脉冲信号电缆驱动电路传输功能剖析

关键词：脉冲信号，铠装电缆，驱动电路，传输功能，剖析

1 问题的提出

石油测井中的脉冲信号要通过几千米的多芯或单芯铠装电缆才干传输到地上测井仪进行处理，这一进程如图1所示。

由图1能够看出，这一进程完成的有用性，首要取决于以下三个方面：

（1）下井仪脉冲驱动电路；

（2）测井电缆传输功能；

（3）地上测井仪脉冲信号检测才干。

现在，地上测井仪脉冲信号检测才干一般为信号起伏大于1V，信号脉冲宽度小于300us，这是有必要到达的目标。能否到达这个目标，首要取决于下井仪脉冲驱动电路和测井电缆传输功能。依照牢靠性理论，在最坏状况[1]下体系应能正常作业。那么，什么是测井电缆的“最坏状况”？在实践中首要是指传输功能最差的测井电缆。只要在下井仪脉冲驱动电路配接传输功能最差的测井电缆时仍能正常作业，才干保证这一进程的有用性。因而，剖析脉冲信号电缆驱动电路在配接传输功能最差的测井电缆时的传输功能，有助于规划出传输功能优越的驱动电路，使根据脉冲信号的石油测井进程牢靠进行。

2 测井电缆及其“最坏状况”模仿

现在在用的测井电缆类型较多，有国产电缆，也有进口电缆，传输功能不同很大。最差的电缆5000米直流电阻达400Ω，对信号的衰减很大，12V的脉冲信号通过该电缆后，起伏只要0.4V，给地上测井仪的检测带来了很大困难。

那么，测井电缆在传输脉冲信号时，有什么特色呢？一般以为，测井电缆的传输功能与所传输信号的频率密切相关，关于低频信号，测井电缆呈现阻性特征；关于中频信号，测井电缆呈现容性特征；关于高频信号，测井电缆呈现理性特征。阻性特征使脉冲起伏下降，下降到1V以下，地上测井仪就难以检测；容性特征使脉冲宽度增大，增大到必定程度就会发生脉冲堆叠现象，地上测井仪发生漏记，从而影响丈量精度。为了传输的需求，石油测井中常常通过分频使脉冲信号频率下降，因而，能够为测井电缆兼具阻容性特征。

为了习惯测井电缆的“最坏状况”，就要改善驱动电路，使配接电缆今后的信号仍能满意地上测井仪的检测。为了便于在实验室条件下研讨驱动电路的传输功能，参阅最差电缆的参数，规划制造模仿电缆，是一条有用的途径。通过重复比对，图2所示的模仿电缆彻底能够模仿最差的电缆，能够用于查验驱动电路的驱动才干。

3 驱动电路传输功能剖析

3．1 两种驱动电路的剖析

常用的传输驱动电路有两种，一种是以驱动变压器为中心的驱动电路，另一种是以集成驱动芯片为中心的驱动电路，研讨发现两种驱动电路的功能不同不大，本钱附近，集成驱动芯片因集成度高具有显着的使用优势。

3．2 影响电缆传输功能的要素剖析

以TD823为中心的驱动电路典型接法如图3所示，下面将在配接了所制造的模仿电缆的状况下，对TD823的传输功能进行剖析。

3．2．1 TD823供电电压对带电缆才干的影响

关于ZGJ-C天然伽玛测井仪的钟型脉冲[2]，作了以下两个实验：

（1）供电电压巨细的影响

供电电压巨细对带电缆才干的影响如表1所示，可见供电电压巨细对输出脉冲起伏没有显着的影响。

（2）供电办法的影响

供电办法对带电缆才干的影响如表2所示，能够发现供电办法对带电缆才干的影响很大，因而较好的供电办法应取掉限流电阻，直接给TD823供电。

　

3．2．2 脉冲参数对带电缆才干的影响

对信号而言，其典型参数包含脉冲形状和脉冲宽度，为了讨论各自对带电缆才干的影响，作了以下两个实验：

（1）脉冲形状对带电缆才干的影响

现在在用的石油测井仪器有两种典型的脉冲形状，通过详尽的研讨发现，脉冲形状对带电缆才干有较大的影响，详细如表3所示。

因而，在规划脉冲信号成形电路时应优先选用方波作为测井信号传输波形。

（2）脉冲宽度对带电缆才干的影响

关于方波，脉冲宽度对带电缆才干的影响如表4所示。

由表4可见，跟着脉冲宽度的添加，带电缆今后输出脉冲起伏显着增大，但也存在必定的副作用，即脉冲计数漏记有所添加，很多实验标明，当输入脉冲宽度控制在30us～40us之间时，既能使输出脉冲起伏显着增大，又能将脉冲计数漏记控制在可接受的规模之内。

3．2．3 输出浮地电容对带电缆才干的影响

关于44us方波，输出浮地电容C对带电缆才干的影响如表5所示。

由表5可见，跟着电容值的添加，带电缆今后输出脉冲起伏显着增大，但也存在必定的副作用，即脉冲宽度有所添加，很多实验标明，当电容值控制在0.22uF～2.2uF之间时，既能使输出脉冲起伏显着增大，又能将脉冲宽度控制在可接受的规模之内。

4 驱动电路规划及功能点评

根据3.2末节剖析，影响驱动电路驱动功能的首要要素为TD823的供电办法、脉冲信号成形电路、输出浮地电容的容值巨细，据此，对驱动电路进行了改善规划及验证。

4．1 改善规划

4．1．1 TD823的供电办法改善规划

TD823供电应取掉限流电阻，直接供±12V，添加这一数值，配接模仿电缆今后输出脉冲起伏虽有添加，但增幅不大。

4．1．2 脉冲信号成形电路改善规划

脉冲信号成形电路改善规划，首要是选用集成整形芯片，辅以恰当的RC电路，由于这样做能够：

（1） 得到规范的方波信号；

（2） 减小脉冲堆叠引起的计数率过载；

（3） 减小基线漂移引起的计数率过载；

（4） 减小低频噪声。

4．1．3 输出浮地电容的容值巨细挑选

输出浮地接法是组合测井的需求，从电容特性看，容值大的电容具有低通特性，容值小的电容具有高通特性。问题的本质是，容值小的电容关于高频信号其接地导通性杰出，而关于低频信号其浮地的导通性差，相当于接地不良，所以呈现了短路电容之后信号起伏添加的现象，一旦浮地电容的容值恰当，这种接法的作用就不显着。所以，应根据丈量目标的频率凹凸，选用浮地电容的容值。在测井实践中往往遇到的是随机脉冲信号，丈量目标的计数率常常改变，此刻，某一容值的浮地电容习惯性怎么？针对ZGJ-C天然伽玛测井仪的研讨标明，2.2uF的电容在典型的计数率规模之内，其习惯性杰出。因而，浮地%&&&&&%的容值选用2.2uF。

4．2 驱动才干与电缆长度的联系

驱动电路的驱动才干与电缆长度的联系如图4所示，这种联系能够用拟合的数学联系式来表达，并用外推的办法揣度驱动电路的极限驱动才干，即一个驱动电路到达地上测井仪脉冲信号检测才干，所能配接的最长电缆。

对图4的数据进行指数拟合，可获得指数计算公式

也就是说，该驱动电路的极限驱动才干为7318米，彻底满意最坏条件下的使用。

4．3 规划验证