《測(cè)井儀器方法及原理課程》第一章 雙側(cè)向測(cè)井

1、PAGE PAGE 26第一章 雙側(cè)向測(cè)井 雙側(cè)向測(cè)井是應(yīng)用最廣泛的一種電阻率測(cè)井方法，它測(cè)量地層電阻率。自然界中不同巖石和礦物的導(dǎo)電能力是不相同的尤其地層中所含流體性質(zhì)不同時(shí)，導(dǎo)電性能差別很大。因此 ，電阻率是地層的重要的物理參數(shù)之一。在油氣井中進(jìn)行電阻率測(cè)井是我們尋找和定量確定油氣存在的基本方法。根據(jù)所測(cè)得的電阻率，可以區(qū)分含導(dǎo)電流體（如鹽水，泥漿濾液）的地層和含非導(dǎo)電流體（如油氣）的地層，應(yīng)用阿爾奇公式，可以計(jì)算出地層中油氣水的比例： （1-1）式中：地層電阻率；RW地層水電阻率；SW地層含水飽和度；F地層因素。 電阻率測(cè)井是發(fā)展最早并一直沿用至今的一種測(cè)井方法。最早使用的電阻率測(cè)井方法

2、稱普通電阻率測(cè)井。經(jīng)改進(jìn)后，發(fā)展成為目前廣泛使用的聚焦式電阻率測(cè)井，或稱側(cè)向測(cè)井。自1950年，首批側(cè)向測(cè)井儀投入商業(yè)使用后，老式的普通電阻率測(cè)井方法就逐漸被淘汰。1.1 普通電阻率測(cè)井原理為測(cè)量某一電阻的阻值R，可應(yīng)用一個(gè)電源給該電阻供電，測(cè)量流過(guò)該電阻的電流I和電阻兩端的電壓降V。由歐姆定律即可求出該電阻的阻值。 （1-2）普通電阻率測(cè)井原理也是采用與此類似的方法，測(cè)量地層電阻率。在介質(zhì)中設(shè)置一個(gè)供電電極A，回流電極B放在距電極A無(wú)限遠(yuǎn)的地方，在距電極A一定距離處放置一對(duì)測(cè)量電極M,N（見(jiàn)圖1-1），進(jìn)行電位差測(cè)量。假定電極為點(diǎn)電極，介質(zhì)是均勻無(wú)限的，介質(zhì)電阻率為。則從電極A流出的電流呈輻

3、射狀向四面八方均勻散開(kāi)，等電位面是以A為球心的球面，如果測(cè)量電極M,N與供電電極的距離分別為，（注意電阻的量綱為長(zhǎng)度量綱為m）則M點(diǎn)的電位： （1-3）N點(diǎn)的電位： （1-4）式中I為電極A流出的電流強(qiáng)度（安培）。由上式可得M,N兩點(diǎn)的電位差V：電阻率： （1-5）式中，為電極M,N兩點(diǎn)間的距離令 則 （1-6）式中：K稱為電極系常數(shù)。式（1-6）表明：普通電阻率測(cè)井方法是依據(jù)歐姆定律來(lái)測(cè)量地層的電阻率。式（1-6）是電阻率測(cè)井方法的基本公式。供電電極A,B和測(cè)量電極M,N的組合稱為電極系。由式（1-5）可以看出，電阻率與M,N間的電位梯度有線性關(guān)系。因此，這種電極系稱為梯度電極系。M和N的中

4、點(diǎn)為電極系的深度記錄點(diǎn)。如果把N電極移至無(wú)限遠(yuǎn)處，則可由（1-3）式計(jì)算出電阻率。這時(shí)，電阻率與M點(diǎn)的電位成線性關(guān)系。這種結(jié)構(gòu)的電極系稱為電位電極系。A和M的中點(diǎn)為電位電極系的深度記錄點(diǎn)。根據(jù)互換原理，供電電極A,B與測(cè)量電極M,N互換位置，所測(cè)電阻率的值不變。實(shí)際測(cè)井時(shí)，電極系置于井眼內(nèi)，井內(nèi)泥漿作為導(dǎo)電媒質(zhì)。供電電極A流出的測(cè)量電流經(jīng)泥漿流進(jìn)地層。井下地層的厚度是有限的；不同的地層，其電阻率各不相同，對(duì)于滲透性地層；由于泥漿濾液的侵入而形成沖洗帶。因此，一個(gè)實(shí)際的地層介質(zhì)不能看作是均勻無(wú)限的（見(jiàn)圖1-2）。顯然，用普通電阻率法測(cè)量地層電阻率要受到井筒泥漿（特別是鹽水泥漿），沖洗帶以及上下圍

