文強　史盼盼

摘要：陣列感應測井儀器的基本探頭是由一個發(fā)射和兩個接收線圈組成的三線圈系子陣列，其信號發(fā)射和接收特性決定了整體儀器的測量特性和后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。該文提出了一種基于DSP的三線圈系感應測井數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用其片內(nèi)的12位A/D轉換器，通過電路校正和軟件校正相結合的方法，完成對信號的數(shù)據(jù)采集，最終形成陣列感應測井儀器最小子系統(tǒng)，為復雜陣列感應測井系統(tǒng)電路設計與實現(xiàn)提供前期基礎。

關鍵詞：數(shù)據(jù)采集；DSP；感應測井

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）27-0192-02

在石油測井中，地層電阻率測量是測井解釋評價油氣儲藏的主要依據(jù)，感應測井是重要的電阻率測量方法。20世紀90年代，國外出現(xiàn)了新的感應測井方法—陣列感應測井。它所提供的井下豐富的地層信息，不但可以很好的消除各種環(huán)境影響和趨膚效應影響，獲取地層的真電導率，而且還拓寬了感應測井的應用范圍，進行復雜的侵入解釋和薄層分析，對準確評價油氣儲藏具有重要的作用。[1]

要獲得井下豐富的地層信息，數(shù)據(jù)采集是很重要的部分，數(shù)字信號處理器（DSP）很好地滿足了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對于核心處理器的要求，自從上世紀70年代問世以來，在通信、控制、圖像處理、語音處理等領域已得到了極其廣泛的應用。[2]

本文設計了一個基于F2812的DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用其內(nèi)部豐富的資源，大大地簡化了電路設計，并利用DSP的高速處理能力，實現(xiàn)了高速、低功耗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計。

1 系統(tǒng)方案概述

1.1 設計要求

此次設計的系統(tǒng)采用DSP片內(nèi)的12位AD實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集，設計應滿足以下要求：

1） 發(fā)射信號能夠滿足一定功率要求，能夠驅(qū)動發(fā)射線圈產(chǎn)生一定強度的磁場；

2） A/D采樣電路：完成對電壓模擬信號的數(shù)據(jù)采集。

1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體結構設計

系統(tǒng)的總體結構如圖1所示，主要包括DSP、信號發(fā)射和接收電路、三線圈系以及計算機的通信接口。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，A/D轉換器是采集系統(tǒng)的核心，在基于F2812的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，選用了芯片內(nèi)置的ADC模塊。[3]

2 系統(tǒng)主要硬件電路設計

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分主要由DSP芯片、發(fā)射電路和接收電路、存儲模塊及串口這幾部分組成。

2.1信號發(fā)射和接收電路的設計

發(fā)射驅(qū)動電路提供儀器發(fā)射線圈上的發(fā)射信號。發(fā)射電路由DSP波形產(chǎn)生電路、開關控制電路、開關電路、濾波電路等部分組成。為了保證發(fā)射信號在測井環(huán)境下工作穩(wěn)定，同時提供多頻信號，發(fā)射電路輸出波形設計為三階梯波信號，基波頻率為10KHz，各頻率分量的信號幅度與頻率的平方成反比，應用大功率場效應晶體管FET作為輸出級，開關特性好、管壓降小，效率高。結構圖如圖2所示。

接收電路主要包括放大電路、低通濾波和調(diào)理電路，最后將符合DSP接收的信號送入采集系統(tǒng)中，這就是整個陣列感應信號接收部分。

2.2 線圈系的設計

本采集系統(tǒng)所用的線圈系較為簡單，主要包括發(fā)射線圈、屏蔽線圈和接收線圈，線圈系的各項參數(shù)參考陣列感應成像測井儀器AIT子陣列4的線圈系參數(shù)[1]，發(fā)射線圈匝數(shù)為100，接收線圈匝數(shù)位94，間距0.381m，屏蔽線圈匝數(shù)為50，且繞向與發(fā)射線圈和接收線圈繞向相反，這樣可以減小線圈之間相互干擾。

2.3通信接口電路設計

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用RS232通訊方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，與F2812接口的外設選用MAX3232，如圖3所示。

3 軟件流程

在整個系統(tǒng)運行前，首先要對系統(tǒng)時鐘、芯片的外設時鐘和看門狗進行配置，以保時鐘信號工作正常，初始化2812的所有端口，首先配置寄存器使其能夠完成特定的功能，隨后初始化其初始中斷向量表，對應的中斷使能位啟動，這就能保證系統(tǒng)中斷服務程序正常響應，然后進入循環(huán)等待命令。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件流程如圖4所示。

4 系統(tǒng)驗證

將發(fā)射電路連接DSP系統(tǒng)并用直流穩(wěn)壓電源為其供電，示波器中顯示的實際發(fā)射波形圖如圖5所示：

從圖5可以看出，發(fā)射的實際波形為近似的三階梯波信號，滿足技術指標，符合設計需要。

5 結語

本文闡述了基于F2812的DSP三線圈感應測井數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用其內(nèi)部AD來簡化了AD采集電路，并對整體系統(tǒng)進行了實驗研究與分析，其結果驗證了所設計的系統(tǒng)能夠?qū)π盘栠M行快速采集和實時處理。

參考文獻：

[1] 張建華，劉振華，仵杰.電法測井原理與應用[M].西安：西北大學出版社，2002（11）.

[2] 楊煒新，裴峰，張雪峰.基于DSP的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計[J]，技術縱橫，2013，8（6）.

[3] 郭濤，張英祥，陳鋒.基于TMS320F2812的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)設計[J]. 機械工程與自動化，2010.1：7-9.

[4] 張家田，徐飛，嚴正國，張龍.基于TMS320F2812的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].2009（5）：80-82.