感应测井仪中相敏检波电路的改进研究

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1、感应测井仪中相敏检波电路的改进研究王楠(西安方元能源工程有限责任公司油田测井分公司33144队)【摘要】针对现行感应测井仪中模拟相敏检波器存在的缺点，按照数字信号处理的思路，提出了一种全新的数字相敏检波器的设计思路，并对其信号处理流程进行了严格的代数分析，给出了其实现框图。【关键字】感应测井仪数字信号处理数字相敏检波StudyOnPhaseSensitiveDemodulationInInductionLoggingToolWangnan(xi’anfangyuanenergyengineeringCO.LTDLoggingbranch33144)AbstractInconsi

2、derationoftheproblemsexistedinthePSDofinductionloggingtoolatpresent,giveafullynewwaytodesigndigitalizationphasesensitivedemodulationininductionloggingtoolbasedondigitalsignalprocess,andanalysedit’ssignalprocessingstrictlybythewayofmathematic,andagraphicsonhowtorealizeit.KeywordsInductionlogg

3、ingtool,Digitalsignalprocess,Digitalizationphasesensitivedemodulation目前国内生产中使用的各种感应测井仪，其电路原理都大同小异。主要由以下几部分组成：20KHZ信号发生器、测量信号放大器、参考信号放大器和相敏检波电路，而相敏检波电路是整个电子线路的核心。目前国内使用的感应测井仪中的相敏检波电路都使用模拟器件，因此导致其分辨率低,不能进行薄层分析;数字化程度低,信号处理过程中易受干扰,传输效率低;导致无用信号和有用信号的分离不够彻底,从而影响测量精度;受井眼、侵入、围岩等环境影响和趋肤效应影响比较严重，因此所提供

4、的地层电阻率不够准确,不能满足测井发展的需要。尤其是目前的感应测井仪中，把X-信号当作无用信号予以消除，实际上X-信号既包含了发射线圈对接受线圈的直耦信号，也包含了电磁波在导电介质中传播时由于相位变化而产生的正交信号，前者时要剔除的无用信号，后者却是与地层性质有关的有用信号。数字化的检波电路正是既利用了有用信号R-信号，也包含了传统感应认为无用的X-信号,对信号采用数字化的处理方式，大大提高了感应测井精度。1相敏检波电路和感应测井仪中的相敏检波电路相敏检波器（PSD）是一个有两个交流输入和一个直流输出的电路。一个交流输入是被测量的信号，另一个交流输入是参考信号，参考信号的频率与

5、测量信号相同。如图1所示相敏检波器比较测量信号和参考信号的相位，输出测量信号中与参考信号同相位的成分。其幅度正比于同相分量。相敏检波输入信号参考信号直流输出感应测井是利用电磁感应原理测量地层电导率的测井方法。其测量原理如图所示：正弦波振荡器发出20KHZ强度一定的交流电流激励发射线圈。在任一时刻的发射电流可表示为：式中为电流幅度值；为发射电流的角频率。这个电流就会在井周围地层中形成交变电磁场。设想把地层分割成许多以井轴为中心的地层元环，每个地层元环相当于具有一定电导率的线圈。发射电流形成的电磁场就会在这些地层元环中感应产生电动势，其大小可由下式给出：式中M为发射线圈和地层元环之

6、间的互感。从公式不难看出感应电动势滞后发射电流，于是地层元环内的感应电流可表示为：的大小取决于地层的电导率。这个环电流又形成二次交变电磁场，在二次电磁场的作用下，接受线圈中产生感应电动势，即：式中为地层元环和接受线圈之间的互感。接受线圈电压正比于地层元环电导率，且与发射电流反相。互感取决于地层元环的位置和几何尺寸。在接受线圈中除了二次电磁场产生的感应电动势外，发射电路电流所形成的一次电磁场也引起感应电动势。这种由发射线圈对接受线圈直接耦合产生的感应电动势可表示为：式中为两线圈之间的互感。直接耦合引起的感应电势与发射电流相位差，且和地层电导率无关。因此接受线圈给出的信号包含了两个

7、分量：与地层电导率成正比的，它和发射电流相位差；与地层电导率无关的直耦信号，它和发射电流相位差。因此，两者相位差180度，相敏检波的目的就是要检出R-信号，剔除X-信号。2现行感应测井仪中的相敏检波电路及存在缺陷相敏检波的目的是从输入信号检出相位与参考信号相同的成分。从图中可知，双三极管Q1,Q2作为开关管使用，与输入变压器，输出电路接成全波整流电路。参考信号作为控制信号加在Q1,Q2管的栅极和阴极之间。Q1,Q2管是否导通就取决于测量信号和参考信号的相位关系。由于测量信号中的R-信号分量与