小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置及數(shù)據(jù)采集傳輸和自穩(wěn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)井領(lǐng)域，尤其涉及高精度測(cè)量放射性礦物含量的小口徑伽馬能譜測(cè) 井裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 自然伽馬能譜測(cè)井是在鉆孔內(nèi)對(duì)巖石自然伽馬放射線進(jìn)行能譜測(cè)量與分析，分別 測(cè)定地層內(nèi)鈾、釷、鉀含量來(lái)研宄井剖面地層性質(zhì)的測(cè)井方法。目前，國(guó)內(nèi)伽馬能譜測(cè)井儀 在石油工業(yè)的應(yīng)用主要是通過(guò)自然伽馬能譜測(cè)井所測(cè)量的U、Th、K含量來(lái)識(shí)別巖性、研宄 沉積環(huán)境、生油層，尋找儲(chǔ)集層，確定粘土含量等目的，特點(diǎn)是含量測(cè)量范圍小、測(cè)井儀直徑 大（一般大于90mm)。鈾礦勘查中由于鉆孔內(nèi)放射性物質(zhì)含量高，伽馬射線強(qiáng)，目前這些測(cè) 井儀不適宜用于鈾礦勘查的測(cè)量要求。國(guó)外MountSopris、RG、Geovista等公司生產(chǎn)的自 然伽馬能譜測(cè)井儀直徑大多在50mm-60mm之間，多采用BG0、NaI和BaLr3閃爍晶體探測(cè)器。 我國(guó)一些熱液型鈾礦床屬于鈾、釷混合型礦床，對(duì)于此類礦床需要采用伽馬能譜測(cè)井方法 分別測(cè)定礦石的鈾、釷含量，才能準(zhǔn)確計(jì)算鈾的儲(chǔ)量，而且鉆孔裸眼直徑大都為60_，因此 需要開(kāi)發(fā)小口徑伽馬能譜測(cè)井儀。
[0003] 由于測(cè)井儀口徑小，晶體尺寸小，導(dǎo)致晶體探測(cè)到的伽馬射線少。為了提高測(cè)井效 率，提出了實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量的需求，對(duì)探測(cè)器探測(cè)效率、為減小死時(shí)間目的對(duì)信號(hào)高速采集、 傳輸及自穩(wěn)等提出了更高要求。伽馬能譜測(cè)井儀自動(dòng)穩(wěn)譜精度決定了核素含量的解算精 度。伽馬能譜測(cè)井不同于車載伽馬譜儀、航空伽馬譜儀，后者在自動(dòng)穩(wěn)譜方面主要針對(duì)溫度 引起的譜漂移問(wèn)題，采用天然 4°K的1. 460MeV光電峰和2°811的2. 614MeV光電峰等作為基 準(zhǔn)進(jìn)行穩(wěn)譜，優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有自穩(wěn)源引起的本底。而鉆孔中進(jìn)行伽馬能譜測(cè)井，晶體探測(cè)器更接 近圍巖礦體，放射性強(qiáng)度變化劇烈，要求自動(dòng)穩(wěn)譜反應(yīng)迅速，對(duì)于薄礦層尤其如此。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置及數(shù)據(jù)采集、傳輸和自穩(wěn)方法，用 于測(cè)量礦床中放射性物質(zhì)的含量。本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是減小儀器的死時(shí)間和 快速自穩(wěn)。
[0005] 技術(shù)方案
[0006] 本發(fā)明的小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置的原理方框圖如圖1所示，具有：BG0閃爍晶體 探測(cè)器、mBa自穩(wěn)源、光電倍增管、第一放大器、極零相消電路、第二放大器、基線恢復(fù)電路、 高壓模塊、自穩(wěn)電路、采樣保持電路、閾值比較電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、地址鎖存器、第一微處理 器、雙端口RAM、第二微處理器、時(shí)基電路、溫度探測(cè)單元。
