本發(fā)明屬于電磁感應技術領域，具體涉及一種感應測井直耦信號自動對消方法的設計。

背景技術：

感應測井儀發(fā)射線圈在導電地層中產生渦流，渦流對接收線圈產生攜帶地層信息的二次感應信號，通過測量二次感應信號來獲取地層信息。但是在實際測量過程中，由于發(fā)射線圈和接收線圈的耦合效應，接收線圈還會接收到來自發(fā)射線圈的直耦信號。直耦信號不攜帶地層信息，通常為無用信號，并且一般會比二次感應信號大好幾個數(shù)量級以上，如果不加以對消，有用的二次感應信號往往會淹沒在直耦信號里，這樣會對接收處理單元的信號提取造成很大的困難，同時也大大增加了測量難度，因此需要對接收線圈的直耦信號進行對消。

由電磁感應的基本原理可知，在測井儀中通常采用在接收線圈上串接補償線圈的方式來去除直耦信號，具體通過改變補償線圈的匝數(shù)和面積來實現(xiàn)。然而繞制的線圈存在精度不夠、穩(wěn)定性差的缺點，并且一旦組裝完成，若儀器在運輸和使用中對消效果出現(xiàn)變化，或者因使用環(huán)境的變化而出現(xiàn)對消誤差，又要重新調試對消，這樣會消耗大量的時間和人力成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對背景技術的不足之處，提出了一種感應測井直耦信號自動對消方法，使測井儀的調試過程簡單易操作、精度高、穩(wěn)定性好，無需校準，同時省去補償線圈以及線圈匝數(shù)與繞向的設計，適用于測井行業(yè)中不斷變化的操作環(huán)境。

本發(fā)明的技術方案為：一種感應測井直耦信號自動對消方法，包括以下步驟：

a1、選通感應測井儀的某一發(fā)射線圈，使能發(fā)射信號輸出至地層，并通知fpga可編程門陣列模塊控制參考信號切換模塊切換到相應的發(fā)射線圈通道；

a2、控制感應測井儀的接收線圈接收來自發(fā)射線圈的直耦信號以及來自地層的二次感應信號，形成混合信號；

a3、將混合信號與補償信號(初始值為0)在加法運算電路模塊中進行疊加，形成復合信號；

a4、對復合信號進行信號放大濾波調理，包括依次進行的低噪聲放大、帶通濾波以及程控放大處理；

a5、對參考信號及調理后的復合信號進行adc采樣，將模擬信號轉換成數(shù)字信號；

a6、采用fpga可編程門陣列模塊讀取并累加adc采樣后的數(shù)據(jù)，同時向dsp主控模塊上傳累加后的數(shù)據(jù)；

a7、對累加后的數(shù)據(jù)進行dpsd數(shù)字相敏檢波運算，實現(xiàn)對復合信號的正交分離，得到復合信號與參考信號的相位關系；

a8、比較復合信號相對于參考信號的相位角θ的大小，判斷是否滿足θ≥45°，若是則直耦信號對消結束，否則進入步驟a9；

a9、控制dds數(shù)字頻率合成器輸出補償信號，經過增益調節(jié)(依次進行低通濾波與低噪聲放大處理)后再與混合信號在加法運算電路模塊中進行疊加，形成新的復合信號，返回步驟a4。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過電路與軟件算法來實現(xiàn)對直耦信號的對消，采用信號補償反饋的形式，通過軟件算法的控制，合理調節(jié)補償信號的大小與相位，實現(xiàn)與直耦信號的對消。本發(fā)明中軟件算法在dsp主控模塊中完成，采用dpsd數(shù)字相敏檢波技術，將接收端的復合信號實現(xiàn)正交分離，得到復合信號與參考信號的相位關系，實時監(jiān)測復合信號與參考信號的相位角θ的大小，合理調整補償信號的輸出幅度。本發(fā)明能自動完成對消的工作，簡單快捷，具有一定的實時性，不受其他外界因素影響，可靠性高，適應性強，完全能夠滿足系統(tǒng)測量時序的要求。

