三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统，包括：1块控制板和13块完全相同的采集板。控制板中的采集控制模块接收来自井上系统发出的命令后，对13块采集板进行初始化和相关参数配置，采集板的微弱信号同步采集处理模块利用初始化脉冲和回传脉冲进行计数得到延迟时间，当检测到采集控制模块发出启动采集命令时，13块采集板各自延迟相应时间再进行声波数据的采集和发送。采集控制模块通过数据通道接收来自13块采集板104通道的声波数据，再利用声波数据实时无损压缩模块对数据进行实时无损压缩，然后把压缩的结果上传，从而获取到更精确的声波信号和声波时差信息，同时减少声波数据的传输量，大大提高测井效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统，包括：1块控制板和13块完全相同的采集板。控制板中的采集控制模块接收来自井上系统发出的命令后，对13块采集板进行初始化和相关参数配置，采集板的微弱信号同步采集处理模块利用初始化脉冲和回传脉冲进行计数得到延迟时间，当检测到采集控制模块发出启动采集命令时，13块采集板各自延迟相应时间再进行声波数据的采集和发送。采集控制模块通过数据通道接收来自13块采集板104通道的声波数据，再利用声波数据实时无损压缩模块对数据进行实时无损压缩，然后把压缩的结果上传，从而获取到更精确的声波信号和声波时差信息，同时减少声波数据的传输量，大大提高测井效率。【专利说明】三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统
本专利技术属于微弱信号采集与处理
，更为具体地讲，涉及一种三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理的系统。
技术介绍
三维声波测井是在正交偶极声波测井技术基础上发展起来的新一代声波测井技术，其测量原理是利用目前所有的声波，即单极、偶极及斯通利波测量模式对各种频带的波形进行综合测量以获取地层的三维声波特性，即纵波时差、横波及斯通利波在井筒轴向、径向和周向的变化，对地层特性的方位性提供完整的描述。通过该技术可以清晰地对均质地层和非均质地层的各向异性及各向异性形成的各种机理进行分析。与正交偶极声波测井技术相比，三维声波测井需要观察的波形种类要多且某些种类的波形幅度很微弱，这就对井下电路的噪声性能提出很高的要求。三维声波测井要采集104通道的波形，这就对实现通道波形的一致性提出了一个很大挑战。某些波形幅度微弱，这就需要高精度的模数转换器，从而每个数据的位数很宽，104通道的波形数据必将是很惊人的数据量，传输时间将会远远大于传统的声波测井。因此如何降低声波数据传输时间，提高测井效率，这也是一个难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统，使井下仪器能够获取到更精确的声波信号和声波时差信息，同时减少声波数据的传输量，大大提高测井效率。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统，其特征在于包括:含有内嵌8通道的低噪声模拟信号调理电路与微弱信号同步采集处理模块的13块采集板，以及含有内嵌采集控制模块和声波数据实时无损压缩模块的控制板；所述8通道的低噪声模拟信号调理电路包括:—电荷放大器；电荷放大器作为前置接收电路，负责对压电式传感器输出信号的接收，接收时，将压电式传感器高输出阻抗的电荷信号用不同档位转换成低输出阻抗的电压信号；一程控放大器；程控放大器对电荷放大器输出的电压信号进行放大或衰减；一高通滤波器；高通滤波器负责对程控放大器放大或衰减后的声波信号进行截止频率为500Hz的高通滤波；— ADC驱动器；ADC驱动器将滤波后的单端输入信号转换成差分的输出信号；同时用ADC驱动器可以实现截止频率为23kHz的二阶低通滤波器，作为模数转换器的抗混叠滤波器；控制板的采集控制模块在系统初始化的时刻，通过命令通道发送一个初始化脉冲，离控制板较近的12块采集板的微弱信号同步采集处理模块用本地高精度时钟在检测到脉冲的时刻，启动计数器并开始计数，当最远采集板的微弱信号同步采集处理模块检测到初始化脉冲时，直接把该脉冲通过数据通道回传给控制板，而其它12块采集板的微弱信号同步采集处理模块检测到该回传脉冲时，停止本地计数器的计时并得到一个计数值，当控制板的采集控制模块发送启动采集信号时，每块采集板的微弱信号同步采集处理模块延迟所得计数值一半的本地时钟周期数后，再对8个通道的低噪声模拟信号调理电路的差分输出信号进行采集并发送至控制板；内嵌采集控制模块接收到来自井上系统的命令后，通过命令通道对13块采集板进行初始化和参数配置，当接收到来自13块采集板104通道的声波数据时，采用内嵌的声波数据实时无损压缩模块对数据进行压缩处理，并将压缩后的数据上传到井上系统；在初始化时刻，采集控制模块还负责发送初始化脉冲信号，对13块采集板进行同步设置。其中，所述的8通道的低噪声模拟信号调理电路中的8个通道完全同步。所述的电荷放大器由偏置电流很小、输入阻抗很大和电压噪声密度很小的FET输入级的运算放大器来实现。