專利名稱：一種用于感應(yīng)測井儀的數(shù)字相敏檢波電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種感應(yīng)測井儀的數(shù)字相敏檢波電路。
背景技術(shù)：
目前石油測井行業(yè)所裝備的801型感應(yīng)測井儀器中的相敏檢波器是傳統(tǒng)的模擬相敏檢波器，它是利用雙發(fā)射極晶體管的開關(guān)特性實現(xiàn)的，其最主要的缺點在于三極管的管壓降導(dǎo)致了較大的檢波誤差，影響到對地層電阻率的識別精度，從而影響了對油、氣儲層的準(zhǔn)確判別。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于為感應(yīng)測井儀器提供了一種高精度的數(shù)字相敏檢波電路，它能夠徹底去除無用信號，保留與油、氣儲層有關(guān)的有用信號，具有檢波精度高、性能可靠的特點。
實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是一種用于感應(yīng)測井儀的數(shù)字相敏檢波電路，包括16位A/D轉(zhuǎn)換芯片U1，32位數(shù)字信號處理芯片U2，程序和數(shù)據(jù)存儲芯片U3，電平轉(zhuǎn)換芯片U4，晶體振蕩器U5，14位D/A轉(zhuǎn)換芯片U6，運算放大器U7，其特征是與U1的輸入引腳R2IN相連的由R7、R8、R9組成的電阻網(wǎng)絡(luò)用以進(jìn)行增益補償與調(diào)節(jié)，數(shù)字信號處理芯片U2的串行口由幀同步引腳FSRO、串行數(shù)據(jù)引腳DRO、串行時鐘引腳CLKRO組成，它們分別連接到U1的BUSY、DATA、DATACLK引腳上，U1的輸入端R/C直接與U2的XF1引腳相連，U3的D0-D7數(shù)據(jù)引腳為輸出端，通過電平轉(zhuǎn)換芯片U4實現(xiàn)與U2的接口，U3的A0-A16地址引腳為輸入端，可直接與U2連接，U4的方向控制引腳DIR與U2的R/W相連，同時U4的輸出使能引腳OE與U2的地址線A19相連，U2的數(shù)據(jù)引腳D19-D32是輸入引腳，與U6的數(shù)據(jù)引腳D0-D13直接相連，模擬信號由U6的輸出引腳OUT1與OUT2以差分電流的形式輸出，該差分信號經(jīng)運算放大器U7轉(zhuǎn)換為單端信號，并進(jìn)行放大和驅(qū)動后輸出到測井儀器的傳輸電路中，以便將其傳輸至地面。
數(shù)字信號處理芯片U2的串行口幀同步引腳FSRO、串行數(shù)據(jù)引腳DRO、串行時鐘引腳CLKRO分別經(jīng)電阻R1、R2，R3、R4，R5、R6構(gòu)成的分壓電路連接到U1的BUSY、DATA、DATACLK引腳上。
與U2相接的U5是通用一體化晶體振蕩器，為U2提供時鐘信號。
U2采用外部時鐘方式，其引腳EXTCLK與U5相連，引腳XIN與地相連。
本實用新型的特點是采用了以浮點數(shù)字信號處理器、高精度A/D為核心的檢波電路。其中數(shù)字信號處理器(以下簡稱DSP)是一種擴(kuò)展精度為40位的浮點芯片，為了節(jié)省功耗，DSP的電源采用+3.3V供電，內(nèi)核采用+1.8V供電。用于相敏檢波的程序存放在EPROM中，EPROM為+5V供電的芯片，采用電平轉(zhuǎn)換芯片U4實現(xiàn)了DSP數(shù)據(jù)與EPROM數(shù)據(jù)之間的電平轉(zhuǎn)換。
本實用新型的工作過程如下感應(yīng)測井儀的測井信號輸入到A/D芯片的輸入端，由A/D芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過串行口送入DSP，DSP按照通用傅立葉變換的原理完成相敏檢波，檢波后的信號送入高精度D/A芯片轉(zhuǎn)換成模擬信號，再由運算放大器進(jìn)行驅(qū)動和放大，最終將檢波后的信號傳輸?shù)降孛妗?br>

圖1是現(xiàn)有模擬相敏檢波的波形圖。
圖2是現(xiàn)有模擬相敏檢波器的電路圖。
圖3是本實用新型數(shù)字相敏檢波器的電路圖。
具體實施方式
