專利名稱：一種脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用地球物理領(lǐng)域，尤其涉及一種脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路。
背景技術(shù)：
聲波測井儀器向陣列化和相控陣方向發(fā)展，發(fā)射聲系也通常由多個發(fā)射換能器組成且采用相控陣技術(shù)以提高發(fā)射能量或控制聲波能量輻射方向。為了實(shí)現(xiàn)有效的相控激勵，發(fā)射換能器激勵電路必須輸出時序和脈沖寬度都非常精準(zhǔn)的激勵脈沖。目前，通常采用的換能器激勵電路一般由儲能單元、觸發(fā)脈沖控制單元、大功率開關(guān)管和激勵脈沖變壓器組成。這種變壓器激勵電路采用的激勵變壓器一般體積都比較大，不適合激勵通道比較多時采用，而且激勵變壓器輸出的激勵脈沖寬度和波形主要受激勵變壓器次級繞組參數(shù)和發(fā)射換能器自身參數(shù)所控制，不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的脈沖寬度和脈沖前后沿控制。對于多極子組合發(fā)射換能器，通常采用激勵脈沖換向的方式形成單極、偶極或四極工作模式，而激勵脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)換向功能通常需要增加繞組和相應(yīng)的驅(qū)動控制電路，且由于脈沖變壓器繞組參數(shù)和發(fā)射換能器自身參數(shù)差異，導(dǎo)致各通道輸出波形之間或同一輸出通道的正向與反向輸出波形之間差異較大，影響激勵效果。因此，如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的激勵脈沖控制、縮小激勵電路所占用的空間和實(shí)現(xiàn)換向激勵，是本領(lǐng)域的技術(shù)人員面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路，以實(shí)現(xiàn)在狹小空間內(nèi)對聲波測井儀器發(fā)射換能器進(jìn)行激勵。

本發(fā)明提供了一種脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路，所述脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路包括:儲能單元、觸發(fā)控制單元和高壓切換控制單元，其中:所述高壓切換控制單元內(nèi)部由浮地隔離驅(qū)動電路、高位開關(guān)和低位開關(guān)組成，所述高壓切換控制單元與所述儲能單元和發(fā)射換能器分別相連，用于在所述觸發(fā)控制單元的控制下，通過控制所述儲能單元輸出的高壓能量，對所述發(fā)射換能器進(jìn)行正向或反向激勵?？蛇x的，所述浮地隔離驅(qū)動電路具有兩個輸入端口，分別為:高位激勵觸發(fā)輸入端和低位激勵觸發(fā)輸入端，所述兩個輸入端口均與所述觸發(fā)控制單元相連。可選的，所述浮地隔離驅(qū)動電路具有兩個輸出端口，所述高位開關(guān)和所述低位開關(guān)分別與所述浮地隔離驅(qū)動電路的相應(yīng)輸出端口相連，所述高位開關(guān)的輸入端與所述儲能單元的輸出端相連，所述高位開關(guān)的輸出端與所述低位開關(guān)的輸入端和所述發(fā)射換能器的輸入端相連，所述低位開關(guān)的輸出端接地?？蛇x的，所述脈沖可換向的聲波測井換能器的發(fā)射激勵電路包括多個高壓切換控制單元，以進(jìn)行多路組合，在所述觸發(fā)控制單元的控制下實(shí)現(xiàn)相控激勵或換向激勵
上述技術(shù)方案具有如下有益效果:因?yàn)椴捎盟雒}沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路包括:儲能單元、觸發(fā)控制單元和高壓切換控制單元，其中:所述高壓切換控制單元內(nèi)部由浮地隔離驅(qū)動電路、高位開關(guān)和低位開關(guān)組成，所述高壓切換控制單元與所述儲能單元和發(fā)射換能器分別相連，用于在所述觸發(fā)控制單元的控制下，通過控制所述儲能單元輸出的高壓能量，對所述發(fā)射換能器進(jìn)行正向或反向激勵的技術(shù)手段，由于所述高壓切換控制單元內(nèi)部只包含隔離驅(qū)動和高壓開關(guān)等半導(dǎo)體器件，不包括體積較大的脈沖變壓器，所以達(dá)到了如下的技術(shù)效果:實(shí)現(xiàn)了在占用較小的空間時對激勵脈沖的寬度和時序進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，而且激勵脈沖前后沿均可非常陡，更利于提高發(fā)射換能器激發(fā)效率。