進一步地，參考信號與直耦信號同相位。

上述進一步方案的有益效果為：由于參考信號與直耦信號同相位，因此復合信號相對于參考信號的相位角θ即為復合信號相對于直耦信號的相位角，當θ≥45°時說明直耦信號小于或等于二次感應信號，即可認為對消完成，無需將直耦信號完全消除，實現(xiàn)起來相對更為簡單。

進一步地，補償信號與直耦信號同頻率且相位相差180度。

上述進一步方案的有益效果為：由于補償信號與直耦信號相位相差180度，信號疊加后即可起到對消的作用。

進一步地，步驟a7中的dpsd數(shù)字相敏檢波運算包括依次進行的sin/cos乘法及累加運算、實部/虛部換算。

上述進一步方案的有益效果為：將測量信號(復合信號)乘上對應同頻率零相位的正弦波和零相位的余弦波，也就是進行傅立葉變換后就可以直接分離出實部和虛部信號，實部即為直耦信號，虛部即為二次感應信號，兩者與復合信號相對于參考信號的相位角θ大小有關。上述運算構成了dpsd數(shù)字相敏檢波運算，實現(xiàn)了對復合信號的正交分離，為后續(xù)的相位關系比較以及二次感應信號的提取提供了條件。

進一步地，步驟a9中補償信號的輸出幅度由dac數(shù)模轉換器以及增益可調的低噪聲放大器共同控制。

上述進一步方案的有益效果為：在fpga可編程門陣列模塊的控制下，由dac數(shù)模轉換器以及增益可調的低噪聲放大器共同調節(jié)補償信號的輸出幅度，增加了調節(jié)的精確度。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明實施例一提供的一種感應測井直耦信號自動對消裝置結構框圖。

圖2所示為本發(fā)明實施例一提供的fpga可編程門陣列模塊與dsp主控模塊功能示意圖。

圖3所示為本發(fā)明實施例二提供的一種感應測井直耦信號自動對消方法流程圖。

圖4所示為本發(fā)明實施例二提供的正交分離后復合信號的實部/虛部關系示意圖。

附圖標記說明：1-發(fā)射線圈、2-接收線圈、3-信號放大濾波調理模塊、4-adc采樣模塊、5-fpga可編程門陣列模塊、6-相位補償信號輸出模塊、7-增益調節(jié)控制模塊、8-dsp主控模塊、9-參考信號切換模塊、10-加法運算電路模塊；

31-低噪聲濾波放大器、32-帶通濾波器、33-程控運放器；

61-dds數(shù)字頻率合成器；62-dac數(shù)模轉換器；

71-lc低通濾波器、72-低噪聲放大器、73-模擬開關電阻網絡；

s1-參考信號、s2-直耦信號、s3-二次感應信號、s4-補償信號、s5-混合信號、s6-復合信號。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖來詳細描述本發(fā)明的示例性實施方式。應當理解，附圖中示出和描述的實施方式僅僅是示例性的，意在闡釋本發(fā)明的原理和精神，而并非限制本發(fā)明的范圍。

為使本發(fā)明的技術方案更加清楚、完整，在介紹本發(fā)明提供的感應測井直耦信號自動對消方法之前，首先以實施例一對感應測井直耦信號自動對消方法對應對消裝置做詳細介紹：

實施例一：

本發(fā)明實施例提供了一種感應測井直耦信號自動對消裝置，如圖1所示，包括順次連接的加法運算電路模塊10、信號放大濾波調理模塊3、adc采樣模塊4、fpga可編程門陣列模塊5、相位補償信號輸出模塊6、增益調節(jié)控制模塊7。加法運算電路模塊10的輸入端分別與感應測井儀的接收線圈2及增益調節(jié)控制模塊7的輸出端連接。