5、巖電阻率的影響。由于實(shí)際地層是非均勻的各向異性介質(zhì)，加上井眼影響，普通電阻率測(cè)井測(cè)得的電阻率只能近似反映地層的真電阻率，稱為視電阻率（） （1-7）K量綱（cm）V量綱（伏特）I量綱（安培）量綱（）1.2 側(cè)向測(cè)井1.2.1側(cè)向測(cè)井向測(cè)井又稱聚焦式電阻率測(cè)井，電流聚焦測(cè)井的電流線沿電極軸線的側(cè)向流入地層，這就是稱側(cè)向測(cè)井的原由。側(cè)向測(cè)井在電阻率測(cè)井方法中是一個(gè)大家族。按構(gòu)成電極系的電極數(shù)目來(lái)分，有三側(cè)向，七側(cè)向，八側(cè)向和九側(cè)向（即雙側(cè)向）；按探測(cè)深度，上述每一種側(cè)向測(cè)井又有深側(cè)向，淺側(cè)向之分；按主電流聚焦后的特點(diǎn)，還可分為普通聚焦和球形聚焦和微球形聚焦等。由上看見(jiàn)，側(cè)向測(cè)井儀多種多樣，但基本原

6、理是相同的。側(cè)向測(cè)井與普通電阻率測(cè)井的主要區(qū)別就在于它的主電流（又稱測(cè)量電流）是被聚焦以后才流入地層的。普通電阻率測(cè)井法的主要缺點(diǎn)是測(cè)量電流的一部分沿井筒分流，測(cè)量電流不能全部流入地層；另外它也不能深入地層很遠(yuǎn)，因此，測(cè)得的電阻率與地層的真電阻率相差甚遠(yuǎn)。側(cè)向測(cè)井方法就是針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)電極系加以改進(jìn)而發(fā)展的一種方法。下面以七側(cè)向加以說(shuō)明。七側(cè)向測(cè)井的電極系由七個(gè)電極組成，見(jiàn)圖1-3，其中A0是主電極;M1,M2和N1,N2是監(jiān)督電極（又稱測(cè)量電極）；A1,A2是一對(duì)聚焦電極（又稱屏蔽電極）。這三對(duì)電極以主電極A0為中心對(duì)稱排列。每對(duì)同名電極用導(dǎo)線連接短路，使具有相同的電位。VM1=VM2 ,

7、VN1=VN2 ,VA1=VA2 ?；亓麟姌OB放在無(wú)限遠(yuǎn)處。這種電極系結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在梯度電極系的上下附加了一對(duì)供電電極。當(dāng)主電極A0向地層發(fā)射測(cè)量電流I0時(shí)（又稱主電流），聚焦電極A1,A2也向地層發(fā)射與I0同極性的電流I1（稱屏蔽電流）。由于同性相斥，主電流I0受到屏蔽電流I1的強(qiáng)迫作用側(cè)向流入地層，而不會(huì)任意散開(kāi)。調(diào)節(jié)I1的大?。ㄕ{(diào)節(jié)I0也可以），直至兩個(gè)監(jiān)督電極M1，N1（M2, N2）的電位相等。監(jiān)督電極的電位相等就意味著兩表間沒(méi)有電流流過(guò)，即測(cè)量電流I0不沿井筒分流而是全部流入地層。I0的這種狀態(tài)稱為聚焦?fàn)顟B(tài)。當(dāng)然對(duì)I1的調(diào)節(jié)是由電子線路自動(dòng)完成的。圖1-3示出了電極系在均勻介質(zhì)中電流

