發(fā)布時(shí)間：2020-04-21 18:34

【摘要】：核磁共振作為一種精準(zhǔn)有效的探測(cè)技術(shù),在石油勘探領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。現(xiàn)階段面對(duì)復(fù)雜油氣藏,巖性、物性、含油性等在空間范圍內(nèi)表現(xiàn)不均勻的特性,多分量、多維度的定性定量分析對(duì)于復(fù)雜油氣儲(chǔ)層的勘探至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)外核磁共振測(cè)井儀器的探頭無(wú)法實(shí)現(xiàn)井周360度不同方位的探測(cè);它們的主控系統(tǒng)也沒(méi)有涉及到儀器探頭井周360度測(cè)量控制和陣列天線切換選擇等問(wèn)題。井下周向掃描核磁共振測(cè)井儀具備徑向、軸向和周向多方位敏感區(qū)域探測(cè)的能力,對(duì)于非均質(zhì)性較強(qiáng)的復(fù)雜油氣藏的儲(chǔ)層探測(cè)具有深遠(yuǎn)的意義,其中主控系統(tǒng)是測(cè)井儀器中重要的組成部分。同時(shí),國(guó)外對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖和限制,亟需大力發(fā)展我國(guó)自己的高技術(shù)水平的核磁共振儀器。因此,自主研制設(shè)計(jì)符合我們儀器技術(shù)特點(diǎn)要求,實(shí)現(xiàn)儀器周向掃描的主控系統(tǒng),是論文的核心問(wèn)題。采用Intel-Altera公司的FPGA芯片作為單一主控芯片的設(shè)計(jì)方案,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套核磁共振儀器的數(shù)字化主控系統(tǒng),該系統(tǒng)可以滿足周向掃描核磁共振測(cè)井儀測(cè)試分析的基本要求,適用于具有周向掃描功能的探頭,配合模擬電路,完成實(shí)驗(yàn)測(cè)試,為實(shí)驗(yàn)室核磁共振儀器的設(shè)計(jì)和研制奠定了一定的基礎(chǔ)。本文所描述的主控系統(tǒng)包括發(fā)射控制模塊、主泄放控制模塊、輔助泄放和隔離模塊、接收控制模塊、DDS(直接數(shù)字頻率合成器)模塊和天線選擇控制模塊等,可以實(shí)現(xiàn)靈活的生成各種脈沖序列、按照時(shí)序要求生成各模擬電路所需的控制信號(hào)、對(duì)放大后的回波信號(hào)進(jìn)行采集、處理和儲(chǔ)存,控制陣列天線進(jìn)行選擇和切換完成周向多分區(qū)多頻率測(cè)量等功能。本文所設(shè)計(jì)的主控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了仿真軟件的時(shí)序仿真測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)際波形測(cè)試,主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)取得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,證明了本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了射頻脈沖發(fā)射、回波信號(hào)接收,對(duì)模擬電路的控制等功能,表明整套系統(tǒng)切實(shí)可行。
【圖文】：

中國(guó)石油大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文FPGA 程序的狀態(tài)圖如下圖所示。用戶根據(jù)環(huán)境、測(cè)量對(duì)象設(shè)置完具體的測(cè)量參數(shù)，進(jìn)入空閑狀態(tài)，等待啟動(dòng)指令；當(dāng)開(kāi)始命令 T_en 到來(lái)后，系統(tǒng)開(kāi)始極化狀態(tài)，進(jìn)入等待時(shí)間計(jì)時(shí)；極化完成后選擇某一個(gè)天線，發(fā)射模塊開(kāi)始發(fā)射一個(gè)特定序列的射頻脈沖信號(hào)，回波計(jì)數(shù)器累加 1，接收模塊被隔離；發(fā)射脈沖之后，系統(tǒng)開(kāi)始主泄放和輔助泄放，接收模塊仍被隔離；如果剛才發(fā)射的是 90 度脈沖，，則接著發(fā)射下一個(gè)脈沖，如果是 180 度脈沖，則開(kāi)啟接收，采集回波信號(hào)；FPGA 程序按照這樣的狀態(tài)循環(huán)，直到回波個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器累加至設(shè)定值，就完成一個(gè)天線對(duì)應(yīng)區(qū)域的測(cè)量，之后再次切換天線進(jìn)行測(cè)量，直至完成井周 360 度區(qū)域的測(cè)量。Antenna = 4結(jié)束

① 等待時(shí)間控制模塊等待時(shí)間控制模塊主要由一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)和一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)完成。在這個(gè)模塊中，我們定義了一個(gè) 32 位的脈沖寬度計(jì)數(shù)器 WaitTimeWideReg，用來(lái)計(jì)數(shù)等待時(shí)間的長(zhǎng)度，對(duì)于等待時(shí)間可以設(shè)定長(zhǎng)達(dá)十幾秒（我們?cè)O(shè)定最大值 18s），這樣的位寬可以很好的滿足。我們還定義了一個(gè) 4 位的等待時(shí)間狀態(tài)機(jī)寄存器，通過(guò) 3 個(gè)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)來(lái)完成等待時(shí)間的控制。等待時(shí)間狀態(tài)機(jī)如下圖所示，等待時(shí)間模塊是整個(gè)發(fā)射過(guò)程的開(kāi)始，因此其起始信號(hào)直接受發(fā)射命令控制。首先整個(gè)狀態(tài)機(jī)停在閑散狀態(tài)“0000”處等待發(fā)射命令，當(dāng)發(fā)射命令傳來(lái)，脈沖寬度計(jì)數(shù)器 WaitTimeWideReg 開(kāi)始啟動(dòng)計(jì)數(shù)，等待時(shí)間信號(hào) WaitTime 輸出為 1，同時(shí)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到“0001”。在這個(gè)狀態(tài)中，狀態(tài)機(jī)一直等待脈沖寬度計(jì)數(shù)器計(jì)滿所設(shè)定的寬度，計(jì)數(shù)不滿，則一直停留此狀態(tài)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿，計(jì)滿信號(hào)為 1，狀態(tài)機(jī)從“0001”跳轉(zhuǎn)到“0010”，此時(shí)關(guān)閉脈沖寬度計(jì)數(shù)器，等待時(shí)間信號(hào) WaitTime 輸出為 0。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P631.83

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本文編號(hào)：2635573