井筒震电测井采集控制和传输电路的研究

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伴随着全球经济的快速成长,各国对能源的需求日益增加,石油的消耗量呈现增加的趋势。如何准确高效探测并开采石油,成为各国日益关注的重点。在石油勘探当中,基于震电效应的震电测井技术这些年来研究火热。在含有流体的孔隙介质当中会形成一种双电层结构,正负离子分别吸附在固液交界面两侧,当受到外界震动作用后,正负离子会产生相对位移,从而辐射出电磁场,这就是震电效应。震电测井就是采集这个震电信号,通过分析震电信号,可以得到地层的一些参数,这些参数可以作为是否存在石油的重要判断依据。震电信号十分微弱,通常会被背景噪声所淹没,因此设计一套能够采集到震电信号的系统成为了业内研究人员的终极目标。本课题以震电测井技术现有成果为背景,设计井筒震电采集控制和传输电路。主要方法是将FPGA作为采集控制和传输电路的主要控制单元,控制16位ADC采集震电信号并在FPGA内部存储和累加平均处理,通过SPI总线将八路采集控制电路的数据上传到传输控制电路,之后通过UART协议上传到上位机中实时显示震电信号波形。最后采用时间速度相关法处理震电信号,提取出声波沿不同介质传播的速度。本文首先完成了传输控制硬件电路的设计,包括FPGA外围电路设计、差分转单端电路设计、数字隔离电路设计、通信接口电路设计、电源管理电路及PCB设计等。其次本文完成了采集控制和传输控制电路的逻辑设计及功能仿真,使用Verilog HDL语言设计时钟分频、ADC控制、FSM状态机、累加平均和数据传输等模块。最后本文完成了可以实时显示八路震电信号的上位机软件的程序设计,完成了可以提取声波速度的时间速度相关算法的开发。通过软硬件系统联合调试,测试系统各个模块的性能和功能,通过模拟实验对震电信号进行实际的采集,最终本课题所设计的系统实现了八路震电信号的采集和波形的实时显示,并且通过时间速度相关算法成功提取出了声波的波速,满足了设计的各项指标要求,实现了预期的功能。
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