高頻陣列介電測井儀的井下測量電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高頻陣列介電測井儀的井下測量電路；該電路含有同步信號源、功率放大器、四端口耦合器、射頻開關、發(fā)射天線、接收天線、低噪聲放大器、混頻器、數(shù)字控制增益放大器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和信號處理器；同步信號源輸出的信號經(jīng)過功率放大器后進入四端口耦合器，再經(jīng)射頻開關后進入發(fā)射天線中，四端口耦合器的耦合端的信號經(jīng)過低噪聲放大器后，再依次進入混頻器、數(shù)字控制增益放大器；接收天線接收到的信號經(jīng)過射頻開關后，再依次進入低噪聲放大器、混頻器、數(shù)字控制增益放大器；數(shù)字控制增益放大器的輸出端與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端與信號處理器連接；本發(fā)明探測深、分辨率高，提供的信息豐富。
【專利說明】高頻陣列介電測井儀的井下測量電路
[0001](一 )、【技術領域】:本發(fā)明涉及一種測井儀電路，特別是涉及一種高頻陣列介電測井儀的井下測量電路。
[0002](二)、【背景技術】:石油工業(yè)的二次開采和三次開采中低電阻率油層和高電阻率水層并不罕見。利用電阻率方法來區(qū)別油水層常常失效，而水的相對介電常數(shù)(80左右)和油的相對介電常數(shù)(2?4)相差很大；所以介電常數(shù)的測量較之其它手段能夠更加簡單地區(qū)分油、氣、水層，近年來，對井眼附近地層介電常數(shù)的測量越來越受到重視。
[0003]地層的不同成分會影響巖石介電常數(shù)和電導率的測量；在測井儀器工作頻率較低時，該因素對介電常數(shù)的測量影響較大；而在較高頻率(達到GHz)時該影響較小。由于早期應用于測量介電常數(shù)儀器的工作頻率較低，地層的不同成分混合對其測量的精度影響較大；同時早期的儀器只利用了少量發(fā)射和接收路徑電磁波的相對幅度、相位的差值，所以具有探測深度淺、分辨率低等測井信息不豐富的缺點，并且無法進行地層各向異性的二維探測。
[0004](三)、
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明要解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，該井下測量電路探測深、分辨率高，提供的信息豐富，而且可以進行地層各向異性探測。
[0005]本發(fā)明的技術方案:
一種高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，含有同步信號源、功率放大器、
第一四端口耦合器、第二四端口耦合器、第一射頻開關、第二射頻開關、第三射頻開關、第四射頻開關、第五射頻開關、第一雙極化發(fā)射天線、第二雙極化發(fā)射天線、第一雙極化接收天線、第二雙極化接收天線、第三雙極化接收天線、第一低噪聲放大器、第二低噪聲放大器、第三低噪聲放大器、第四低噪聲放大器、第五低噪聲放大器、第六低噪聲放大器、第七低噪聲放大器、第一混頻器、第二混頻器、第三混頻器、第四混頻器、第五混頻器、第六混頻器、第七混頻器、第一數(shù)字控制增益放大器、第二數(shù)字控制增益放大器、第三數(shù)字控制增益放大器、第四數(shù)字控制增益放大器、第五數(shù)字控制增益放大器、第六數(shù)字控制增益放大器、第七數(shù)字控制增益放大器、多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和信號處理器；
同步信號源輸出的發(fā)射信號經(jīng)過功率放大器放大后進入第一四端口耦合器和第二四端口耦合器的信號輸入端，第一四端口耦合器的信號輸出端的信號經(jīng)過第一射頻開關后進入第一雙極化發(fā)射天線中，第二四端口耦合器的信號輸出端的信號經(jīng)過第二射頻開關后進入第二雙極化發(fā)射天線中；第一四端口耦合器的兩個耦合端的信號分別經(jīng)過第一低噪聲放大器和第二低噪聲放大器放大后，再分別進入第一混頻器和第二混頻器的高頻信號輸入端，第一混頻器和第二混頻器的輸出端分別與第一數(shù)字控制增益放大器和第二數(shù)字控制增益放大器的輸入端連接；第二四端口耦合器的兩個耦合端的信號分別經(jīng)過第三低噪聲放大器和第四低噪聲放大器放大后，再分別進入第三混頻器和第四混頻器的高頻信號輸入端，第三混頻器和第四混頻器的輸出端分別與第三數(shù)字控制增益放大器和第四數(shù)字控制增益放大器的輸入端連接； 第一雙極化接收天線、第二雙極化接收天線和第三雙極化接收天線接收到的信號分別經(jīng)過第三射頻開關、第四射頻開關和第五射頻開關后，再分別進入第五低噪聲放大器、第六低噪聲放大器和第七低噪聲放大器的輸入端，第五低噪聲放大器、第六低噪聲放大器和第七低噪聲放大器的輸出端分別與第五混頻器、第六混頻器和第七混頻器的高頻信號輸入端連接，第五混頻器、第六混頻器和第七混頻器的輸出端分別與第五數(shù)字控制增益放大器、第六數(shù)字控制增益放大器和第七數(shù)字控制增益放大器的輸入端連接；
