基于超声波的泥浆密度测试机理的研究

论文摘要

泥浆的参数在石油的勘探开发中占有极其重要的地位,半个世纪以来,石油的勘探技术一直在飞速的发展,但是对于泥浆参数的检测技术却一直发展很慢。密度和电导率是泥浆的重要参数,可是目前检测泥浆密度和电导率的仪器或者设备笨重、或者操作繁琐,这些都给现场测量带来了不便。针对泥浆密度测试,本课题对超声衰减法进行了比较全面的研究,并详细地探讨了超声波信号在泥浆中传播的衰减情况,建立了泥浆密度与超声回波信号的关系,对于泥浆电导率测试,本课题针对测量中的极化现象采用了交流电源,利用检波法进行测量,并改变了传统的试管式测量方式,用电极插入式方法进行测量,给测量带来了方便。本课题在深入掌握相关原理基础上,进行了以单片机Atmega16L为主控芯片的相应的硬件设计。在泥浆密度测试系统中,按照信号流程设计了超声波激发电路、接收电路以及对回波信号的处理电路;在泥浆电导率测量系统中,设计了正弦发生电路、测量电路以及峰值提取电路。在软件方面,本课题设计了A/D转化程序、中断服务程序以及显示程序。通过大量实验,本课题拟合出泥浆密度与回波电压幅值的关系曲线,并给出了相应的精度估计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究和应用概况与发展趋势
• 1.2.1 泥浆密度测试研究概况
• 1.2.2 泥浆密度测试应用概况
• 1.2.3 泥浆密度测试发展趋势
• 1.2.4 泥浆电导率测试研究概况
• 1.2.5 泥浆电导率测试应用概况
• 1.2.6 泥浆电导率测试发展趋势
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 泥浆密度及电导率检测原理
• 2.1 泥浆密度测量系统
• 2.1.1 超声检测简介
• 2.1.2 超声波法测泥浆密度原理
• 2.2 泥浆电导率测量系统
• 2.2.1 检波法测泥浆电导率原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 超声波泥浆密度测试系统
• 3.1.1 超声换能器
• 3.1.2 触发电路设计
• 3.1.3 超声波换能器激发电路
• 3.1.4 限幅电路
• 3.1.5 延时电路和选通电路
• 3.1.6 放大电路
• 3.1.7 峰值保持电路
• 3.2 检波法测泥浆电导率系统
• 3.2.1 正弦发生器设计与调试
• 3.2.2 峰值提取电路
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统的软件设计
• 4.1 系统软件设计
• 4.1.1 显示程序的软件设计
• 4.1.2 A/D 转换程序及公式运算程序
• 4.2 本章小结
• 第5章 实验分析与处理
• 5.1 泥浆密度与回波幅值关系式拟合实验
• 5.1.1 实验数据
• 5.1.2 实验数据处理
• 5.1.3 精度估计
• 5.2 限幅电路输入与输出电压比系数测定实验
• 5.3 放大电路的放大倍数测定实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 全部程序
• 附录2 测试系统电路图
• 附录3 单片机外围电路
• 致谢