系列的濾波、變壓最終將一個在功率的RF發(fā)射脈沖信號送到天線。其中RF脈沖幅度的大小由激發(fā)器模塊輸出的兩個RF脈沖幅度控制信號的相位移來決定。

2 故障現(xiàn)象與分析

2.1 故障現(xiàn)象

吐哈事業(yè)部的MRIL—P型核磁共振儀自2006年引進使用中就一直存在發(fā)射器模塊頻繁被燒壞的情況,其現(xiàn)象表現(xiàn)為如下幾個方面:

(1)故障頻率高。平均三口井發(fā)射器模塊就會被燒壞一次。

(2)故障的不可控制性。發(fā)射器模塊A和B都有燒壞的現(xiàn)象,有時甚至兩塊模塊同時被燒壞。故障具有隨機性和不可控制性。

(3)故障現(xiàn)象又具有一致性。在燒壞的發(fā)射器模塊中,每次都是其內(nèi)部的功率場效應(yīng)管被燒壞,有時是場效應(yīng)管漏極和源極被激穿,有時是元件直接炸裂,同時伴隨著二極管MBR3045ST被激穿的現(xiàn)象。

2.2 故障分析與查找

發(fā)射器模塊被燒壞的情況在各個測井公司都曾發(fā)生過,但是這種高頻率的儀器故障還是極其罕見的,說明儀器的某個環(huán)節(jié)存在故障隱患。通過對儀器故障的分析認為,能夠直接導(dǎo)致發(fā)射器模塊被燒壞的因素有三個方面,分別是:(1)功率場效應(yīng)管柵極控制脈沖信號不正常;(2)探頭上波段繼電器性能下降;(3)發(fā)射器內(nèi)部保護電路存在問題。

針對以上因素,我們對可能引起儀器故障的因素進行深入的查找,逐步排除,最終鎖定并解決了問題。發(fā)射器模塊部分電路圖如圖1所示。

首先,在儀器發(fā)射期間,利用高分辨率示波器檢查激發(fā)器模塊的輸出信號XLL—A1+/-和XLL—B1+/-,信號的相位差和波形均正常。說明功率場效應(yīng)管柵極控制脈沖信號工作正常,直接排除了DSP模塊和激發(fā)器模塊的問題。

圖1 發(fā)射器模塊部分電路圖

其次,探頭上波段繼電器的壽命平均在10萬次左右,相當(dāng)于測25口井。我們的儀器在投產(chǎn)的初期就一直存在發(fā)射器模塊被燒壞的隱患,加上儀器每次掃頻都正常。所以波段繼電器性能在理論上沒有問題。

最后,將問題基本鎖定在發(fā)射器內(nèi)部保護電路上,電感L2(0.3μH)的作用是當(dāng)功率場效應(yīng)管ATP1001RBN(Q1、Q2、Q3)導(dǎo)通時,限制吸收對原已放電的另一組功率開關(guān)的輸出電容的充電電流峰值,起到保護作用。瞬態(tài)電壓抑制器D1(1.5KE24CA)和二極管D2的作用是避免當(dāng)出現(xiàn)在功率場效應(yīng)管源極的尖峰電壓為正時,場效應(yīng)管內(nèi)部的二極管導(dǎo)通,起到保護作用。二極管串(D11～D15)和瞬態(tài)電壓抑制器(D5～D7)的作用是當(dāng)功率開關(guān)關(guān)斷中止了輸出電流時,貯存在限流電感L2中的能量將在功率管(Q1、Q2、Q3)的源極產(chǎn)生一個負的尖峰脈沖,此時通過二極管串(D11～D15)和瞬態(tài)電壓抑制器(D5～D7)的浪涌電流將在200ns中吸收此能量。二極管(D61～D64)的作用是減少儀器工作在接收方式期間可能由發(fā)射器注入天線的噪聲。以上各元器件都有嚴格的檢驗技術(shù)指標,二極管D2(MBR3045ST)的準確壓降為+0.157V(0.15V～0.16V為正常),二極管(MGR2025CT)串(D11～D15)的準確壓降為+0.383V(一般大于0.35V為正常),二極管(MGR2025CT)(D61～D64)的準確壓降為+0.4V,瞬態(tài)電壓抑制器(1.5KE24CA)D1和D5～D7是對管,其兩極阻值理論上為無窮大。針對問題,結(jié)合各項技術(shù)指標,我們對兩塊發(fā)射器模塊保護電路進行了深入的檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩塊發(fā)射器模塊中瞬態(tài)電壓抑制器D5～D7兩端都導(dǎo)通,失去了保護作用,造成功率管(Q1、Q2、Q3)頻繁被燒壞。

所以說發(fā)射器模塊被燒壞的原因為:瞬態(tài)電壓抑制器D5～D7壞,當(dāng)功率開關(guān)關(guān)斷中止了輸出電流時,儲存在限流電感L2中的能量在功率管(Q1、Q2、Q3)的源極產(chǎn)生的尖峰脈沖不能及時進行吸收,導(dǎo)致功率管被高壓燒壞。

2.3 解決方案

首先更換瞬態(tài)電壓抑制器D5～D7,恢復(fù)完整的保護電路結(jié)構(gòu)。其次,由于一組功率管燒壞可能影響其它組的功率管性能,為了達到最優(yōu)化儀器性能,需更換發(fā)射器模塊中的所有功率管。最后,根據(jù)儀器各項技術(shù)指標,對儀器的保護電路進行整體檢查,確保各項技術(shù)指標在規(guī)定范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語

在儀器引進的初期,曾經(jīng)使用過便攜式直流電源給儀器提供高壓。由于該電源當(dāng)初工作不穩(wěn)定,可能導(dǎo)致儀器瞬態(tài)電壓抑制器D5～D7被擊穿,造成儀器隱患。故在利用核磁振儀器測井時,要求直流電源必須絕對穩(wěn)定。通過以上問題的分析和解決,已在實際的測井過程中得到有效的驗證,證明對問題的分析和解決是完全正確的。

[1] 王會平.北京環(huán)鼎科技有限責(zé)任公司[M].MRIL—P型核磁共振成像測井儀培訓(xùn)教材(第6版),2007

[2] Halliburton.Houston,USA.Magnetic Resonance Imaging Logging System Maintenance Manual.1999(資料)

P631.8+1

B

1004-9134(2010)01-0091-02

李 勝,男,1981年生,工程師,2004年畢業(yè)于西南石油學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè),現(xiàn)在中國石油集團測井有限公司吐哈事業(yè)部儀修中心主要從事生產(chǎn)測井儀器、MRIL—P型核磁共振成像測井儀器的維修工作。郵編:837202

2009-06-25編輯梁保江)

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