其中加法運算電路模塊10用于對感應測井儀接收線圈2接收到的混合信號s5以及相位補償信號輸出模塊產生的補償信號s4進行疊加，形成復合信號s6；混合信號s5由接收線圈2接收到的直耦信號s2以及二次感應信號s3疊加而成；信號放大濾波調理模塊3用于對加法運算電路模塊10輸出的復合信號s6進行信號放大濾波調理；adc采樣模塊4用于對經信號放大濾波調理模塊調理后的復合信號s6進行adc采樣，將模擬信號轉換成數(shù)字信號；相位補償信號輸出模塊6用于產生補償信號s4，對混合信號s5中包含的直耦信號s2進行對消；增益調節(jié)控制模塊7用于對補償信號s4進行增益調節(jié)。

信號放大濾波調理模塊3包括順次連接的低噪聲濾波放大器31、帶通濾波器32以及程控運放器33，分別用于對復合信號s6進行低噪聲放大、帶通濾波、程控放大處理。低噪聲濾波放大器31的輸入端為信號放大濾波調理模塊3的輸入端，與加法運算電路模塊10連接。程控運放器33的輸出端為信號放大濾波調理模塊3的輸出端，與adc采樣模塊4連接。

相位補償信號輸出模塊6包括用于產生并輸出補償信號s4的dds數(shù)字頻率合成器61以及用于調整dds數(shù)字頻率合成器61輸出幅度的dac數(shù)模轉換器62。adc采樣模塊4的輸入端與感應測井儀的發(fā)射線圈1連接，用于接收發(fā)射線圈1耦合輸出的參考信號s1，參考信號s1與直耦信號s2同相位。當感應測井儀具有多個發(fā)射線圈1時，adc采樣模塊4的輸入端與感應測井儀的發(fā)射線圈1之間還應連接參考信號切換模塊9，用于切換至當前處于發(fā)射狀態(tài)下的發(fā)射線圈1耦合輸出的參考信號s1。本發(fā)明實施例中，dds數(shù)字頻率合成器61采用相位可調的dds芯片，該芯片具有輸出相位設置功能，可以任意設置輸出相位。

增益調節(jié)控制模塊7包括順次連接的lc低通濾波器71與低噪聲放大器72，分別用于對補償信號s4進行低通濾波及低噪聲放大處理。lc低通濾波器的輸入端71為增益調節(jié)控制模塊7的輸入端，與dds數(shù)字頻率合成器61連接。低噪聲放大器72的輸出端為增益調節(jié)控制模塊7的輸出端，與加法運算電路模塊10連接。增益調節(jié)控制模塊7還包括連接于低噪聲放大器72輸入端的模擬開關電阻網絡73，通過控制模擬開關的導通與關斷，調節(jié)電阻網絡rs的大小，實現(xiàn)對低噪聲放大器72增益的選擇，進而控制補償信號s4的幅度。

本發(fā)明實施例提供的感應測井直耦信號自動對消裝置還應包括dsp主控模塊8，其通過數(shù)據(jù)總線及地址總線與fpga可編程門陣列模塊5通信連接，用于對整個感應測井儀進行控制，并對adc采樣累加后的數(shù)據(jù)進行dpsd相敏檢波運算。本發(fā)明實施例中，dsp主控模塊8由dsp主控制器芯片與相關外圍電路組成。

如圖2所示，本發(fā)明實施例中，dsp主控模塊8由dsp主控制器芯片與相關外圍電路組成。fpga可編程門陣列模塊5采用actel-fpga，用于讀取adc采樣模塊4采樣后的數(shù)據(jù)并累加，向dsp主控模塊8上傳累加后的數(shù)據(jù)，以及在dsp主控模塊8的控制下，實現(xiàn)如下功能：

