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针对常规感应测井技术存在的斜井、倾斜地层的电阻率测量精度不高和地层的电学各向异性等缺陷，三维感应测井技术，作为一种全新的感应测井技术，可精确测量、识别倾斜地层的电阻率、薄互产层以及构造倾角。本文从感应测井的基本原理出发，对各向同性均匀介质地层环境下视电导率张量进行推导，结合主控系统的技术指标要求，开展三维感应测井仪主控系统的研究与设计工作。三维感应测井仪主控系统，以数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)作为系统构架核心，分别对发射波形触发控制、高精度多频多道数据采集与刻度切换、多通道数据采集通道自适应刻度、辅助参量采集、CAN通信接口设计等关键技术的硬件电路和软件算法的实现进行了设计和论述。在所搭建的实验平台下，初步验证所设计的主控系统硬件、软件设计方案的可行性。利用A3P1000对2路数据通道的AD7760芯片进行并行数据采集控制，幅值和相位结果均具有很好的一致性；利用A3P1000的内核实现多频信号的数字相敏检波(DPSD)乘累加操作具有可行性，且计算得到的幅值结果一致性较好，误差小于1%；利用FPGA设计596阶Kaiser窗、带通FIR滤波器，从混合有白噪声的多频信号中有效提取20kHz分量；利用前置放大、信号调理、级联放大等电路处理技术，结合过采样技术、DPSD算法处理，能够提取幅值约为30nV(甚至是10nV)的多频混合信号，有力地验证了所设计的系统的微弱信号检测能力。本文的研究与设计工作，初步满足了三维感应测井仪主控系统设计的需求指标。