第一數(shù)字控制增益放大器、第二數(shù)字控制增益放大器、第三數(shù)字控制增益放大器、第四數(shù)字控制增益放大器、第五數(shù)字控制增益放大器、第六數(shù)字控制增益放大器和第七數(shù)字控制增益放大器的輸出端分別與多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的七個主模擬信號輸入端連接，多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端與信號處理器的信號輸入端連接；
同步信號源輸出的參考信號進入第一混頻器、第二混頻器、第三混頻器、第四混頻器、第五混頻器、第六混頻器和第七混頻器的參考信號輸入端，同步信號源輸出的同步采集信號進入多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的啟動信號輸入端，信號處理器的增益控制輸出端與第一數(shù)字控制增益放大器、第二數(shù)字控制增益放大器、第三數(shù)字控制增益放大器、第四數(shù)字控制增益放大器、第五數(shù)字控制增益放大器、第六數(shù)字控制增益放大器和第七數(shù)字控制增益放大器的增益控制輸入端連接，信號處理器的天線切換控制輸出端與第一射頻開關、第二射頻開關、第三射頻開關、第四射頻開關和第五射頻開關的切換控制輸入端連接。
[0006]該高頻陣列介電測井儀的井下測量電路還含有輔助測量探頭，輔助測量探頭的輸出端與多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輔助模擬信號輸入端連接。
[0007]輔助測量探頭含有溫度傳感器和壓力傳感器，溫度傳感器的型號為:ADT7310，壓力傳感器的型號為:PPM226-LS2。
[0008]同步信號源的型號為:AD9914 ;功率放大器的型號為:WPM0913C ;第一四端口耦合器、第二四端口耦合器的型號為:DC0900A30 ;第一射頻開關、第二射頻開關、第三射頻開關、第四射頻開關和第五射頻開關的型號為:ZASW-2-50DR+ ;第一低噪聲放大器、第二低噪聲放大器、第三低噪聲放大器、第四低噪聲放大器、第五低噪聲放大器、第六低噪聲放大器和第七低噪聲放大器的型號為:WHM0510AE ;第一混頻器、第二混頻器、第三混頻器、第四混頻器、第五混頻器、第六混頻器、第七混頻器的型號為:JCIR-152H+ ;第一數(shù)字控制增益放大器、第二數(shù)字控制增益放大器、第三數(shù)字控制增益放大器、第四數(shù)字控制增益放大器、第五數(shù)字控制增益放大器、第六數(shù)字控制增益放大器和第七數(shù)字控制增益放大器的型號為:LTC6910 ;多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的型號為:ADS1278 ;信號處理器為DSP信號處理器，DSP信號處理器的型號為:TMS320F28335。
[0009]第一雙極化發(fā)射天線、第二雙極化發(fā)射天線、第一雙極化接收天線、第二雙極化接收天線和第三雙極化接收天線均為結構相同的雙極化天線，該雙極化天線含有殼體和探針組，殼體含有內(nèi)腔和與內(nèi)腔連通的開口面，探針組安裝在殼體的內(nèi)腔內(nèi)并與開口面處具有一定的距離，探針組含有相交設置并相互分離的第一探針和第二探針；信號處理器的天線切換控制輸出端的信號通過第一射頻開關、第二射頻開關、第三射頻開關、第四射頻開關和第五射頻開關來控制雙極化天線中第一探針和第二探針的工作。
[0010]雙極化天線還含有第一同軸線、第二同軸線、第一連接件和第二連接件，殼體上含有安裝第一同軸線的第一安裝通道和安裝第二同軸線的第二安裝通道；第一安裝通道的第一端和第二安裝通道的第一端均與內(nèi)腔連通，第一安裝通道的第二端和第二安裝通道的第二端均穿出殼體，第一連接件安裝在第一安裝通道的第二端，第二連接件安裝在第二安裝通道的第二端；
第一同軸線的第一端與第一探針的第一端連接，第二同軸線的第一端與第二探針的第一端連接，第一同軸線的第二端通過第一連接件固定，第二同軸線的第二端通過第二連接件固定，第一探針的第二端和第二探針的第二端均固定安裝在殼體的內(nèi)壁上；
第一連接件和第二連接件均為射頻同軸接頭。
[0011]雙極化天線還含有介質(zhì)和密封圈，介質(zhì)填充在殼體的內(nèi)腔中，介質(zhì)為玻璃材料或陶瓷材料，密封圈套設在殼體外。
[0012]雙極化天線還含有第一阻抗匹配單元和第二阻抗匹配單元，第一阻抗匹配單元與第一連接件連接，第二阻抗匹配單元與第二連接件連接；第一同軸線的內(nèi)導體與第一探針的第一端電連接，第二同軸線的內(nèi)導體與第二探針的第一端電連接；第一探針的第一端和第二探針的第一端均逐漸收縮地向外延伸。
[0013]第一探針與第二探針相互垂直。
[0014]第一探針的中部含有第一凹槽，第二探針的中部含有第二凹槽，第一凹槽的槽底與第二凹槽的槽底相對設置且第一凹槽的槽底與第二凹槽的槽底之間具有間隙。
[0015]該雙極化天線能夠單獨發(fā)射或接收任意極化方向與第一探針和第二探針所在平面平行的電磁場，通過接收與發(fā)射來測定各向異性地層的介電常數(shù)。具體地，通過分別調(diào)整兩路激勵信號的幅度和相位可以在第一探針和第二探針所在平面內(nèi)激勵起任意極化角的電磁場，這樣通過收發(fā)天線陣來測定不同地層環(huán)境下不同極化方向的相位改變與幅度衰減，進而可以經(jīng)過反演計算得到相應極化方向的地層信息。