現(xiàn)有的感應(yīng)測井儀中相敏檢波的實現(xiàn)如圖1、圖2所示。該電路由耦合變壓器B1、B2，雙發(fā)射極晶體管BG1、BG2，負(fù)載電阻R3和濾波電路L1、L2、L3、C1組成。這是一個全波相敏檢波電路，BG1和BG2是PNP型雙發(fā)射極晶體管，在電路中起開關(guān)作用，當(dāng)其集電極和基極之間加上正向偏置電壓時，管子導(dǎo)通，發(fā)射極E1、E2之間呈低阻狀態(tài)；反之，當(dāng)集電極和基極間反向偏置時，管子截止，發(fā)射極E1、E2之間呈高阻狀態(tài)。其檢波過程如下在0-π期間，參考信號為正半周，假設(shè)變壓器B1的次級電壓極性為上端“+”，下端“-”，這時參考信號使BG1的集-基極反向偏置，BG2的集-基極正向偏置，于是BG1截止，BG2導(dǎo)通。如果有用信號在變壓器B2的次級也是上端“+”，下端“-”，則有用信號從右至左流過負(fù)載電阻R3。而對于無用信號，在0-π/2期間，極性與有用信號相同，因此在此期間無用信號形成的電流方向與有用信號相同；在π/2-π期間，無用信號與有用信號反相，因此在此期間無用信號形成的電流從左至右流過R3，即無用信號被檢出的是負(fù)信號。由相敏檢波波形圖2可見，在0-π/2和π/2-π期間，無用信號被檢出的正、負(fù)信號的波形面積相等，因此經(jīng)過L1、L2、L3、C1組成的濾波電路后，無用信號被濾掉。這時相敏檢波輸出的只有有用信號。
在π-2π期間，相敏檢波器的工作原理與0-π期間相同，同樣是有用信號被檢出，無用信號被濾掉。不同的是，在此期間變壓器B1和B2的次級極性與圖2所標(biāo)出的極性相反，因此BG1導(dǎo)通，BG2截止。
圖3是本實用新型實現(xiàn)相敏檢波的電路框圖。包括16位A/D轉(zhuǎn)換芯片U1(AD977)，32位DSP芯片U2(TMS320VC33)，程序和數(shù)據(jù)存儲器芯片U3(AM29F010)，電平轉(zhuǎn)換芯片U4(74LVC245)，晶體振蕩器U5，14位D/A轉(zhuǎn)換芯片U6(AD9767)，運算放大器U7(LF347)。
被檢波的測井信號是頻率為20KHz的正弦波，該信號送入A/D轉(zhuǎn)換芯片U1的輸入引腳R2IN后轉(zhuǎn)換成16位的數(shù)字信號，與R1IN引腳相連的由R7、R8、R9組成的電阻網(wǎng)絡(luò)用以進(jìn)行增益補償與調(diào)節(jié)。該數(shù)字信號送入DSP芯片U2的串行口，該串行口由幀同步引腳FSRO、串行數(shù)據(jù)引腳DRO、串行時鐘引腳CLKRO組成，它們分別連接到U1的BUSY、DATA、DATACLK引腳上。由于U2的I/O電平是+3.3V，而U1的I/O電平是+5V，所以上述U1的三個引腳的輸出電平也是+5V，為了使其能夠與U2接口，對這三個引腳的信號經(jīng)電阻R1、R2，R3、R4，R5、R6構(gòu)成的分壓電路分出+3.3V的信號后送到U2的串口。U1的輸入端R/C是讀取數(shù)據(jù)和啟動轉(zhuǎn)換的輸入引腳，可以直接承受+3.3V的電平，因而直接與U2相連。
U2的程序是存放在程序和數(shù)據(jù)存儲芯片U3中的，上電后，U2的引腳CLKXO為高電平，經(jīng)反相后為低電平，這就保證了U3的輸出使能引腳OE低電平，即U3處于輸出狀態(tài)，從而使U2自動將U3內(nèi)的程序一次性地加載到U2內(nèi)部的高速RAM區(qū)并開始高速運行。程序開始執(zhí)行后，U2的引腳CLKXO變?yōu)榈碗娖?，使U3停止數(shù)據(jù)的輸出。由于U3采用+5V供電，其D0-D7數(shù)據(jù)引腳為輸出端，因此需通過電平轉(zhuǎn)換芯片U4實現(xiàn)與U2的接口，而其A0-A16地址引腳為輸入端，可直接與U2連接。
U4是一種可實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換芯片，為了保證上電后能將U3內(nèi)部的程序加載到U2上，因此將U4的方向控制引腳DIR與U2的引腳R/W相連，即上電后R/W為高電平，使引腳DIR為高，同時U4的輸出使能引腳OE與U2的地址線A19相連，這就使得上電后U4輸出的數(shù)據(jù)可直接傳輸?shù)経2上。