[0007] BG0閃爍晶體探測(cè)器探測(cè)周圍礦體產(chǎn)生的天然伽馬射線和133Ba自穩(wěn)源放出的伽 馬射線，產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)光電倍增管放大，傳輸?shù)降谝环糯笃鞣糯蠛?，傳輸?shù)綐O零相消電路 后，再經(jīng)第二放大器放大，到達(dá)基線恢復(fù)電路。經(jīng)過(guò)基線恢復(fù)后，信號(hào)分兩路，分別到達(dá)采樣 保持電路和閾值比較電路。閾值比較電路將輸入信號(hào)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若信號(hào)大于 閾值，則閾值比較電路產(chǎn)生選通脈沖，觸發(fā)采樣保持電路采集信號(hào)并整形。采樣整形信號(hào)傳 輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，根據(jù)信號(hào)幅度通過(guò)地址鎖存器映射到存儲(chǔ) 器相應(yīng)的地址存儲(chǔ)單元。采樣保持電路、閾值比較電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、地址鎖存電路等構(gòu) 成一個(gè)硬件閉環(huán)系統(tǒng)。
[0008] 采用雙端口RAM存儲(chǔ)器和雙CPU，分工協(xié)同完成高速伽馬脈沖采集、數(shù)據(jù)讀取以及 自動(dòng)穩(wěn)譜等功能，并實(shí)時(shí)將譜數(shù)據(jù)發(fā)送到地面系統(tǒng)。
[0009] 具體地，第一微處理器負(fù)責(zé)高速采集伽馬脈沖，包含自穩(wěn)峰脈沖。其工作流程如圖 2所示。
[0010] 第一步，開(kāi)機(jī)，初始化；
[0011] 第二步，延時(shí)，使第二微處理器清空雙端口RAM的譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和設(shè)定譜采集時(shí) 間；
[0012] 第三步，判斷A/D轉(zhuǎn)換器是否有伽馬脈沖轉(zhuǎn)換完成中斷輸入？若無(wú)，則反復(fù)第三 步；若有，則進(jìn)行第四步；
[0013] 第四步，讀取A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)；
[0014] 第五步，根據(jù)讀取的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果將其映射到雙端口RAM的相應(yīng)譜道存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行 累加1 ;
[0015] 第六步，判斷譜采集時(shí)間是否結(jié)束？若否，則返回到第三步；若是，則進(jìn)行第七 步；
[0016] 第七步，切換能譜數(shù)據(jù)幀后，返回到第三步。
[0017] 第二微處理器負(fù)責(zé)讀取并傳輸雙端口RAM存儲(chǔ)器中的譜數(shù)據(jù)及實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自穩(wěn)控 制。第二微處理器的工作流程如圖3所示。
[0018] 第一步，開(kāi)機(jī)，初始化；
[0019] 第二步，清空雙端口RAM譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；
[0020] 第三步，設(shè)定譜采集時(shí)間；
[0021] 第四步，依據(jù)溫度探測(cè)單元讀數(shù)設(shè)定光電倍增管PMT的高壓初值；
[0022] 第五步，判斷譜采集時(shí)間是否結(jié)束？若否，反復(fù)第五步；若是，進(jìn)行第六步；
[0023] 第六步，讀取并傳輸譜數(shù)據(jù)，清空相應(yīng)數(shù)據(jù)幀存儲(chǔ)區(qū)；累計(jì)自穩(wěn)峰數(shù)據(jù)；
[0024] 第七步，判斷自穩(wěn)周期是否結(jié)束？若否，則返回第五步，若是，則進(jìn)行第八步；
[0025] 第八步，計(jì)算自穩(wěn)峰漂移；
[0026] 第九步，判斷自穩(wěn)蜂漂移是否超過(guò)設(shè)定值？若是，則進(jìn)行第十步；若否，則進(jìn)行第 i^一步；
[0027] 第十步，調(diào)整光電倍增管PMT的高壓HV輸出；
[0028] 第十一步，清空自穩(wěn)譜數(shù)據(jù)區(qū)，并返回步驟五。
[0029] 開(kāi)機(jī)后，在時(shí)基電路協(xié)同下，第一微處理器和第二微處理器分別按照?qǐng)D2和3所示 流程操作。具體為，第一微處理器和第二微處理器分別進(jìn)行第一步，初始化。然后第一微處 理器進(jìn)行第二步，延時(shí)，等待第二微處理器完成第二步至第四步，即，第二步清空雙端口RAM 的譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，第三部設(shè)定譜采集時(shí)間，第四步依據(jù)溫度探測(cè)單元讀數(shù)設(shè)定光電倍增管 PMT的高壓初值。然后，第一微處理器從第三步開(kāi)始采集伽馬脈沖數(shù)據(jù)。具體為在一個(gè)譜采 集時(shí)間內(nèi)，A/D轉(zhuǎn)換器有伽馬中斷輸入時(shí)，第一微處理器讀取A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)讀 取的A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)映射到雙端口RAM相應(yīng)譜道存儲(chǔ)區(qū)，進(jìn)行累加1操作。在第六步，判斷 譜采集時(shí)間結(jié)束時(shí)，第一微處理器切換下一幀繼續(xù)進(jìn)行伽馬脈沖信號(hào)采集。