[0016]同步信號源輸出三路同步信號:(6:高頻IGHz信號，作為發(fā)射信號。f::參考信號，
與發(fā)射信號(IGHz)進行混頻，把高頻IGHz信號下變到低頻進行模擬數(shù)字化等處理。f.同
步采集信號，作為多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的啟動信號。
[0017]功率放大器實現(xiàn)高頻信號(IGHz)的大功率發(fā)射。
[0018]四端口耦合器的主要功能為:(￡:耦合發(fā)射信號(1GHz)，對發(fā)射信號進行監(jiān)測，同
時測量發(fā)射信號的絕對相位、幅度?！睮;耦合第一雙極化發(fā)射天線和第二雙極化發(fā)射天線的
反射信號，測量反射信號的相位、幅度，進行儀器的車間刻度。
[0019]射頻開關用來切換工作`模式，進行地層各向異性探測。
[0020]雙極化發(fā)射天線和雙極化接收天線分別發(fā)射和接收相互正交極化的電磁場，測量二維的地層信息。
[0021]低噪聲放大器對接收到弱小高頻信號進行放大，提高測量的靈敏度。
[0022]混頻器把接收到的高頻信號下變到低頻。
[0023]數(shù)字控制增益放大器根據(jù)實際地層對高頻電磁波衰減的情況，調(diào)整接收通道的增
Mo[0024]多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器同步完成多通道模擬信號的數(shù)字化。
[0025]信號處理器控制各器件的工作狀態(tài)控制射頻開關，切換雙極化天線的水平、
垂直極化方向，進行地層各向異性的探測；f):控制多個接收通道的數(shù)字控制增益放大器，
調(diào)整接收通道的增益，擴大了接收弱小信號的動態(tài)范圍；:1.:控制多通道同步采樣模擬/
數(shù)字轉(zhuǎn)換器，進行多通道接收信號同步采樣；.$::對數(shù)字信號進行相關信號處理，求解出各個接收通道信號的絕對相位和幅度。
[0026]輔助測量探頭測量輔助信息(溫度、壓力)，實時校正測量數(shù)據(jù)的曲線。
[0027]該井下測量電路的工作過程為:同步信號源產(chǎn)生IGHz信號送到功率放大器，再經(jīng)過第一四端口耦合器和第二四端口耦合器分別傳輸?shù)降谝浑p極化發(fā)射天線、第二雙極化發(fā)射天線上，并分別由第一射頻開關和第二射頻開關切換第一雙極化發(fā)射天線、第二雙極化發(fā)射天線的極化方向，進行二維地層的探測。第一四端口耦合器和第二四端口耦合器耦合發(fā)射信號，以此來監(jiān)測發(fā)射信號，耦合到的信號經(jīng)過低噪聲放大器、混頻器、數(shù)字控制增益放大器，再由多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字化后，送到信號處理器中求解出發(fā)射信號的絕對相位、幅度；同時，第一四端口耦合器和第二四端口耦合器耦合第一雙極化發(fā)射天線、第二雙極化發(fā)射天線的反射信號，耦合到的信號經(jīng)過低噪聲放大器、混頻器、數(shù)字控制增益放大器，再由多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字化后，送到信號處理器求解出反射信號的絕對相位、幅度，用于高頻陣列測井系統(tǒng)的車間刻度。高頻IGHz電磁波經(jīng)過地層衰減后到達第一雙極化接收天線、第二雙極化接收天線、第三雙極化接收天線，第一雙極化接收天線、第二雙極化接收天線、第三雙極化接收天線接收來自地層衰減的微弱高頻信號，該高頻信號經(jīng)過低噪聲放大器、混頻器、數(shù)字控制增益放大器，再由多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字化后，送到信號處理器求解出各個接收通道接收信號的絕對相位、幅度。由多個發(fā)射-接收通道信號的絕對相位、幅度值經(jīng)過處理得到地層的介電常數(shù)曲線及地層的各向異性。并結合輔助測量探頭實時校正測井曲線。
[0028]本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明利用多通道發(fā)射和接收電路測量地層響應，同時測量多個通道信號的絕對相位、幅度值，可以得到不同探測深度、不同分辨率的陣列介電曲線，使該陣列介電曲線探測深、分辨率高、信息豐富。本發(fā)明降低了地層不同成分混合的方式對介電常數(shù)測量的影響，提高了儀器探測的深度，豐富了地層探測的信息。
[0029]2、本發(fā)明通過信號處理器控制切換射頻開關的工作模式，可以進行地層 各向異性探測，提供地層二維信息。
[0030]3、本發(fā)明采用高頻IGHz為工作頻率，降低了地層的不同成分混合對測量精度的影響。
[0031]4、本發(fā)明能進行車間刻度，提高了測量精度。
[0032]5、本發(fā)明提供輔助測量信息，實時校準測井曲線，提高了測井曲線的精確度。
[0033](四)、【專利附圖】

【附圖說明】: 圖1為高頻陣列介電測井儀的井下測量電路的電路原理示意圖；
