聲波測井實驗儀中的發(fā)射電路實現(xiàn)

　　聲波測井測井儀需要在深井高溫高壓的環(huán)境下使用，對使用條件及組合功能的要求較高?，F(xiàn)今大多數(shù)油田廣泛采用1609補償聲波測井儀，其發(fā)射電路因為1609補償聲波測井儀的發(fā)射電路存在缺陷，原電路中的CMOS場效應管易于被擊穿而損壞。因此有些儀器改用可控硅代替CMOS場效應管作發(fā)射開關(guān)。美國阿拉斯加公司在1609電子線路設(shè)計中，最早使用的就是可控硅，經(jīng)過一段時間的使用，發(fā)現(xiàn)可控硅抗干擾能力較差，比較容易產(chǎn)生誤觸發(fā)，造成儀器工作不正常;聲波觸發(fā)時間要求準確，可控硅作發(fā)射開關(guān)時，觸發(fā)脈沖上升前沿不是非常陡峭，造成發(fā)射誤差;而且由于可控硅關(guān)斷時間的不確定性，造成儀器工作電流較大，從而影響組合測井時其他儀器的正常工作。

　　本研究采用更先進的VMOS管作為發(fā)射開關(guān)，通過深入分析測井儀發(fā)射電路的工作原理及其存在的缺陷，嘗試新的可行的電路組合，調(diào)試成功后，用計算機軟件制作電路板模型，并制成電路板，然后將其連接至測井儀工作電路中，檢驗其效能。設(shè)計改進了原有技術(shù)，提高了儀器可靠性，具有重要的應用價值。

　　聲波發(fā)射電路的基本原理

　　該電路是由N溝道增強型CMOS場效應管Q1(型號為IRFD9120)和P溝道增強型CMOS場效應管Q2(型號為IRFD120)，按照互補對稱的形式連接而成，構(gòu)成反相器。場效應管Q1與場效應管Q2二者的柵極連接在一起引出輸入端，按邏輯解碼器輸出來發(fā)射脈沖。兩管漏極接在一起作輸出，Q1的源極接電源，Q2的源極接地。從邏輯解碼器輸出的負邏輯脈沖送至該電路X3處，一般情況下，當X3觸發(fā)為高電平脈沖時，Q1截止，Q2導通，Q3的輸入端接地，使Q3截止，D1兩端的電壓為0;當輸入X3處為低電平，使得場效應管Q1導通，Q2截至，Q3的輸入端接5V電源，因此Q3導通，D1兩端的電壓為高壓信號，導通時間即為高壓脈沖寬度，從而最終使得圖1中壓電陶瓷換能器將電能轉(zhuǎn)化為機械能而產(chǎn)生聲振動。

　　該設(shè)計電路中控制信號X3要求在一般情況下為高電平輸入，即Q3大部分時間處于截止狀態(tài)，否則長時間的導通很容易引起大電流始終存在而引起管子燒壞及工作不正常。為了提高性能，我們改進了電路設(shè)計，采用連續(xù)觸發(fā)的單穩(wěn)信號作為控制電路，單穩(wěn)信號的穩(wěn)定脈沖可以設(shè)定，大大提高了電路性能，取得了較好效果。

　　改進的設(shè)計方法

　　555電路是常用的一種最簡單的電路，具有定時精確，電路穩(wěn)定等優(yōu)點，圖2所示為采用555器件設(shè)計的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路圖和所產(chǎn)生的波形圖。當?shù)碗娖降耐庥|發(fā)脈沖到來的時候，單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生一脈沖寬度為Tw≈1.1(R+RW)C的高電平信號，信號的寬度可以通過調(diào)整RW和C的值得到不同的定時值。所設(shè)計的脈沖寬度是由壓電陶瓷的諧振頻率fs確定的，在實際測井中為fs=20kHz，因此在設(shè)計中所選取的電阻電容數(shù)值必須確保脈沖寬度等于Ts/2以滿足諧振頻率的需要。