发射电路设计研究论文提纲

论文题目：井周超声成像测井仪信号处理及发射驱动电路设计

摘要：在石油工业中,如何安全高效准确地测量井下石油储量一直是一个重要的课题和研究内容,对裂缝的研究则是测量井下石油储量的一个重点方向;研究者在测井仪器设备的探索中发现,通过声波对裸眼井进行测量是检测裂缝的有效方式。井周超声成像测井仪是一种运用声波测量裸眼井井壁信息的测井仪器,其基本工作原理是发射超声波,声波在泥浆中传播时遇到不同介质后发生反射,仪器对反射回波进行采集处理后,将数据上传至上位机供井上人员分析。本文主要阐述井周超声成像测井仪的主控控制与信号处理方法、超声波发射控制电路以及信号存储控制的设计方法。论文首先介绍了超声成像测井仪的发展与现状,明确了超声成像测井仪研究意义;然后介绍了井周超声成像测井仪的基本工作原理及结构,分析了本文工作需求和所需要达到的目标;接着从三个方面进行了重点阐述。第一个方面为主控控制及信号处理设计,主要利用FPGA善于处理高速和并行性信号的优点,设计实现了命令接收模块、发射控制模块、接收ADC信号及处理模块、上传数据模块和信号存储模块。第二个方面是驱动换能器发射超声波的电路设计,换能器需要最高达±8 0V高压和250k Hz高频信号驱动,因此设计了MOSFET驱动电路来驱动换能器,同时设计了消振电阻用于消除换能器多余振动,并插入高压控制调档电路来控制发射功率大小,设计了高低压供电控制以减少工作功耗;考虑到高压部分一旦出现问题容易损坏低压电路,在此设计中还加入了高压采样电路用来对高压进行监测。第三个方面是信号存储控制的设计,当井下有井上不易分析的数据或其他预期之外的情况发生时,需将井下大量的原始信号数据进行记录保存,因此加入大容量存储芯片NAND flash;NAND flash存储器需要单独设计控制方法来完成数据的存取控制,对控制器的设计主要分为三个基本操作:擦除、写和读,本文对这些操作的设计实现进行了详细叙述,并设计实现了在业界广泛使用的一种ECC校验。最后,本文所设计电路在实验室环境进行了模拟测试,安装到仪器中作了系统实验,仪器工作正常。测试及实验结果表明,本文工作达到了预期的设计要求。

关键词：超声波成像测井;信号处理;发射驱动;存储控制

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 井周超声成像测井仪技术课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要工作和结构安排

第二章 井周超声成像测井仪总体介绍

2.1 井周超声成像测井仪工作原理

2.2 井周超声成像测井仪结构

2.3 井周超声成像测井仪控制与信号处理需求分析

2.4 井周超声成像测井仪发射控制电路需求分析

2.5 本章小结

第三章 井周超声成像仪主控控制及回波信号处理设计

3.1 井周超声成像仪主控控制及信号处理总体设计

3.2 主控芯片选择

3.3 命令接收模块设计

3.4 发射控制模块设计

3.5 回波信号接收及处理模块设计

3.5.1 回波信号接收设计

3.5.2 信号处理模块设计

3.6 数据上传处理模块设计

3.7 本章小结

第四章 井周超声成像仪发射驱动电路设计

4.1 发射驱动电路总体设计

4.2 MOSFET驱动设计

4.3 去尾振电路设计

4.4 电源模块电路设计

4.5 高压控制与调档设计

4.6 探头发射通道供电设计

4.7 高压采样电路设计

4.8 本章小结

第五章 信号存储控制设计

5.1 信号存储模块电路设计

5.2 信号存储控制模块总体设计

5.3 命令接收模块设计

5.4 状态控制模块设计

5.5 擦除数据模块设计

5.6 读数据模块设计

5.7 写数据模块设计

5.8 ECC校验模块设计

5.8.1 ECC校验基本原理

5.8.2 ECC校验逻辑设计

5.9 坏块管理

5.10 本章小结

第六章 测试结果分析与讨论

6.1 控制及信号处理测试结果及分析

6.1.1 通信模块的验证

6.1.2 控制发射

6.1.3 控制发射探头转换

6.1.4 控制采集时间

6.1.5 测量幅度与到时

6.2 发射驱动电路测试结果及分析

6.2.1 高压调档测试

6.2.2 发射通道测试

6.2.3 高压采集模块硬件测试

6.2.4 去尾振模块测试

6.3 信号存储控制模块测试结果及分析

6.4 系统联调与水槽测试结果及分析

6.4.1 连续声波激励

6.4.2 接受数据

6.4.3 水槽实验测量裂缝

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献