发射电路设计研究论文提纲

论文题目：远探测声波发射电路系统设计

摘要：声波远探测作为近几年最新发展的测井技术,实现了测井探测技术从近井筒到远井筒的突破,探测范围从井周数米提高到几十米,在油藏描述和随钻地质导向,及时识别前方“甜点”及储层边界,及时调整井眼轨迹和钻井工程参数等方面展现出巨大的优势。为了提高探测深度满足工程实际,激发大功率宽频声波信号成为了声波远探测发射电路系统设计的关键。受限于高温高压环境,声波发射电路中大功率器件性能下降,输出幅度不稳定,成为现阶段所面临的难题。采用单脉冲的激励方式,需要增加发射脉宽或提高发射电压来提高发射能量,然而增加发射脉宽会降低成像分辨率,提高发射电压又对发射换能器提出了新的挑战。常规的大功率声波发射电路采用变压器驱动换能器的方式进行激励,调节发射频率必须改变电路参数,受限于变压器与换能器的频率特性而难以满足宽频带的要求。本文结合实际工程需求,开发一套大功率宽频声波发射电路系统,作为随钻远探测声波探测器低频发射换能器的驱动电路,产生不同频率、能量可控的双极性脉冲信号,驱动低频发射换能器LTB2016发射声波信号。在此基础上,设计基于FPGA的远探测声波发射电路控制逻辑模块,完成高压电源电路、桥式开关电路、采集电路、通信电路等硬件设计。本文的创新点在于:（1）为确保储能安全与效率,采用PWM技术对充电电压进行调节,引入闭环控制算法保证输出电压稳定;（2）为满足激励信号的大功率宽频需求,采用全桥式开关电路实现任意频率双极性脉冲信号的输出;（3）为保证控制模块与功率发射模块的安全隔离,兼顾小体积与低频发射要求,利用调制技术将低频发射控制信号变成高频信号,以适应变压器小体积的实现要求,对经变压器耦合后的高频信号整流滤波还原低频控制信号。各项测试结果表明:（1）可稳定输出双极性脉冲信号,信号幅度在200V-3000V范围内可调,频率在200Hz-2000Hz范围内可调;（2）尺寸达到预期设计指标,在150℃环境下可长时间稳定工作;（3）与同类技术的相比,本系统所激励的双极性脉冲信号具有更高的工作效率,该系统应用于随钻远探测测井是可行的。综上所述,本文实现的声波远探测发射电路系统具有发射能量大、频率范围宽、耐高温和小体积的特点。系统整体结构合理,集成度高,可扩展性强,各项性能指标能满足随钻声波远探测技术需求,具有较好的应用前景。

关键词：远探测技术;声波发射电路;双极性脉冲信号;FPGA;桥式开关电路

学科专业：油气信息探测与仪器装备

摘要

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第1章 绪论

1.1 课题的背景与意义

1.2 国内外发展研究现状

1.3 远探测声波发射电路关键技术难点

1.4 本文的主要工作及章节安排

第2章 远探测声波发射电路总体方案设计

2.1 远探测声波发射电路技术指标

2.2 重难点分析与解决思路

2.3 总体方案设计

2.4 本章小结

第3章 远探测声波发射电路硬件设计

3.1 主控模块

3.1.1 通信接口电路

3.1.2 电压测量电路

3.2 发射开关模块

3.2.1 开关器件的选择

3.2.2 低端驱动电路

3.2.3 高端驱动电路

3.2.4 开关驱动时序

3.3 高压电源模块

3.3.1 高压电源工作原理

3.3.2 高压电源电路

3.4 本章小结

第4章 远探测声波发射电路软件设计

4.1 软件架构

4.2 PWM脉宽调制模块设计

4.3 开关发射控制模块设计

4.4 高压检测模块设计

4.5 通信模块设计

4.6 本章小结

第5章 远探测声波发射电路系统功能测试

5.1 电路功能测试

5.1.1 通信功能测试

5.1.2 输出频率测试

5.1.3 高压电源测试

5.1.4 输出波形测试

5.2 温度性能测试

5.3 现场对比测试

5.3.1 双圆管低频发射换能器

5.3.2 Valerie低频发射换能器

5.3.3 对比结论

5.4 远探测性能测试

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献

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