另夕卜，高壓切換控制單元可以多路組合，在觸發(fā)控制單元的控制下組成相控激勵工作模式或換向激勵工作模式，實(shí)現(xiàn)三維相控發(fā)射或多極子激勵。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例用于單端脈沖可換向的發(fā)射激勵電路功能框圖；圖2為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例用于橋式脈沖可換向的發(fā)射激勵電路功能框圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
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以下舉應(yīng)用實(shí)例詳細(xì)說明本發(fā)明上述技術(shù)方案:本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例要實(shí)現(xiàn)對聲波測井換能器的激勵脈沖寬度進(jìn)行非常精準(zhǔn)的控制。相對于傳統(tǒng)的聲波測井換能器激勵電路，本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例從以下方面進(jìn)行改進(jìn):(I)為了解決在狹小空間內(nèi)安裝的問題，盡可能縮小激勵電路體積，所以將激勵功率切換控制電路設(shè)計(jì)成高位開關(guān)和低位開關(guān)組合的方式，非激勵狀態(tài)時高位開關(guān)處于斷開狀態(tài)而低位開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，激勵時低位開關(guān)先斷開然后高位開關(guān)導(dǎo)通將儲能電路的能量快速加載到發(fā)射換能器上形成非常陡峭的激勵上升沿，激勵脈沖寬度時間到達(dá)時高位開關(guān)先斷開然后低位開關(guān)導(dǎo)通將發(fā)射換能器快速放電形成陡峭的下降沿；(2)為了解決高位開關(guān)的驅(qū)動問題，采用具有浮地驅(qū)動功能的驅(qū)動芯片對高位開關(guān)和低位開關(guān)進(jìn)行驅(qū)動控制，高位和低位開關(guān)盡可能選用工作電壓值比較高的VMOS器件或 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)器件。(3)為了解決換向激勵的問題，當(dāng)發(fā)射換能器一端固定接地時采用由觸發(fā)控制單元輸出不同時序的控制信號可實(shí)現(xiàn)正向或反向激勵，也可采用兩組高壓切換控制單元分別連接發(fā)射換能器的兩端形成橋式換向激勵。如圖1所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例用于單端脈沖可換向的發(fā)射激勵電路功能框圖。該激勵電路由儲能單元、觸發(fā)控制單元和高壓切換控制單元等子單元組成，其中，HVin表示高壓輸入。高壓切換控制單元由浮地隔離驅(qū)動電路、高位開關(guān)和低位開關(guān)組成。浮地隔離驅(qū)動電路可采用專用浮地集成驅(qū)動電路，浮地驅(qū)動電路受觸發(fā)控制單元控制。高位開關(guān)和低位開關(guān)采用大功率VMOS或IGBT器件，均由浮地隔離驅(qū)動電路控制導(dǎo)通或斷開。高位開關(guān)的輸入端與儲能單元的輸出端相連，高位開關(guān)的輸出端與低位開關(guān)的輸入端和發(fā)射換能器的輸入端相連，低位開關(guān)的輸出端接地，在觸發(fā)控制單元的控制下實(shí)現(xiàn)高位開關(guān)和低位開關(guān)依次導(dǎo)通，完成對發(fā)射換能器進(jìn)行高效快速的充放電，實(shí)現(xiàn)對激勵脈沖的寬度和時序進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。該電路可以實(shí)現(xiàn)換向激勵功能。