圖2為雙極化天線的結構示意圖；
圖3為圖2的部分俯視結構示意圖；
圖4為第一探針被激勵時的示意圖；
圖5為第二探針被激勵時的示意圖；
圖6為第一探針和第二探針同時被激勵時的示意圖；
圖7為第一雙極化發(fā)射天線、第二雙極化發(fā)射天線、第一雙極化接收天線、第二雙極化接收天線和第三雙極化接收天線的安裝結構示意圖。
[0034](五)、【具體實施方式】:
參見圖1?圖7，圖中，高頻陣列介電測井儀的井下測量電路含有同步信號源U1、功率放大器U2、第一四端口耦合器01、第二四端口耦合器02、第一射頻開關K1、第二射頻開關K2、第三射頻開關K3、第四射頻開關K4、第五射頻開關K5、第一雙極化發(fā)射天線Tl、第二雙極化發(fā)射天線T2、第一雙極化接收天線R1、第二雙極化接收天線R2、第三雙極化接收天線R3、第一低噪聲放大器Fl、第二低噪聲放大器F2、第三低噪聲放大器F3、第四低噪聲放大器F4、第五低噪聲放大器F5、第六低噪聲放大器F6、第七低噪聲放大器F7、第一混頻器Hl、第二混頻器H2、第三混頻器H3、第四混頻器H4、第五混頻器H5、第六混頻器H6、第七混頻器H7、第一數(shù)字控制增益放大器DGC1、第二數(shù)字控制增益放大器DGC2、第三數(shù)字控制增益放大器DGC3、第四數(shù)字控制增益放大器DGC4、第五數(shù)字控制增益放大器DGC5、第六數(shù)字控制增益放大器DGC6、第七數(shù)字控制增益放大器DGC7、多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4和信號處理器U3 ；
同步信號源Ul輸出的發(fā)射信號經(jīng)過功率放大器U2放大后進入第一四端口耦合器01和第二四端口耦合器02的信號輸入端，第一四端口耦合器01的信號輸出端的信號經(jīng)過第一射頻開關Kl后進入第一雙極化發(fā)射天線Tl中，第二四端口耦合器02的信號輸出端的信號經(jīng)過第二射頻開關K2后進入第二雙極化發(fā)射天線T2中；第一四端口耦合器01的兩個耦合端的信號分別經(jīng)過第一低噪聲放大器Fl和第二低噪聲放大器F2放大后，再分別進入第一混頻器Hl和第二混頻器H2的高頻信號輸入端，第一混頻器Hl和第二混頻器H2的輸出端分別與第一數(shù)字控制增益放大器DGCl和第二數(shù)字控制增益放大器DGC2的輸入端連接；第二四端口耦合器02的兩個耦合端的信號分別經(jīng)過第三低噪聲放大器F3和第四低噪聲放大器F4放大后，再分別進入第三混頻器H3和第四混頻器H4的高頻信號輸入端，第三混頻器H3和第四混頻器H4的輸出端分別與第三數(shù)字控制增益放大器DGC3和第四數(shù)字控制增益放大器DGC4的輸入端連接；
第一雙極化接收天線R1、第二雙極化接收天線R2和第三雙極化接收天線R3接收到的信號分別經(jīng)過第三射頻開關K3、第四射頻開關K4和第五射頻開關K5后，再分別進入第五低噪聲放大器F5、第六低噪聲放大器F6和第七低噪聲放大器F7的輸入端,第五低噪聲放大器F5、第六低噪聲放大器F6和第七低噪聲放大器F7的輸出端分別與第五混頻器H5、第六混頻器H6和第七混頻器H7的高頻信號輸入端連接，第五混頻器H5、第六混頻器H6和第七混頻器H7的輸出端分別與第五數(shù)字控制增益放大器DGC5、第六數(shù)字控制增益放大器DGC6和第七數(shù)字控制增益放大器DGC7的輸入端連接；
第一數(shù)字控制增益放大器DGC1、第二數(shù)字控制增益放大器DGC2、第三數(shù)字控制增益放大器DGC3、第四數(shù)字控制增益放大器DGC4、第五數(shù)字控制增益放大器DGC5、第六數(shù)字控制增益放大器DGC6和第七數(shù)字控制增益放大器DGC7的輸出端分別與多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4的七個主模擬信號輸入端連接，多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4的輸出端與信號處理器U3的信號輸入端連接；
同步信號源Ul輸出的參考信號進入第一混頻器H1、第二混頻器H2、第三混頻器H3、第四混頻器H4、第五混頻器H5、第六混頻器H6和第七混頻器H7的參考信號輸入端，同步信號源Ul輸出的同步采集信號進入多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4的啟動信號輸入端，信號處理器Ul的增益控制輸出端與第一數(shù)字控制增益放大器DGC1、第二數(shù)字控制增益放大器DGC2、第三數(shù)字控制增益放大器DGC3、第四數(shù)字控制增益放大器DGC4、第五數(shù)字控制增益放大器DGC5、第六數(shù)字控制增益放大器DGC6和第七數(shù)字控制增益放大器DGC7的增益控制輸入端連接，信號處理器U3的天線切換控制輸出端與第一射頻開關K1、第二射頻開關K1、第三射頻開關K3、第四射頻開關K4和第五射頻開關K5的切換控制輸入端連接。
[0035]該高頻陣列介電測井儀的井下測量電路還含有輔助測量探頭，輔助測量探頭的輸出端與多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4的輔助模擬信號輸入端連接。