8、線的分布。由圖可見(jiàn)，主電流層厚度（圖中陰影部分）在距井眼一段距離內(nèi)保持恒定。實(shí)踐證明，對(duì)低租圍巖和高阻薄層，主電流層也基本保持相同形狀。主電流層厚度相當(dāng)于的中點(diǎn)與的中點(diǎn)之間的距離。由于聚焦作用，側(cè)向測(cè)井電阻率測(cè)井方法大大的減小了泥漿的分流作用和低阻圍巖的影響。與普通電阻率測(cè)井法相比，它所測(cè)的電阻率將更接近地層電阻率的公式。假定，介質(zhì)是均勻無(wú)限的，電阻率為，電極為點(diǎn)狀；主電流為I0，屏蔽電流為I1，根據(jù)電場(chǎng)疊加原理，監(jiān)督電極的電位為：令屏主流比 則 （1-8）同理 （1-9）式中，與，分別為電極M1和N1與其相應(yīng)供電電極間的距離。當(dāng)I0達(dá)到聚焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，VM1= VN1。由式（1-8），（1-9）

9、可得： （1-10）由式（1-10）可看出，在均勻介質(zhì)條件下，屏蔽電流n有確定的值（即不變）。在七側(cè)向測(cè)井中測(cè)量電位差V0=VM-VN，VN是參考電極N的電位，由于電極N距離電極A0，A1，A2，B為無(wú)限遠(yuǎn)，因此，VN=0則 （1-11）將式（1-10）代入（1-11），并利用七側(cè)向電極系的對(duì)稱關(guān)系進(jìn)行代換，可得令電極系常數(shù)K （1-12） （1-13）將式（1-13）與（1-7）比較，可看出二者在形式上是一樣的，二者測(cè)量地層電阻率的基本原理不變，都是依據(jù)了歐姆定律。在七側(cè)向電極系中，一般用四個(gè)參數(shù)來(lái)表示電極系結(jié)構(gòu)和特性。電極系長(zhǎng)度為L(zhǎng)0它是指電極A1，A2之間的距離，即。它主要影響側(cè)向測(cè)井的

10、探測(cè)深度。在一定范圍內(nèi)，L0加長(zhǎng)，相應(yīng)探測(cè)深度增加，反之探測(cè)深度減小。若L0太長(zhǎng)，除了使用不方便外，圍巖和鄰層影響也相應(yīng)較大。電極距L指M1 N1中點(diǎn)O1與M2N2的中點(diǎn)O2之間的距離，即。L的大小主要決定七側(cè)向的縱向分層能力，L較小縱向分層能力強(qiáng)，能劃分出較薄的地層。分布比S指電極系長(zhǎng)度L0與電極距之比值，即，它主要影響主電流層的形狀，S過(guò)大不僅要求屏蔽電流過(guò)大，而且對(duì)測(cè)量的影響因素復(fù)雜；S過(guò)小，主電流聚焦差。一般取S為3左右較為適宜。這對(duì)主電流層基本上沿水平方向流入地層。在均勻介質(zhì)中，分布比對(duì)主電流層的影響如圖1-4所示。聚焦系數(shù)q指（L0-L）/L的比值，即。它主要決定電極系的電流極間的

11、電位差。式（1-12）給出了K值是在理想條件下計(jì)算得到的，它只與電極系的尺寸有關(guān)。實(shí)際使用時(shí)，K值尚需經(jīng)試驗(yàn)修正。有時(shí)把電極系放在已知電阻率的介質(zhì)中進(jìn)行測(cè)量（例如大水池），根據(jù)所測(cè)得的等效電阻來(lái)確定K值： （1-14）1.2.2 側(cè)向測(cè)井儀器工作方式儀器工作方式是指儀器在測(cè)井時(shí)對(duì)主電極的供電方式。它有恒流式，恒壓式，自由式和恒功率式四種。這四種方式的特點(diǎn)如下： = 1 * GB2 恒流式：保持主電流I0恒定，只測(cè)量主電極（通常用監(jiān)督電極M1和M2代替）至無(wú)窮遠(yuǎn)電極N之間的電位差V0，顯然在一定范圍內(nèi)，測(cè)量地層的電阻率越高，提供測(cè)量的電壓越大，測(cè)量誤差越小。因此，恒流式儀器適于對(duì)高阻地層的測(cè)量。