對感應(yīng)測井信號的相敏檢波采用的是通用的傅立葉變換法，檢波的運算過程是在U2中實現(xiàn)的，檢波的目的是計算出被檢波信號的相位，以去除掉無用信號，保留有用信號，并將有用信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換芯片U6轉(zhuǎn)換為模擬信號。U2的數(shù)據(jù)引腳D19-D32是輸入引腳，而且可直接與U6的數(shù)據(jù)引腳相連。U2是一種具有32個數(shù)據(jù)引腳的芯片，為了避免數(shù)據(jù)沖突，將U2的D19-D32與U6的DO-D13進(jìn)行直接相連。模擬信號由U6的輸出引腳OUT1與OUT2以差分電流的形式輸出，該差分信號經(jīng)運算放大器U7轉(zhuǎn)換為單端信號，并進(jìn)行放大和驅(qū)動后輸出到測井儀器的傳輸電路中，以便將其傳輸至地面。
與U2相接的U5是通用一體化晶體振蕩器，為U2提供時鐘信號。U2采用外部時鐘方式，其引腳EXTCLK與U5相連，引腳XIN與地相連。
權(quán)利要求1.一種用于感應(yīng)測井儀的數(shù)字相敏檢波電路，包括16位A/D轉(zhuǎn)換芯片U1，32位DSP數(shù)字信號處理器芯片U2，程序和數(shù)據(jù)存儲芯片U3，電平轉(zhuǎn)換芯片U4，晶體振蕩器U5，14位D/A轉(zhuǎn)換芯片U6，運算放大器U7，其特征是與U1的輸入引腳R2IN相連的由R7、R8、R9組成的電阻網(wǎng)絡(luò)用以進(jìn)行增益補償與調(diào)節(jié)，DSP芯片U2的串行口由幀同步引腳FSR0、串行數(shù)據(jù)引腳DR0、串行時鐘引腳CLKR0組成，它們分別連接到U1的BUSY、DATA、DATACLK引腳上，U1的輸入端R/C直接與U2的XF1引腳相連，U3的D0-D7數(shù)據(jù)引腳為輸出端，通過電平轉(zhuǎn)換芯片U4實現(xiàn)與U2的接口，U3的A0-A16地址引腳為輸入端，可直接與U2連接，U4的方向控制引腳DIR與U2的R/W相連，同時U4的輸出使能引腳OE與U2的地址線A19相連，U2的數(shù)據(jù)引腳D19-D32是輸入引腳，與U6的數(shù)據(jù)引腳D0-D13直接相連，模擬信號由U6的輸出引腳OUT1與OUT2以差分電流的形式輸出，該差分信號經(jīng)運算放大器U7轉(zhuǎn)換為單端信號，并進(jìn)行放大和驅(qū)動后輸出到測井儀器的傳輸電路中，以便將其傳輸至地面。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于感應(yīng)測井儀的數(shù)字相敏檢波電路，其特征是DSP芯片U2的串行口幀同步引腳FSR0、串行數(shù)據(jù)引腳DR0、串行時鐘引腳CLKR0分別經(jīng)電阻R1、R2，R3、R4，R5、R6構(gòu)成的分壓電路連接到U1的BUSY、DATA、DATACLK引腳上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于感應(yīng)測井儀的數(shù)字相敏檢波電路，其特征是與U2相接的U5是通用一體化晶體振蕩器，為U2提供時鐘信號。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于感應(yīng)測井儀的數(shù)字相敏檢波電路，其特征是U2采用外部時鐘方式，其引腳EXTCLK與U5相連，引腳XIN與地相連。
專利摘要一種感應(yīng)測井儀的數(shù)字相敏檢波電路，包括16位A/D轉(zhuǎn)換芯片U1(AD977)，32位DSP數(shù)字信號處理芯片U2(TMS320VC33)，程序和數(shù)據(jù)存儲器芯片U3(29F010)，電平轉(zhuǎn)換芯片U4(74LVC245)，晶體振蕩器U5，14位D/A轉(zhuǎn)換芯片U6(AD9767)，運算放大器U7(LF347)。本實用新型利用浮點數(shù)字信號處理器、高精度A/D數(shù)字芯片實現(xiàn)了感應(yīng)測井儀的數(shù)字相敏檢波，它克服了傳統(tǒng)模擬相敏檢波器中由于三極管管壓降引起檢波精度不高的弊病，徹底去除了無用信號，保留了與油、氣儲層有關(guān)的有用信號，具有檢波精度高、性能可靠的特點。
文檔編號E21B47/00GK2777573SQ20042008584
公開日2006年5月3日 申請日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者謝雁, 黨瑞榮, 李利品 申請人:西安石油大學(xué)