所述的电荷放大器的输出信号在不超过所使用的运算放大器输出范围时，电荷放大器选择使其输出信号不失真并且增益最高的档位。所述的初始化脉冲和回传脉冲选用现场可编程门阵列FPGA检测，并对两脉冲之间的时间进行计数，将所得到的计数值的一半作为延迟时钟周期的个数。所述的声波数据实时无损压缩模块采用12位定长编码双字典结构的LZW算法，并以硬件FPGA实现LZW算法。本专利技术的专利技术目的是这样实现的:本专利技术三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统，包括:1块控制板和13块完全相同的采集板。控制板中的采集控制模块接收来自井上系统发出的命令后，对13块采集板进行初始化和相关参数配置，采集板的微弱信号同步采集处理模块利用初始化脉冲和回传脉冲进行计数得到延迟时间，当检测到采集控制模块发出启动采集命令时，13块采集板各自延迟相应时间再进行声波数据的采集和发送。采集控制模块通过数据通道接收来自13块采集板104通道的声波数据，再利用声波数据实时无损压缩模块对数据进行实时无损压缩，然后把压缩的结果上传，从而获取到更精确的声波信号和声波时差信息，同时减少声波数据的传输量，大大提高测井效率。同时，本专利技术三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理的系统还具有以下有益效果:(I)、设计出来一个低噪声并且高信噪比的声波模拟信号调理电路，对微弱信号的采集能达到很高的精度，对实际测井的结果分析提供了一个很好的基础。(2)、本专利技术设计一个同步精度很高的104通道信号采集，能够使得测井仪器得到一个非常精确的声波信号时差参数。(3)、本专利技术采用基于字典编码的LZW算法对104道声波数据进行实时无损数据压缩，在测试中能够达到很好的压缩效果，大大减少声波数据的传输量，提高了测井效率。【专利附图】【附图说明】图1是三维声波测井仪器结构示意图；图2是本专利技术三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统示意图；图3是图2所示低噪声模拟信号调理电路的原理示意图；图4是图3所示电荷放大器的主要噪声源示意图；图5是图3所示电荷放大器【具体实施方式】的电路原理图；图6是图3所示程控放大器【具体实施方式】的电路原理图；图7是图3所示高通滤波器的【具体实施方式】的电路原理图；图8是图3所示ADC驱动器的【具体实施方式】的原理图；图9是图2所示微弱信号同步采集处理模块的结构示意图；图10是图2所示声波数据实时无损压缩模块的一【具体实施方式】流程图；表I是一种声波数据流的压缩流程表。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1是三维声波测井仪器结构示意图；如图1所示，三维声波测井仪器采用三个单极发射换能器和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维声波近探头104通道的微弱信号同步采集与处理系统，其特征在于包括：含有内嵌8通道的低噪声模拟信号调理电路与微弱信号同步采集处理模块的13块采集板，以及含有内嵌采集控制模块和声波数据实时无损压缩模块的控制板；所述8通道的低噪声模拟信号调理电路包括：一电荷放大器；电荷放大器作为前置接收电路，负责对压电式传感器输出信号的接收，接收时，将压电式传感器高输出阻抗的电荷信号用不同档位转换成低输出阻抗的电压信号；一程控放大器；程控放大器对电荷放大器输出的电压信号进行放大或衰减；一高通滤波器；高通滤波器负责对程控放大器放大或衰减后的声波信号进行截止频率为500Hz的高通滤波；一ADC驱动器；ADC驱动器将滤波后的单端输入信号转换成差分的输出信号；同时用ADC驱动器可以实现截止频率为23kHz的二阶低通滤波器，作为模数转换器的抗混叠滤波器；控制板的采集控制模块在系统初始化的时刻，通过命令通道发送一个初始化脉冲，离控制板较近的12块采集板的微弱信号同步采集处理模块用本地高精度时钟在检测到脉冲的时刻，启动计数器并开始计数，当最远的采集板的微弱信号同步采集处理模块检测到初始化脉冲时，直接把该脉冲通过数据通道回传给控制板，而其它12块采集板的微弱信号同步采集处理模块检测到该回传脉冲时，停止本地计数器的计时并得到一个计数值，当控制板的采集控制模块发送启动采集信号时，每块采集板的微弱信号同步采集处理模块延迟所得计数值一半的本地时钟周期数后，再对8个通道的低噪声模拟信号调理电路的差分输出信号进行采集并发送至控制板；内嵌采集控制模块负责接收来自井上系统的命令，然后通过命令通道对13块采集板进行初始化和参数配置，当接收到来自13块采集板104通道的声波数据时，采用内嵌的声波数据实时无损压缩模块对数据进行压缩处理，并将压缩后的数据上传到井上系统；在初始化时刻，采集控制模块还负责发送初始化脉冲信号，对13块采集板进行同步设置。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：师奕兵，张伟，张伟杰，蒋天植，马东，蒲利，程瑶，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51