[0036]輔助測量探頭含有溫度傳感器和壓力傳感器，溫度傳感器的型號為:ADT7310，壓力傳感器的型號為:PPM226-LS2。
[0037]同步信號源Ul的型號為:AD9914 ;功率放大器U2的型號為:WPM0913C ;第一四端口耦合器01、第二四端口耦合器02的型號為:DC0900A30 ;第一射頻開關K1、第二射頻開關K2、第三射頻開關K3、第四射頻開關K4和第五射頻開關K5的型號為:ZASW-2-50DR+ ;第一低噪聲放大器F1、第二低噪聲放大器F2、第三低噪聲放大器F3、第四低噪聲放大器F4、第五低噪聲放大器F5、第六低噪聲放大器F6和第七低噪聲放大器F7的型號為:WHM0510AE ；第一混頻器H1、第二混頻器H2、第三混頻器H3、第四混頻器H4、第五混頻器H5、第六混頻器H6、第七混頻器H7的型號為JCIR-152H+ ;第一數(shù)字控制增益放大器DGC1、第二數(shù)字控制增益放大器DGC2、第三數(shù)字控制增益放大器DGC3、第四數(shù)字控制增益放大器DGC4、第五數(shù)字控制增益放大器DGC5、第六數(shù)字控制增益放大器DGC6和第七數(shù)字控制增益放大器DGC7的型號為:LTC6910 ;多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4的型號為:ADS1278 ;信號處理器U3為DSP信號處理器，DSP信號處理器的型號為:TMS320F28335。
[0038]第一雙極化發(fā)射天線Tl、第二雙極化發(fā)射天線T2、第一雙極化接收天線R1、第二雙極化接收天線R2和第三雙極化接收天線R3均為結構相同的雙極化天線，該雙極化天線含有殼體10和探針組20，殼體10含有內(nèi)腔和與內(nèi)腔連通的開口面，探針組20安裝在殼體10的內(nèi)腔內(nèi)并與開口面處具有一定的距離，探針組20含有相交設置并相互分離的第一探針21和第二探針22 ;信號處理器U3的天線切換控制輸出端的信號通過第一射頻開關K1、第二射頻開關K2、第三射頻開關K3、第四射頻開關K4和第五射頻開關K5來控制雙極化天線中第一探針21和第二探針22的工作。
[0039]雙極化天線還含有第一同軸線30、第二同軸線、第一連接件40和第二連接件，殼體10上含有安裝第一同軸線30的第一安裝通道和安裝第二同軸線的第二安裝通道；
第一安裝通道的第一端和第二安裝通道的第一端均與內(nèi)腔連通，第一安裝通道的第二端和第二安裝通道的第二端均穿出殼體10，第一連接件40安裝在第一安裝通道的第二端，第二連接件安裝在第二安裝通道的第二端； 第一同軸線30的第一端與第一探針21的第一端連接，第二同軸線的第一端與第二探針22的第一端連接，第一同軸線30的第二端通過第一連接件40固定，第二同軸線的第二端通過第二連接件固定，第一探針21的第二端和第二探針22的第二端均固定安裝在殼體10的內(nèi)壁上；
第一連接件40和第二連接件均為射頻同軸接頭。
[0040]雙極化天線還含有介質(zhì)和密封圈，介質(zhì)填充在殼體10的內(nèi)腔中并燒結,介質(zhì)為玻璃材料或陶瓷材料，當然，介質(zhì)也可以為其他的介電常數(shù)較高的材料。密封圈套設在殼體10外。
[0041]由于填充介質(zhì)部分結構較為復雜，介質(zhì)填充步驟可以為:首先使用耐高溫的同軸線和耐高溫的焊接方式搭接出整個結構，其次向殼體10中的空間內(nèi)填充介質(zhì)，并連同天線裝置整體燒結。這樣能夠填充滿殼體10的整個空間，包括非常細小的空間。同時把介質(zhì)同殼體10燒結成一個整體，能夠避免在二者之間的界面引入空氣層，進而能夠避免電磁波在多層介質(zhì)中產(chǎn)生復雜的反射、折射等。在殼體10的開口面處也進行了密封，在井下的高溫高壓環(huán)境下避免水或泥漿等鉆井液進入天線內(nèi)部。
[0042]密封圈在天線中起到密封的作用，使天線能夠承受井下的高溫高壓環(huán)境。殼體10采用導電率較高的金屬材料制成，如黃銅、合金等。在殼體10的外側(cè)具有用于安裝密封圈的結構，一個天線通過密封圈等結構安裝在儀器的推靠極板60上，能夠?qū)崿F(xiàn)每個天線裝置的獨立拆卸與安裝。推靠極板60的結構也能夠在井下高溫高壓環(huán)境下工作。
[0043]雙極化天線還含有第一阻抗匹配單元50和第二阻抗匹配單元，第一阻抗匹配單元50與第一連接件40連接,第二阻抗匹配單元與第二連接件連接；第一同軸線30的內(nèi)導體31與第一探針21的第一端電連接，第二同軸線的內(nèi)導體與第二探針22的第一端電連接；在發(fā)射天線的輸入端或在接收天線的輸出端增加了阻抗匹配單元，經(jīng)過阻抗匹配單元的阻抗變換后與一定特性阻抗的后級電路進行匹配。這樣處理之后，天線可以在20MHZ-1.1GHz頻率范圍工作。由于填充的介質(zhì)的介電常數(shù)較高，這樣以來在高頻段內(nèi)可以不使用阻抗匹配單元，直接使天線輸入阻抗與后級特性阻抗50Ω的電路匹配。在低頻段內(nèi)的匹配也因填充介質(zhì)的介電常數(shù)較高而使得阻抗匹配較為容易實現(xiàn)。在20MHZ-1.1GHz頻段內(nèi)，阻抗匹配單元常用集總元件制作，在上述頻段范圍內(nèi)較高頻點也可采用微帶線等分布參數(shù)元件制成。