(1)控制dac數(shù)模轉換器62的輸出；

(2)控制dds數(shù)字頻率合成器61的輸出；

(3)控制模擬開關電阻網絡73的電阻網絡rs的大??；

(4)控制參考信號切換模塊9對參考信號s1的切換；

(5)調節(jié)程控運放器33的增益大小。

實施例二：

本發(fā)明實施例提供了一種感應測井直耦信號自動對消方法，如圖3所示，包括以下步驟：

a1、選通感應測井儀的某一發(fā)射線圈，使能發(fā)射信號輸出至地層，并通知fpga可編程門陣列模塊控制參考信號切換模塊切換到相應的發(fā)射線圈通道。

在進行步驟a1之前，需進行必要的常規(guī)預處理操作，包括將dsp主控模塊及fpga可編程門陣列模塊上電初始化以及控制dsp主控模塊在主函數(shù)中等待開啟發(fā)射工作指令等。

a2、控制感應測井儀的接收線圈接收來自發(fā)射線圈的直耦信號以及來自地層的二次感應信號，形成混合信號。

發(fā)射線圈開啟發(fā)射后，處在交變磁場中的地質層會產生渦流，并向外輻射二次感應信號，接收線圈接收直耦信號的同時也接收二次感應信號，區(qū)別在于直耦信號強度遠遠大于二次感應信號的強度，且兩者相位相差90度。

a3、將混合信號與補償信號在加法運算電路模塊中進行疊加，形成復合信號。

由于初次采集直耦信號和二次感應信號時并未對其進行直耦信號對消處理，因此補償信號的初始值為0。

a4、對復合信號進行信號放大濾波調理，包括依次進行的低噪聲放大、帶通濾波以及程控放大處理。

a5、對參考信號及調理后的復合信號進行adc采樣，將模擬信號轉換成數(shù)字信號。

a6、采用fpga可編程門陣列模塊讀取并累加adc采樣后的數(shù)據(jù)，同時向dsp主控模塊上傳累加后的數(shù)據(jù)。

a7、對累加后的數(shù)據(jù)進行dpsd數(shù)字相敏檢波運算，實現(xiàn)對復合信號的正交分離，得到復合信號與參考信號的相位關系。

該步驟中dpsd數(shù)字相敏檢波運算包括sin/cos乘法及累加運算、實部/虛部換算。將測量信號(復合信號)乘上對應同頻率零相位的正弦波和零相位的余弦波，也就是進行傅立葉變換后就可以直接分離出實部和虛部信號，實部即為直耦信號，虛部即為二次感應信號，兩者與復合信號相對于參考信號的相位角θ大小有關。上述運算構成了dpsd數(shù)字相敏檢波運算，實現(xiàn)了對復合信號的正交分離，為后續(xù)的相位關系比較以及二次感應信號的提取提供了條件。

a8、比較復合信號相對于參考信號的相位角θ的大小，判斷是否滿足θ≥45°，若是則直耦信號對消結束，否則進入步驟a9。

如圖4所示，剛開始由于直耦信號遠遠大于二次感應信號，此時θ≈0°，當經過幾次補償信號對消后，直耦信號被消弱，θ迅速變大，當兩者大小相當即θ≥45°時，說明直耦信號小于或等于二次感應信號，即可認為對消完成，無需將直耦信號完全消除，因此實現(xiàn)起來相對更為簡單。

a9、控制dds數(shù)字頻率合成器輸出補償信號，經過增益調節(jié)(依次進行低通濾波與低噪聲放大處理)后再與混合信號在加法運算電路模塊中進行疊加，形成新的復合信號，返回步驟a4。

其中補償信號的輸出幅度由dac數(shù)模轉換器以及增益可調的低噪聲放大器共同控制，dac數(shù)模轉換器用來調節(jié)dds數(shù)字頻率合成器輸出的補償信號大小，而模擬開關電阻網絡用來調節(jié)低噪聲放大器的增益，進而控制補償信號的輸出幅度。

上述步驟中參考信號與直耦信號同相位，因此復合信號相對于參考信號的相位角θ即為復合信號相對于直耦信號的相位角。同時由于補償信號與直耦信號相位也相差180度，信號疊加后即可起到對消的作用。

直耦信號對消完成后，即可提取正交分離后的二次感應信號，參與地層電導率的計算。

本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內。