二维核磁共振测井仪主控系统设计与实现

论文摘要

二维核磁共振测井是在保留传统一维核磁共振测井原有应用的基础上,发展起来的一种先进测井技术。与一维核磁共振测井相比,二维核磁共振测井将孔隙流体中氢核数分布从单一T2驰豫变量拓展到二维核磁共振的两个变量,充分利用了核磁共振观测的信息,提高了仪器辨识流体的准确性和直观程度,打破了一维核磁共振测井的局限性。其中主控系统作为整支仪器的核心,该部分设计的好坏决定了二维核磁共振测井仪的工作性能。本文从二维核磁共振测井原理入手,分析了主控系统在整支测井仪器中的作用,进而根据功能需求对主控系统硬件和软件两方面进行了详细的论述和设计。系统硬件设计部分,以数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)为控制电路核心,共分为CAN通讯模块、射频信号产生模块、数据采集模块、时序控制模块四大部分。CAN通讯模块负责完成与遥传短节的CAN通讯任务;射频信号产生模块,采用直接数字频率合成(DDS)芯片,实现两路频率和相位精确可调的正弦信号的发射;数据采集模块实现了对模拟回波信号向数字量的转换;时序控制模块,用于产生抗噪能力强的差分时序控制信号。系统软件设计部分,分析了主控系统程序的工作流程,通过FPGA生成了灵活可调的控制时序,并详细论证了同步采集时钟的产生方案。除此之外,在DSP中实现了基于累加平均的数字相敏检波算法(DPSD),该算法具有计算量小、误差低等优点。针对仪器数据交互的需求,论文制定了核磁共振测井仪专用的CAN通讯协议,保证数据能够准确、高速、可靠的传输,满足大数据量传输的需求。最后通过测井、扫频、主刻度三种工作模式的电路实验数据和结果,验证了本文所设计的主控系统已基本满足核磁共振测井仪的工作需求。目前,装有本文所设计主控系统的核磁共振测井仪已经成功在标准实验井测井成功。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 核磁共振测井理论基础
• 2.1 核磁共振测井物理基础
• 2.2 一维核磁共振测井的局限性
• 2.3 二维核磁共振测井思想
• 3 主控系统硬件电路设计
• 3.1 主控系统硬件电路整体设计
• 3.2 CAN 通讯模块设计
• 3.3 射频信号产生模块
• 3.4 数据采集模块
• 3.5 时序控制模块
• 4 主控系统软件设计
• 4.1 主控系统程序流程设计
• 4.2 FPGA 程序设计
• 4.3 DSP 信号提取算法分析与设计
• 4.4 CAN 通讯协议实现与程序设计
• 5 电路实验结果
• 5.1 测井工作模式
• 5.2 扫频工作模式
• 5.3 主刻度工作模式
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文