[0044]第一探針21的第一端和第二探針22的第一端均逐漸收縮地向外延伸。為了避免由較細的內(nèi)導體到較粗的第一探針21或第二探針22之間臺階形的陡變對沿線電流產(chǎn)生的突變，在二者連接部分采用錐形漸變方式連接。當然，連接的過渡方式不限于錐形漸變，只要能使電磁波在連接部分不產(chǎn)生強烈反射的均可以作為可靠的漸變連接方式，如弧形、拋物線型等。
[0045]第一探針21與第二探針22相互垂直，可以用于激勵極化方向相互正交的電磁場。
[0046]第一探針21的中部含有第一凹槽，第二探針22的中部含有第二凹槽，第一凹槽的槽底與第二凹槽的槽底相對設置且第一凹槽的槽底與第二凹槽的槽底之間具有間隙，這樣可使第一探針21和第二探針22放置在同一平面內(nèi)，且第一探針21和第二探針22交叉但不接觸。為了使沿線電流不產(chǎn)生突變，可以采用圓弧形或拋物線形等其它緩變的開槽方式。優(yōu)選地，第一探針21和第二探針22均為半圓柱形。當然，第一探針和第二探針也可為矩形片狀結構。
[0047]該雙極化天線能夠單獨發(fā)射或接收任意極化方向與第一探針21和第二探針22所在平面平行的電磁場，通過接收與發(fā)射來測定各向異性地層的介電常數(shù)。具體地，通過分別調(diào)整兩路激勵信號的幅度和相位可以在第一探針21和第二探針22所在平面內(nèi)激勵起任意極化角的電磁場，這樣通過收發(fā)天線陣來測定不同地層環(huán)境下不同極化方向的相位改變與幅度衰減，進而可以經(jīng)過反演計算得到相應極化方向的地層信息。
[0048]探針組20分別提供兩正交極化方向的電磁場，如圖4~圖6所示，其中帶有陰影的探針為被激勵探針，箭頭表示電場方向。如圖6所示，在兩個探針同時被激勵時，分別調(diào)整兩路激勵信號的幅度和相位，就可以激勵起在探針組20平面內(nèi)任意極化角的電磁場。
[0049]發(fā)射天線和接收天線通過調(diào)節(jié)激勵信號的幅度和相位以達到極化匹配，即接收和發(fā)射的電磁波極化角相同的目的。據(jù)此測量接收天線裝置接收到信號的幅度和相位，得到相應地層在此種極化下的各向異性參數(shù)。[0050]同步信號源Ul輸出三路同步信號:;?::高頻IGHz信號，作為發(fā)射信號。
[0051]參考信號，與發(fā)射信號(IGHz)進行混頻，把高頻IGHz信號下變到低頻進行模擬數(shù)字化等處理。:t.同步采集信號，作為多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4的啟動信號。
[0052]功率放大器U2實現(xiàn)高頻信號(IGHz)的大功率發(fā)射。
[0053]四端口耦合器01、02的主要功能為:〔1::耦合發(fā)射信號(IGHz)，對發(fā)射信號進行監(jiān)
測，同時測量發(fā)射信號的絕對相位、幅度。(1:耦合第一雙極化發(fā)射天線Tl和第二雙極化發(fā)
射天線Tl的反射信號，測量反射信號的相位、幅度，進行儀器的車間刻度。
[0054]射頻開關Kl~K5用來切換工作模式，進行地層各向異性探測。
[0055]雙極化發(fā)射天線Tl、T2和雙極化接收天線Rl、R2、R3分別發(fā)射和接收相互正交極化的電磁場，測量二維的地層信息。
[0056]低噪聲放大器Fl~F7對接收到弱小高頻信號進行放大，提高測量的靈敏度。
[0057]混頻器Hl~H7把接收到的高頻信號下變到低頻。
[0058]數(shù)字控制增益放大器DGCl~DGC7根據(jù)實際地層對高頻電磁波衰減的情況，調(diào)整接收通道的增益。
[0059]多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4同步完成多通道模擬信號的數(shù)字化。
[0060]信號處理器U3控制各器件的工作狀態(tài):(!:控制射頻開關Kl~K5，切換雙極化天
線的水平、垂直極化方向，進行地層各向異性的探測；;f::控制多個接收通道的數(shù)字控制增益放大器DGCl~DGC7，調(diào)整接收通道的增益，擴大了接收弱小信號的動態(tài)范圍:控制多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4，進行多通道接收信號同步采樣；$.:對數(shù)字信號進行相關信號處理，求解出各個接收通道信號的絕對相位和幅度。
[0061]輔助測量探頭測量輔助信息(溫度、壓力)，實時校正測量數(shù)據(jù)的曲線。
[0062]該井下測量電路的工作過程為:同步信號源Ul產(chǎn)生IGHz信號送到功率放大器U2,再經(jīng)過第一四端口耦合器01和第二四端口耦合器02分別傳輸?shù)降谝浑p極化發(fā)射天線Tl、第二雙極化發(fā)射天線T2上，并分別由第一射頻開關Kl和第二射頻開關K2切換第一雙極化發(fā)射天線Tl、第二雙極化發(fā)射天線T2的極化方向，進行二維地層的探測。