[0030] 第二微處理器在完成如3所示流程中的第一至第四步之后，等待第一微處理器完 成第一幀譜采集。即，在第五步，判斷譜采集時(shí)間結(jié)束時(shí)，也就是第一微處理器完成第一幀 譜采集時(shí)，第二微處理器進(jìn)行第六步，即讀取第一幀譜采集數(shù)據(jù)并傳輸譜數(shù)據(jù)，同時(shí)清空數(shù) 據(jù)第一幀譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。在第一微處理器完成第二幀譜數(shù)據(jù)采集時(shí)，第二微處理器反復(fù)上 述數(shù)據(jù)讀取操作。這樣第一微處理器完成高速伽馬脈沖數(shù)據(jù)采集，寫(xiě)入雙端口RAM中，第二 微處理器完成把第一微處理器最先存入雙端口RAM中的譜數(shù)據(jù)幀首先讀出并傳輸出去，實(shí) 現(xiàn)高速伽馬信號(hào)采集和傳輸并行處理，提高了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)乃俾省?br>[0031] 第一和第二微處理器還協(xié)同完成自穩(wěn)控制。具體為，第一微處理器采集的譜數(shù)據(jù) 中包含自穩(wěn)峰譜數(shù)據(jù)。第二微處理器在一個(gè)自穩(wěn)周期內(nèi)，把讀出的譜數(shù)據(jù)中的自穩(wěn)峰譜數(shù) 據(jù)累計(jì)。在自穩(wěn)周期結(jié)束時(shí)，計(jì)算自穩(wěn)峰譜漂移，并判斷自穩(wěn)峰漂移是否超過(guò)設(shè)定值。若自 穩(wěn)峰漂移超過(guò)設(shè)定值，則傳輸?shù)阶苑€(wěn)電路，自穩(wěn)電路根據(jù)自穩(wěn)峰漂移參數(shù)控制光電倍增管 PMT的高壓模塊的輸出電壓，產(chǎn)生相應(yīng)的高壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)目的。若自穩(wěn)蜂漂移未超過(guò)設(shè) 定值，則清空自穩(wěn)峰譜數(shù)據(jù)，并重復(fù)進(jìn)行自穩(wěn)操作步驟。這樣，第一和第二微處理器協(xié)同完 成自穩(wěn)控制。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置，其中閥值比較電路中設(shè)定的閥值為 30-150Kev，較好為 30-100Kev，最好為 30Kev。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置，幀譜采集時(shí)間為250ms-5s，較好為 500-1000ms，最好為 800ms。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置，自穩(wěn)周期為2_8s，較好為3_5s，最好為 4s〇
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置，自穩(wěn)譜漂設(shè)定值為0.5-10%，最好為
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置，BGO晶體探測(cè)器外設(shè)置有Pb-Sn組合屏。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置數(shù)據(jù)采集和傳輸方法，使用雙微處理器和 雙口RAM。第一微處理器按照如圖2所示流程完成伽馬譜數(shù)據(jù)幀采集并存儲(chǔ)在雙端口RAM 中，第二微處理器按照如圖3所示流程讀取并傳輸伽馬譜幀數(shù)據(jù)。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置數(shù)據(jù)采集和傳輸方法，幀譜采集時(shí)間為 250ms-5s，較好為 500-1000ms，最好為 800ms。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的小口徑伽馬能譜測(cè)井裝置自穩(wěn)方法，使用雙微處理器和雙端口RAM。 第一微處理器按照如圖2所示流程完成自穩(wěn)峰譜數(shù)