基于CPLD技术的自然伽马能谱测井仪控制系统的设计

论文摘要

自然伽玛能谱测井仪是一种提供地下岩层的天然放射性总量及放射性元素铀、钍、钾丰度的仪器。钍（Th）、铀（U）、钾（K）三种元素的含量占地层中放射性元素总量的99%以上,其它天然放射性元素只占不到1%,完全可以忽略不计。根据钍、铀、钾的地球化学性质,利用自然伽玛能谱测井资料和其它有关资料结合,追踪这三种元素的的存在规律,可以识别火成岩,区别页岩,确定黏土含量,帮助划分储集层。比较储集层的渗透性和生产能力,还可以用来推断沉积环境,解决石油勘探和开发中的地质问题。自然伽马能谱测井仪器主要由晶体、光电倍增管、前置放大器和高压倍增器、信号处理等组成。50μCi的Am241稳谱源紧贴在晶体的一端。信号处理部分由测量、稳谱和接口三大部分组成。电路设计包括,环信号放大、比较逻辑电路、谱信号比较逻辑电路、高压环路控制和谱误差控制、能窗计数率发送、接口电路的设计。本次设计选用的开发环境为美国ALTERA公司自行设计开发的EDA工具MAX+PLUS II,ALTERA公司的MAX+PLUS II开发系统是一个完全集成的化、易学易用的可编程逻辑设计环境,它可以在多种平台上运行。本次设计是在原有仪器的基础上进行的。原有仪器已经进入市场二十多年了,经过多年现场实践,得到了用户的认可,具有成熟、可靠的电路设计,因此,本课题只是在原有仪器电路设计的基础上进行改进,设计原理和电路实现功能不变,采用先进的技术实现原有的功能,提高仪器的档次。本人完成大部分硬件电路的设计、改进和调试。经过初步测试,该仪器工作稳定可靠,线性良好,达到了预期目标。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 石油测井技术的发展与现状
• 1.2.1 我国石油测井技术发展
• 1.2.2 国外测井技术最新发展趋势
• 1.3 电子设计自动化（EDA）的发展现状
• 1.3.1 什么是电子设计自动化（EDA）
• 1.3.2 EDA 电子设计自动化的发展历史
• 1.3.3 电子设计自动化（EDA）的应用
• 1.4 基于EDA 的FPGA/CPLD 开发
• 1.4.1 FPGA/CPLD 简介
• 1.4.2 基于EDA 工具的FPGA/CPLD 开发流程
• 1.4.3 用FPGA/CPLD 进行开发的优缺点
• 1.5 开发平台与工具
• 1.5.1 VHDL 语言简介
• 1.5.2 VHDL 语言设计步骤
• 1.5.3 MAX+PLUS II 简介
• 1.6 本课题的研究内容
• 第二章 自然伽玛能谱测井仪的原理和结构
• 2.1 自然伽马能谱测井仪的结构
• 2.1.1 探测器的介绍
• 2.1.2 Am 源稳谱
• 2.2 自然伽马测井仪的电路原理
• 2.2.1 环信号放大电路的原理
• 2.2.2 比较逻辑电路的原理
• 2.2.3 接口电路的原理
• 第三章 CPLD 程序设计
• 3.1 程序的总体结构
• 3.2 能窗逻辑模块的设计
• 3.2.1 单稳态触发器的程序设计
• 3.3 计数率寄存和数据传输模块的设计
• 3.3.1 计数器的程序设计
• 3.3.2 移位寄存器的程序设计
• 3.4 高压和谱误差模块的设计
• 3.4.1 双4 位串行输入并行输出的移位寄存器的程序设计
• 3.4.2 加减计数器设计
• 3.4.3 BCD—十进制译码器的程序设计
• 20的（4020）设计'>3.4.4 二进制计数器U₂₀的（4020）设计
• 18（4022） 的设计'>3.4.5 环形计数器U₁₈（4022） 的设计
• 3.5 接口模块的设计
• 3.5.1 字计数电路的设计
• 3.5.2 可置位的可逆计数器的设计
• 3.5.3 地址识别电路的设计
• 3.5.4 4 位比较器程序的设计
• 3.5.5 双4 位锁存器程序的设计
• 3.6 仪器顶层模块的设计
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