第一四端口耦合器01和第二四端口耦合器02耦合發(fā)射信號，以此來監(jiān)測發(fā)射信號，耦合到的信號經(jīng)過低噪聲放大器Fl?F4、混頻器Hl?H4、數(shù)字控制增益放大器DGCl?DGC4，再由多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4進行數(shù)字化后，送到信號處理器U3中求解出發(fā)射信號的絕對相位、幅度；同時，第一四端口耦合器01和第二四端口耦合器02耦合第一雙極化發(fā)射天線Tl、第二雙極化發(fā)射天線T2的反射信號，耦合到的信號經(jīng)過低噪聲放大器Fl?F4、混頻器Hl?H4、數(shù)字控制增益放大器DGCl?DGC4，再由多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4進行數(shù)字化后，送到信號處理器U3求解出反射信號的絕對相位、幅度，用于高頻陣列測井系統(tǒng)的車間刻度。高頻IGHz電磁波經(jīng)過地層衰減后到達第一雙極化接收天線R1、第二雙極化接收天線R2、第三雙極化接收天線R3,第一雙極化接收天線R1、第二雙極化接收天線R2、第三雙極化接收天線R3接收來自地層衰減的微弱高頻信號，該高頻信號經(jīng)過低噪聲放大器F5?F7、混頻器H5?H7、數(shù)字控制增益放大器DGC5?DGC7，再由多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4進行數(shù)字化后，送到信號處理器U3求解出各個接收通道接收信號的絕對相位、幅度。由多個發(fā)射-接收通道信號的絕對相位、幅度值經(jīng)過處理得到地層的介電常數(shù)曲線及地層的各向異性。并結合輔助測量探頭實時校正測井曲線。
【權利要求】
1.一種高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，其特征是:含有同步信號源、功率放大器、第一四端口耦合器、第二四端口耦合器、第一射頻開關、第二射頻開關、第三射頻開關、第四射頻開關、第五射頻開關、第一雙極化發(fā)射天線、第二雙極化發(fā)射天線、第一雙極化接收天線、第二雙極化接收天線、第三雙極化接收天線、第一低噪聲放大器、第二低噪聲放大器、第三低噪聲放大器、第四低噪聲放大器、第五低噪聲放大器、第六低噪聲放大器、第七低噪聲放大器、第一混頻器、第二混頻器、第三混頻器、第四混頻器、第五混頻器、第六混頻器、第七混頻器、第一數(shù)字控制增益放大器、第二數(shù)字控制增益放大器、第三數(shù)字控制增益放大器、第四數(shù)字控制增益放大器、第五數(shù)字控制增益放大器、第六數(shù)字控制增益放大器、第七數(shù)字控制增益放大器、多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和信號處理器； 同步信號源輸出的發(fā)射信號經(jīng)過功率放大器放大后進入第一四端口耦合器和第二四端口耦合器的信號輸入端，第一四端口耦合器的信號輸出端的信號經(jīng)過第一射頻開關后進入第一雙極化發(fā)射天線中，第二四端口耦合器的信號輸出端的信號經(jīng)過第二射頻開關后進入第二雙極化發(fā)射天線中；第一四端口耦合器的兩個耦合端的信號分別經(jīng)過第一低噪聲放大器和第二低噪聲放大器放大后，再分別進入第一混頻器和第二混頻器的高頻信號輸入端，第一混頻 器和第二混頻器的輸出端分別與第一數(shù)字控制增益放大器和第二數(shù)字控制增益放大器的輸入端連接；第二四端口耦合器的兩個耦合端的信號分別經(jīng)過第三低噪聲放大器和第四低噪聲放大器放大后，再分別進入第三混頻器和第四混頻器的高頻信號輸入端，第三混頻器和第四混頻器的輸出端分別與第三數(shù)字控制增益放大器和第四數(shù)字控制增益放大器的輸入端連接； 第一雙極化接收天線、第二雙極化接收天線和第三雙極化接收天線接收到的信號分別經(jīng)過第三射頻開關、第四射頻開關和第五射頻開關后，再分別進入第五低噪聲放大器、第六低噪聲放大器和第七低噪聲放大器的輸入端，第五低噪聲放大器、第六低噪聲放大器和第七低噪聲放大器的輸出端分別與第五混頻器、第六混頻器和第七混頻器的高頻信號輸入端連接，第五混頻器、第六混頻器和第七混頻器的輸出端分別與第五數(shù)字控制增益放大器、第六數(shù)字控制增益放大器和第七數(shù)字控制增益放大器的輸入端連接； 第一數(shù)字控制增益放大器、第二數(shù)字控制增益放大器、第三數(shù)字控制增益放大器、第四數(shù)字控制增益放大器、第五數(shù)字控制增益放大器、第六數(shù)字控制增益放大器和第七數(shù)字控制增益放大器的輸出端分別與多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的七個主模擬信號輸入端連接，多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端與信號處理器的信號輸入端連接； 同步信號源輸出的參考信號進入第一混頻器、第二混頻器、第三混頻器、第四混頻器、第五混頻器、第六混頻器和第七混頻器的參考信號輸入端，同步信號源輸出的同步采集信號進入多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的啟動信號輸入端，信號處理器的增益控制輸出端與第一數(shù)字控制增益放大器、第二數(shù)字控制增益放大器、第三數(shù)字控制增益放大器、第四數(shù)字控制增益放大器、第五數(shù)字控制增益放大器、第六數(shù)字控制增益放大器和第七數(shù)字控制增益放大器的增益控制輸入端連接，信號處理器的天線切換控制輸出端與第一射頻開關、第二射頻開關、第三射頻開關、第四射頻開關和第五射頻開關的切換控制輸入端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，其特征是:還含有輔助測量探頭，輔助測量探頭的輸出端與多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輔助模擬信號輸入端連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，其特征是:所述輔助測量探頭含有溫度傳感器和壓力傳感器。
