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[分享] TA2022在过钻具阵列感应测井仪中的应用

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发表于 2022-8-9 14:58:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 eefocus_3860979 于 2022-8-9 15:03 编辑

随着钻井技术的迅速发展,水平井和大斜度井的测井需求越来越多,为了满足这些需求,就产生了一种新的测井方式,过钻具存储式测井技术。根据过钻具测井的特点,便要求过钻具存储式阵列感应测井仪具有较高的集成度,较低的功耗以及较大的输出功率。目前,常规的阵列感应测井仪器多采用达林顿管推挽的方式将发射信号送入地层,这种方式功耗大,电路复杂。本文提出了一种利用T- 类功放TA2022 的信号发射方法,本方法结构简单,功耗低,能够以较低的复杂度获得较高的性能。
1   过钻具阵列感应仪器原理介绍
过钻具式阵列感应测井仪器电子线路框图如图1 所示:由1 个发射线圈和6 个接收线圈组成仪器的探头部分,发射板将来自主控板的发射信号推挽放大后由发射线圈将信号送入地层,发射信号是由16 kHz,24 kHz,40 kHz 和48 kHz 四个正弦信号叠加组合而成的4 频复合信号。6 个接收线圈将收到的不同源距的接收信号送入采集板进行放大和滤波,主控板负责对信号进行模数转换以及信号处理,并将处理后的信号存储起来,最后由地面系统读取存储数据[3-4]。
图片 6.png
可见,发射信号的质量和功耗直接决定了整支仪器的工作性能。
随着微电子技术及半导体工艺的快速发展,功率放大器也伴随着制造工艺和技术的快速发展而不断得到创新。功率放大器主要可以分为模拟功率放大器和数字功率放大器。
模拟功率放大器又可以分为A 类,B 类,AB 类功率放大器。模拟功放属于线性功率放大器,可以是单管单端结构,也可以是双管推挽结构,功放管工作在线性放大区,通过调整外围器件,便可有效地控制偏置电压和动态工作范围,从而使非线性失真达到最小。模拟功率放大器虽然工作性能可靠,但同时也有利用率低,发热大,体积大,成本高等缺点[5]。目前常规阵列感应仪器多采用达林顿管推挽的模拟功放方式实现功率放大,如图2 所示。
图片 7.png
2.2 数字功率放大器实现电路
TA2022 是一款由Tripath 公司开发的T 类功率放大芯片,T 类功率放大器的功率输出电路和采用脉冲宽度调制的D 类功率放大器基本一样,晶体管也是工作在导通或者截至状态,因此工作效率也和D 类功率放大器相当。但它和D 类功率放大器不一样的地方是,它并没有采用脉冲宽度调制的方法。Tripath 公司发明了一种名为DPP(Digital Power Processing)的数字功率处理技术,这种技术的工作原理是利用了一个Σ-Δ 调制方式的模数转换器,该模数转换器是以12.5 MHz 的采样频率对输入信号进行采样,通过这种过采样方式能够快速有效地把输入信号的处理成一个1 位的数字信号,通过该模数转换器输出的1 位数字信号直接去控制功率晶体管的导通和截至。这种方式使得T 类功放具有更宽的动态范围,更小的群延迟以及更平坦的频率响应[7]。而且数字功率处理技术的介入也减小了热噪声的影响,使得信号的信噪比,总谐波失真等指标也得以提高。鉴于TA2022 的众多优点,以及作为过钻具式测井仪器,其测井方式决定了过钻具式阵列感应仪器的电源只能用电池供电,而且仪器尺寸小,因此本文采用了T 类功率放大器TA2022 来实现功率放大,如图3 所示。
图片 8.png
2.3 应用实例
图4 发射板的输入信号波形
图片 9.png
通过示波器采集到的TA2022 输出信号的波形如图5 所示。
图片 10.png

图5 发射板的输出信号波形
单通道输出峰峰值可以达到24 V,放大增益将近22 dB,而且比较输入输出波形,几乎没有非线性失真。经过测试,发射板的输出信号质量可以满足过钻具式阵列感应仪器的设计要求。
3   结语
本文根据过钻具阵列感应测井仪器的工程需求,采用模块化的设计方法,设计开发了基于T 类功放TA2022 的发射电路。经过测试,该电路可以很好地达到设计要求,具有集成度高,可靠性强,功耗低等特点,并且对其他功放模块的电路设计提供了一个切实可行的解决方案。

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