[发明专利]三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统

说明书

技术领域

本发明属于微弱信号采集与处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理的系统。 

背景技术

三维声波测井是在正交偶极声波测井技术基础上发展起来的新一代声波测井技术，其测量原理是利用目前所有的声波，即单极、偶极及斯通利波测量模式对各种频带的波形进行综合测量以获取地层的三维声波特性，即纵波时差、横波及斯通利波在井筒轴向、径向和周向的变化，对地层特性的方位性提供完整的描述。通过该技术可以清晰地对均质地层和非均质地层的各向异性及各向异性形成的各种机理进行分析。 

与正交偶极声波测井技术相比，三维声波测井需要观察的波形种类要多且某些种类的波形幅度很微弱，这就对井下电路的噪声性能提出很高的要求。三维声波测井要采集104通道的波形，这就对实现通道波形的一致性提出了一个很大挑战。某些波形幅度微弱，这就需要高精度的模数转换器，从而每个数据的位数很宽，104通道的波形数据必将是很惊人的数据量，传输时间将会远远大于传统的声波测井。因此如何降低声波数据传输时间，提高测井效率，这也是一个难题。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统，使井下仪器能够获取到更精确的声波信号和声波时差信息，同时减少声波数据的传输量，大大提高测井效率。 

为实现上述发明目的，本发明一种三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统，其特征在于包括：含有内嵌8通道的低噪声模拟信号调理电路与微弱信号同步采集处理模块的13块采集板，以及含有内嵌采集控制模块和声波数据实时无损压缩模块的控制板； 

所述8通道的低噪声模拟信号调理电路包括： 

一电荷放大器；电荷放大器作为前置接收电路，负责对压电式传感器输出信号的接收，接收时，将压电式传感器高输出阻抗的电荷信号用不同档位转换成低输出阻抗的电压信号； 

一程控放大器；程控放大器对电荷放大器输出的电压信号进行放大或衰减； 

一高通滤波器；高通滤波器负责对程控放大器放大或衰减后的声波信号进行截止频率为500Hz的高通滤波； 

一ADC驱动器；ADC驱动器将滤波后的单端输入信号转换成差分的输出信号；同时用ADC驱动器可以实现截止频率为23kHz的二阶低通滤波器，作为模数转换器的抗混叠滤波器； 

控制板的采集控制模块在系统初始化的时刻，通过命令通道发送一个初始化脉冲，离控制板较近的12块采集板的微弱信号同步采集处理模块用本地高精度时钟在检测到脉冲的时刻，启动计数器并开始计数，当最远采集板的微弱信号同步采集处理模块检测到初始化脉冲时，直接把该脉冲通过数据通道回传给控制板，而其它12块采集板的微弱信号同步采集处理模块检测到该回传脉冲时，停止本地计数器的计时并得到一个计数值，当控制板的采集控制模块发送启动采集信号时，每块采集板的微弱信号同步采集处理模块延迟所得计数值一半的本地时钟周期数后，再对8个通道的低噪声模拟信号调理电路的差分输出信号进行采集并发送至控制板； 

内嵌采集控制模块接收到来自井上系统的命令后，通过命令通道对13块采集板进行初始化和参数配置，当接收到来自13块采集板104通道的声波数据时，采用内嵌的声波数据实时无损压缩模块对数据进行压缩处理，并将压缩后的数据上传到井上系统；在初始化时刻，采集控制模块还负责发送初始化脉冲信号，对13块采集板进行同步设置。 

其中，所述的8通道的低噪声模拟信号调理电路中的8个通道完全同步。 

所述的电荷放大器由偏置电流很小、输入阻抗很大和电压噪声密度很小的FET输入级的运算放大器来实现。 

所述的电荷放大器的输出信号在不超过所使用的运算放大器输出范围时，电荷放大器选择使其输出信号不失真并且增益最高的档位。 

所述的初始化脉冲和回传脉冲选用现场可编程门阵列FPGA检测，并对两脉 冲之间的时间进行计数，将所得到的计数值的一半作为延迟时钟周期的个数。 

所述的声波数据实时无损压缩模块采用12位定长编码双字典结构的LZW算法，并以硬件FPGA实现LZW算法。 

本发明的发明目的是这样实现的：