正向激勵工作過程如下:(1)讓低位開關(guān)在靜止?fàn)顟B(tài)一直接通發(fā)射換能器；(2)在激勵到來前斷開低位開關(guān)，經(jīng)過短暫延遲后接通高位開關(guān)對發(fā)射換能器充電形成正向激勵前沿；(3)當(dāng)設(shè)定的激勵脈沖寬度快要到來時提前斷開高位開關(guān)，經(jīng)過短暫延遲后在設(shè)定的激勵脈沖寬度到來時接通低位開關(guān)使發(fā)射換能器放電，形成正向激勵后沿。反向激勵工作過程如下:(I)讓高位開關(guān)在靜止?fàn)顟B(tài)一直接通發(fā)射換能器；(2)在激勵到來前斷開高位開關(guān)，經(jīng)過短暫延遲后接通低位開關(guān)使發(fā)射換能器放電形成反向激勵前沿；(3)當(dāng)設(shè)定的激勵脈沖寬度快要到來時提前斷開低位開關(guān)，經(jīng)過短暫延遲后在設(shè)定的激勵脈沖寬度到來時接通高位開關(guān)對發(fā)射換能器充電，形成反向激勵后沿。 如圖2所示，為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例用于橋式脈沖可換向的發(fā)射激勵電路功能框圖。該電路包括兩組高壓切換控制單元，發(fā)射換能器的兩個輸入端分別連接至兩組高壓切換控制單元，在A、C兩個高位開關(guān)和B、D兩個低位開關(guān)的切換控制下實(shí)現(xiàn)換向激勵功能。如果規(guī)定圖2中發(fā)射換能器左端施加正電壓時為正向激勵，正向激勵工作過程如下:(1)讓低位開關(guān)B和D在靜止?fàn)顟B(tài)一直接通發(fā)射換能器而高位開關(guān)A和C 一直處于斷開狀態(tài)；(2)在激勵到來前斷開低位開關(guān)B，經(jīng)過短暫延遲后接通高位開關(guān)A對發(fā)射換能器充電形成正向激勵前沿；(3)當(dāng)設(shè)定的激勵脈沖寬度快要到來時提前斷開高位開關(guān)A，經(jīng)過短暫延遲后接通低位開關(guān)B使發(fā)射換能器放電形成正向激勵后沿。反向激勵過程如下:(1)讓低位開關(guān)B和D在靜止?fàn)顟B(tài)一直接通發(fā)射換能器而高位開關(guān)A和C 一直處于斷開狀態(tài)；(2)在激勵到來前斷開低位開關(guān)D，經(jīng)過短暫延遲后接通高位開關(guān)C對發(fā)射換能器充電形成反向激勵前沿；(3)當(dāng)設(shè)定的激勵脈沖寬度快要到來時提前斷開高位開關(guān)C，經(jīng)過短暫延遲后接通低位開關(guān)D使發(fā)射換能器放電形成反向激勵后沿。本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例的一種脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路由儲能單元、觸發(fā)控制單元和高壓切換控制單元等子單元組成。所述高壓切換控制單元內(nèi)部由浮地隔離驅(qū)動電路、高位開關(guān)和低位開關(guān)組成。高壓切換控制單元內(nèi)部只包含隔離驅(qū)動和高壓開關(guān)等半導(dǎo)體器件，不包括體積較大的脈沖變壓器，實(shí)現(xiàn)在占用較小的空間時對激勵脈沖的寬度和時序進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，而且高壓切換控制單元可以多路組合，在觸發(fā)控制單元的控制下實(shí)現(xiàn)相控激勵或換向激勵。這樣就可以解決諸如三維聲波相控發(fā)射、多極子激勵和隨鉆聲波發(fā)射等需要大量激勵通道或安裝空間狹小的問題。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以了解到本發(fā)明實(shí)施例列出的各種說明性邏輯塊(illustrative logical block),單元和步驟可以通過電子硬件、電腦軟件,或兩者的結(jié)合進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。為清楚展示硬件和軟件的可替換性(interchangeability),上述的各種說明性部件(illustrative components),單元和步驟已經(jīng)通用地描述了它們的功能。