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《西安石油大学》 2016年
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基于DSP的三线圈感应测井数据采集系统研究

文强  
【摘要】:地层电阻率是进行储层评价和储量计算的重要参数,阵列感应测井仪器已成为目前测量电阻率的重要手段。本论文研究基于DSP的三线圈系感应测井数据采集系统,在设计完成发射、接收电路的基础上,研究线圈系主发射、接收和屏蔽线圈匝数及间距对测量电路的影响等,最终形成阵列感应测井仪器最小子系统,为复杂的阵列感应测井系统电路设计与实现提供前期研究基础。主要研究分为以下四个部分:第一部分主要研究阵列感应测井的基本理论。系统研究感应测井中双线圈系和三线圈系的测量原理,分析了现有阵列感应测井仪器AIT和HDIL的仪器线圈系结构参数、优点以及工作频率的选择依据。第二部分基于LabView工具详细研究了三阶梯波信号多频信号的发射与接收特性。首先推导三阶梯波信号的分解与合成公式,发现三阶梯波信号由不包含3倍谐波的信号合成,指出阵列感应仪器AIT仅使用了合成信号的前3项,通过仿真验证三阶梯波与展开谐波之间的合成和分解特性,给出了前10个谐波合成的三阶梯波特性,最后研究接收信号中噪声的消除方法。提出堆栈技术和傅里叶变换相结合有效的消除接收信号中各种随机噪声的方法。第三部分设计了数据采集系统的硬件电路,包括线圈系、发射电路和接收电路。首先根据设计要求提出了基于DSP感应测井数据采集的最小系统设计方案。然后设计并实现基于DSP芯片的6kHz基频信号三阶梯波的发射电路实现方案。采用F2812 DSP为主控芯片构成一个多通道数据采集接收电路。通过调理滤波电路解决信号放大滤波问题,利用高精度数据采集电路实现信号的采集功能。接收电路主要包括电源滤波电路、放大电路等。最终根据PCB原理图焊接完成测试电路板。第四部分完成数据采集系统的软件设计,包括DSP采集程序和上位机软件等。设计基于DSP的采集程序,进行系统模块配置,包含时钟、相应寄存器、外部端口、事件管理器、ADC采集模块等。采用VB语言开发上位机软件,它主要实现了串口通信、命令控制、波形显示、数据保存和数据处理等功能。信号被接收后DSP将采集到的数据送给上位机并在界面上显示。完成系统调试工作后,测得数据结果表明设计满足要求。设计的DSP数据采集系统,可以研究多频信号的发射和接收过程、多频方法消除测量噪声的机理。
【关键词】:DSP(TMS320F2812) 数据采集(Data Acquisition) 三线圈系 阵列感应
【学位授予单位】:西安石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P631.81
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-8
  • 第一章 绪论8-12
  • 1.1 论文研究目的和意义8
  • 1.2 国内外发展现状8-11
  • 1.2.1 阵列感应测井的发展现状8-10
  • 1.2.2 DSP芯片的发展状况10-11
  • 1.3 论文主要研究内容11-12
  • 第二章 阵列感应测井基本理论12-20
  • 2.1 双线圈系理论介绍12-13
  • 2.2 三线圈系基本理论13-14
  • 2.3 阵列感应测井线圈系结构14-16
  • 2.3.1 AIT型仪器的线圈系结构15-16
  • 2.3.2 HDIL型仪器的线圈系结构16
  • 2.4 阵列感应测井频率选择分析16-19
  • 2.4.1 AIT型仪器的频率选择分析17
  • 2.4.2 HDIL型仪器的频率选择分析17-18
  • 2.4.3 频率选择的结论18-19
  • 2.5 小结19-20
  • 第三章 系统发射与接收特性仿真研究20-29
  • 3.1 三阶梯波信号的合成与分解20-21
  • 3.2 三阶梯波发射特性仿真21-23
  • 3.3 三阶梯波接收特性仿真23-26
  • 3.4 发射信号噪声分析与处理26-28
  • 3.5 小结28-29
  • 第四章 系统硬件电路设计29-45
  • 4.1 设计要求29
  • 4.2 方案设计29-30
  • 4.3 DSP最小系统及外围电路设计30-38
  • 4.3.1 处理器选择30-32
  • 4.3.2 AD的选取32-34
  • 4.3.3 外围电路设计34-38
  • 4.4 发射电路板设计38-42
  • 4.4.1 IR2110驱动电路39-40
  • 4.4.2 开关电路40-41
  • 4.4.3 发射板电路图与PCB41-42
  • 4.5 线圈系的设计42-43
  • 4.6 接收电路板设计43-44
  • 4.6.1 放大电路43
  • 4.6.2 加法器电路43-44
  • 4.6.3 跟随器和滤波电路44
  • 4.7 小结44-45
  • 第五章 系统软件设计45-56
  • 5.1 CCS简介45-47
  • 5.2 系统软件整体流程47-48
  • 5.3 ADC转换模块48-50
  • 5.4 SCI模块程序设计50-52
  • 5.5 上位机软件设计52-55
  • 5.5.1 MSComm控件特点和串口初始化设置53-54
  • 5.5.2 控制命令设计54
  • 5.5.3 数据存储和图形显示54-55
  • 5.6 小结55-56
  • 第六章 系统调试56-62
  • 6.1 电路调试和数据分析56-61
  • 6.1.1 DSP调试56-57
  • 6.1.2 发射电路板的调试57-58
  • 6.1.3 接收电路板的调试58-59
  • 6.1.4 系统整体测试分析和完善59-61
  • 6.2 小结61-62
  • 结论62-63
  • 致谢63-64
  • 参考文献64-66
  • 攻读硕士期间发表论文66-67

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