【摘要】：為了解決更多的地質(zhì)問題,新型聲波測井儀器結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,功能更加綜合化。與此同時,高溫高壓測井環(huán)境要求聲波測井儀具有更好的穩(wěn)定性和可靠性,儀器產(chǎn)業(yè)化推廣對維修的科學(xué)性和及時性提出更高的要求。因此,在儀器組裝和維修過程中,需要專門的調(diào)試設(shè)備以及科學(xué)的檢測策略進行檢測與調(diào)試,以保證儀器制作過程中各環(huán)節(jié)的質(zhì)量,快速、準確地定位故障位置和類型。本文研究的基于嵌入式技術(shù)的聲波測井儀調(diào)試臺架采用定性和定量檢測相結(jié)合的方法,能夠?qū)x器進行不同級別的調(diào)試和診斷,可以提高檢測的層次性和科學(xué)性,提高工作效率,改善工作質(zhì)量并促進儀器的改進與升級。本文首先以方位遠探測反射聲波測井儀和隨鉆聲波測井儀為例,分析了不同聲波測井儀的儀器結(jié)構(gòu)、工作原理以及系統(tǒng)連線的相同和差異之處,提煉了聲波測井儀系統(tǒng)、模塊、電路板和器件這四個級別需要測試的內(nèi)容,得出調(diào)試臺架通用硬件系統(tǒng)需要設(shè)計的通用和專用功能模塊。然后,在基于ARM7微處理器和嵌入式μClinux系統(tǒng)的主從式系統(tǒng)架構(gòu)之上,設(shè)計了各種以FPGA為控制核心的功能模塊板,并將它們以積木式結(jié)構(gòu)掛接在ARM的擴展I/O總線上。CAN總線模塊以SJA1000為基礎(chǔ),實現(xiàn)了可調(diào)波特率的數(shù)據(jù)收發(fā);RS485總線模塊基于狀態(tài)機思想,實現(xiàn)了6Mbps的數(shù)據(jù)串行收發(fā);SSB總線模塊實現(xiàn)了10Mbps的同步串行通信,為調(diào)試儀器內(nèi)部SSB總線提供主從節(jié)點;模擬信號發(fā)生器模塊基于DDS技術(shù),產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的正弦波信號;信號采集模塊基于多路選擇和程控增益思想,實現(xiàn)了16通道的多路信號采集;電源轉(zhuǎn)換和管理模塊提供了220V交流電轉(zhuǎn)換為低壓電源和高壓電源的方法,以及對它們的檢測和輸出控制。發(fā)射激勵模塊能夠?qū)Χ鄠€換能器進行相控激勵發(fā)射測試;Flash存儲器測試模塊包括一套可靠的存儲器管理策略,高溫實驗的硬件框架和測試方案以及基于FDRB總線的數(shù)據(jù)快速讀取方式等設(shè)計。將多個功能板和信號線進行分類和組合,形成了不同級別、不同用途的調(diào)試接口,并使用井下儀器的正常電路板對各接口進行了配接調(diào)試。最后,以測試儀器整體工作情況、接收聲系中電子線路、模擬通道板的一致性、Flash存儲芯片的高溫特性、發(fā)射換能器和變壓器的匹配特性等為例,介紹了調(diào)試臺架的應(yīng)用方法;以方位遠探測聲波測井儀中+6V模擬電源故障診斷為例,介紹了臺架在故障診斷中的檢測流程。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)（北京）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P631.83
【圖文】：

中國石油大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文第 1 章 緒論本章闡述了該課題的研究背景和意義，聲波測井儀調(diào)試和故障診斷系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，最后介紹了本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排。1.1 選題意義近年來，隨著基礎(chǔ)研究的不斷深入，電子信息和軟件技術(shù)的進步，聲波測井技術(shù)在儀器和應(yīng)用范圍上獲得了快速的發(fā)展。

機外圍設(shè)計了基于 DTB、Manchester 曼碼、長電纜曼碼、IB 總線的對相應(yīng)接口的井下儀器進行調(diào)試[40-41]。但是，該方案只能對儀器進不支持更深層次的檢測。榮等人設(shè)計了基于 ART270 處理器和 Windows CE 系統(tǒng)的調(diào)試系統(tǒng) 模擬井下儀器、井下儀器總線等工作環(huán)境，對電纜通訊系統(tǒng)、井下儀檢測。他們根據(jù)井下儀器的工作原理和協(xié)議，設(shè)計了相應(yīng)的調(diào)試軟統(tǒng)的故障診斷能力和效率[42-44]。但是，由于他們的診斷系統(tǒng)硬件框 控制器+外圍電路，這給系統(tǒng)診斷功能的擴展和升級帶來了困難，診通用性較差。揚等人設(shè)計了基于s3c2440 ARM9和嵌入式Linux的調(diào)試系統(tǒng)用于現(xiàn)隨鉆聲波測井儀[45-46]。如圖 1.3 所示，該維護系統(tǒng)通過 USB 或網(wǎng)絡(luò)通過串口連接井下儀器，可進行數(shù)據(jù)讀取和程序下載。該方案可以的情況下，對儀器進行整體調(diào)試和程序在線升級。

圖 2.2 方位遠探測反射聲波測井儀的系統(tǒng)連線圖Fig. 2.2 System connection lines of the borehole azimuthal acoustic reflection logging tool主控短節(jié)是整支儀器的控制核心，它向上與遙測短節(jié)相連接，主要實現(xiàn)以下功能：（1）通過 CAN 和 RS485 總線與遙測短節(jié)通信，實現(xiàn)儀器工作命令的接收和測井數(shù)據(jù)的上傳。（2）將地面系統(tǒng)經(jīng)過電纜提供的 220V 交流電通過變壓器和穩(wěn)壓管等器件轉(zhuǎn)換成 15V 和±6V 的直流電源供發(fā)射短節(jié)和接收短節(jié)使用，其中的一路 15V 經(jīng)過電源調(diào)整板轉(zhuǎn)換成 1.2V、1.8V 和 3.3V 等常用數(shù)字電源，給該短節(jié)內(nèi)的主控板和存儲板供電。（3）作為儀器內(nèi)同步串行總線（synchronous serial bus，SSB）的主控節(jié)點，它根據(jù)工作協(xié)議，給采集節(jié)點和發(fā)射節(jié)點發(fā)送串行命令，使儀器每個工作周期都按照單極、偶極 X 和偶極 Y 換能器的先后順序激勵發(fā)射，并進行數(shù)據(jù)采集的控制。（4）通過數(shù)據(jù)存儲板和提供的 Flash 數(shù)據(jù)讀取接口（Flash Data Reading Bus，

【參考文獻】

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本文編號：2788167