這樣的功能是通過硬件還是軟件來實(shí)現(xiàn)取決于特定的應(yīng)用和整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對于每種特定的應(yīng)用，可以使用各種方法實(shí)現(xiàn)所述的功能，但這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)被理解為超出本發(fā)明實(shí)施例保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例中所描述的各種說明性的邏輯塊，或單元都可以通過通用處理器，數(shù)字信號處理器，專用集成電路(ASIC)，現(xiàn)場可編程門陣列或其它可編程邏輯裝置，離散門或晶體管邏輯，離散硬件部件，或上述任何組合的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)或操作所描述的功能。通用處理器可以為微處理器，可選地，該通用處理器也可以為任何傳統(tǒng)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。處理器也可以通過計(jì)算裝置的組合來實(shí)現(xiàn)，例如數(shù)字信號處理器和微處理器，多個微處理器，一個或多個微處理器聯(lián)合一個數(shù)字信號處理器核，或任何其它類似的配置來實(shí)現(xiàn)。以上所述的具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路，其特征在于，所述脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路包括:儲能單元、觸發(fā)控制單元和高壓切換控制單元，其中: 所述高壓切換控制單元內(nèi)部由浮地隔離驅(qū)動電路、高位開關(guān)和低位開關(guān)組成，所述高壓切換控制單元與所述儲能單元和發(fā)射換能器分別相連，用于在所述觸發(fā)控制單元的控制下，通過控制所述儲能單元輸出的高壓能量，對所述發(fā)射換能器進(jìn)行正向或反向激勵。
2.如權(quán)利要求1所述脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路，其特征在于，所述浮地隔離驅(qū)動電路具有兩個輸入端口，分別為:高位激勵觸發(fā)輸入端和低位激勵觸發(fā)輸入端，所述兩個輸入端口均與所述觸發(fā)控制單元相連。
3.如權(quán)利要求2所述脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路，其特征在于，所述浮地隔離驅(qū)動電路具有兩個輸出端口，所述高位開關(guān)和所述低位開關(guān)分別與所述浮地隔離驅(qū)動電路的相應(yīng)輸出端口相連，所述高位開關(guān)的輸入端與所述儲能單元的輸出端相連，所述高位開關(guān)的輸出端與所述低位開關(guān)的輸入端和所述發(fā)射換能器的輸入端相連，所述低位開關(guān)的輸出端接地。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路，其特征在于，所述脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路包括多個高壓切換控制單元，以進(jìn)行多路組合，在所述觸發(fā)控制單元的控制下實(shí)現(xiàn)相控激勵或換向激勵。
全文摘要
本發(fā)明提供一種脈沖可換向的聲波測井換能器發(fā)射直接激勵電路，所述電路包括儲能單元、觸發(fā)控制單元和高壓切換控制單元，其中所述高壓切換控制單元內(nèi)部由浮地隔離驅(qū)動電路、高位開關(guān)和低位開關(guān)組成，所述高壓切換控制單元與所述儲能單元和發(fā)射換能器分別相連，用于在所述觸發(fā)控制單元的控制下，通過控制所述儲能單元輸出的高壓能量，對所述發(fā)射換能器進(jìn)行正向或反向激勵。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在狹小空間內(nèi)對聲波測井儀器發(fā)射換能器進(jìn)行激勵，且實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的激勵脈沖控制，縮小了激勵電路所占用的空間，并可實(shí)現(xiàn)換向激勵或相控激勵。
文檔編號G01V1/40GK103235340SQ201310106619
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者吳文河, 鞠曉東, 喬文孝, 王德國, 盧俊強(qiáng) 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油大學(xué)(北京)