4.根據(jù)權利要求1所述的高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，其特征是:所述同步信號源的型號為:AD9914 ;功率放大器的型號為:WPM0913C ;第一四端口I禹合器、第二四端口耦合器的型號為:DC0900A30 ;第一射頻開關、第二射頻開關、第三射頻開關、第四射頻開關和第五射頻開關的型號為:ZASW-2_50DR+ ;第一低噪聲放大器、第二低噪聲放大器、第三低噪聲放大器、第四低噪聲放大器、第五低噪聲放大器、第六低噪聲放大器和第七低噪聲放大器的型號為:WHM0510AE ;第一混頻器、第二混頻器、第三混頻器、第四混頻器、第五混頻器、第六混頻器、第七混頻器的型號為:JCIR-152H+ ;第一數(shù)字控制增益放大器、第二數(shù)字控制增益放大器、第三數(shù)字控制增益放大器、第四數(shù)字控制增益放大器、第五數(shù)字控制增益放大器、第六數(shù)字控制增益放大器和第七數(shù)字控制增益放大器的型號為:LTC6910 ;多通道同步采樣模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的型號為:ADS1278 ;信號處理器為DSP信號處理器，DSP信號處理器的型號為:TMS320F28335。
5.根據(jù)權利要求1所述的高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，其特征是:所述第一雙極化發(fā)射天線、第二雙極化發(fā)射天線、第一雙極化接收天線、第二雙極化接收天線和第三雙極化接收天線均為結構相同的雙極化天線，該雙極化天線含有殼體和探針組，殼體含有內(nèi)腔和與內(nèi)腔連通的開口面，探針組安裝在殼體的內(nèi)腔內(nèi)并與開口面處具有一定的距離，探針組含有相交設置并相互分離的第一探針和第二探針；信號處理器的天線切換控制輸出端的信號通過第一射頻開關、第二射頻開關、第三射頻開關、第四射頻開關和第五射頻開關來控制雙極化天線中第一探針和第二探針的工作。
6.根據(jù)權利要求5所述的高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，其特征是:所述雙極化天線還含有第一同軸線、第二同軸線、第一連接件和第二連接件，殼體上含有安裝第一同軸線的第一安裝通道和安裝第二同軸線的第二安裝通道； 第一安裝通道的第一端和第二安裝通道的第一端均與內(nèi)腔連通，第一安裝通道的第二端和第二安裝通道的第二端均穿出殼體，第一連接件安裝在第一安裝通道的第二端，第二連接件安裝在第二安裝通道的第二端； 第一同軸線的第一端與第一探針的第一端連接，第二同軸線的第一端與第二 探針的第一端連接，第一同軸線的第二端通過第一連接件固定，第二同軸線的第二端通過第二連接件固定，第一探針的第二端和第二探針的第二端均固定安裝在殼體的內(nèi)壁上； 第一連接件和第二連接件均為射頻同軸接頭。
7.根據(jù)權利要求5所述的高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，其特征是:所述雙極化天線還含有介質(zhì)和密封圈，介質(zhì)填充在殼體的內(nèi)腔中，介質(zhì) 為玻璃材料或陶瓷材料，密封圈套設在殼體外。
8.根據(jù)權利要求6所述的高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，其特征是:所述雙極化天線還含有第一阻抗匹配單元和第二阻抗匹配單元，第一阻抗匹配單元與第一連接件連接，第二阻抗匹配單元與第二連接件連接；第一同軸線的內(nèi)導體與第一探針的第一端電連接，第二同軸線的內(nèi)導體與第二探針的第一端電連接；第一探針的第一端和第二探針的第一端均逐漸收縮地向外延伸。
9.根據(jù)權利要求5所述的高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，其特征是:所述第一探針與第二探針相互垂直。
10.根據(jù)權利要求5所述的高頻陣列介電測井儀的井下測量電路，其特征是:所述第一探針的中部含有第一凹槽，第二探針的中部含有第二凹槽，第一凹槽的槽底與第二凹槽的槽底 相對設置且第一凹槽的槽底與第二凹槽的槽底之間具有間隙。
【文檔編號】E21B49/00GK103726838SQ201310678596
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月14日 優(yōu)先權日:2013年12月14日
【發(fā)明者】李郴, 何英杰, 李俊一 申請人:中國電子科技集團公司第二十二研究所