12、由于I0恒定，在地層電阻率變化范圍很大時(shí)，要求儀器電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍要很大，這在電路設(shè)計(jì)上是很困難的。比如地層電阻率從1到10000，即變化了104倍，要求電壓檢測(cè)系統(tǒng)能跟蹤測(cè)量是很難辦到的。設(shè)計(jì)時(shí)，若照顧中間顧不了兩頭，往往對(duì)于小信號(hào)顯得放大不足，而對(duì)于大信號(hào)又會(huì)出現(xiàn)飽和失真。因此恒流式儀器對(duì)于高阻和低阻地層的測(cè)量誤差都比較大，甚至使測(cè)量結(jié)果不能使用?？傊懔魇絻x器測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍小，這是恒流式儀器的主要缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，三，七側(cè)向和微側(cè)向均采用這種工作方式。 = 2 * GB2 恒壓式：采用恒壓式，主電極表面電位恒定，只測(cè)量主電流。顯然測(cè)量地層的電阻率越低，提供測(cè)量的電流信號(hào)就越大，

13、相應(yīng)的測(cè)量誤差小，因此，恒壓式儀器適用于對(duì)低阻地層的測(cè)量。恒壓式與恒流式儀器一樣，儀器電路簡(jiǎn)單，但測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍小。 = 3 * GB2 自由式（求商式）：因自由式電流和電壓都是浮動(dòng)的。測(cè)井時(shí)，同時(shí)測(cè)量電流，電壓兩個(gè)量，因此可以得到較寬的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。比如地層電阻率仍從1變到10000，自由式儀器只要測(cè)量電壓和電流各變化100倍即能滿足測(cè)量要求。因 故 國(guó)產(chǎn)801雙側(cè)向和引進(jìn)的1229雙側(cè)向均采用這種工作方式。需指出這種工作方式的儀器在測(cè)量地層電阻率很高和很低時(shí)，儀器分別相當(dāng)于恒流式和恒壓式，其測(cè)量誤差較大。 = 4 * GB2 恒功率式：由式（1-7）視電阻率公式可知，要確定電阻率，我們并不一

14、定要測(cè)得電壓和電流的實(shí)際值，只要知道它們的比值即可。但要測(cè)量準(zhǔn)確，務(wù)必使測(cè)量電壓和電流都處于測(cè)量?jī)x器的可測(cè)范圍之內(nèi)，若超過(guò)儀器測(cè)量范圍，測(cè)量結(jié)果就失真了。由于自由式測(cè)量的V和I不受任何限制，很難使測(cè)量?jī)x器的測(cè)量系統(tǒng)跟蹤V和I全部變化。因此限制了儀器測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍的進(jìn)一步擴(kuò)展，一般自由式儀器測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍只能達(dá)到104倍。恒功率式在測(cè)量過(guò)程中保持IV成績(jī)不變，只要選定最高和最低電阻率的兩個(gè)極點(diǎn)保持功率不變，就使測(cè)量電壓和電流始終處在儀器可測(cè)量的范圍之內(nèi)。也就不會(huì)出現(xiàn)測(cè)量電壓和電流被限幅的情況。因此，可以或得比自由式更寬的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。比如，保持測(cè)量功率（W）等于0.6W，設(shè)電極系系數(shù)K=1，測(cè)量電壓

15、介于0.3200mV之間。測(cè)量電流介于32000之間。那么儀器可測(cè)量的電阻率范圍是：即當(dāng)然，實(shí)際儀器測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍會(huì)比這低一些，因?yàn)樯顐?cè)向電極系系數(shù)小于1。與自由式儀器比較，恒功率式儀器電路復(fù)雜，如果不采用計(jì)算機(jī)控制，進(jìn)行恒功率測(cè)量是不可能的。1.3 求商式雙側(cè)向測(cè)井儀雙側(cè)向是在三，七側(cè)向的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸取了三，七側(cè)向的優(yōu)點(diǎn)。雙側(cè)向電極系由9個(gè)電極組成。雙側(cè)向測(cè)井方法由于具有較好的聚焦特性，并可以同時(shí)進(jìn)行深淺兩種探測(cè)深度的電阻率測(cè)量，所以它完全取代了三側(cè)向和七側(cè)向測(cè)井，它是目前廣泛使用的一種聚焦式電阻率測(cè)井方法。根據(jù)阿爾奇公式計(jì)算地層中油氣水的比例，以及確定實(shí)際上有多少油氣是可動(dòng)的，需要

16、有深，中，淺三種探測(cè)深度的地層電阻率數(shù)據(jù)。為此雙側(cè)向測(cè)井儀通常和微球形聚焦測(cè)井儀（或者與微側(cè)向，鄰近側(cè)向測(cè)井儀）組合下井測(cè)量。后者用來(lái)測(cè)量沖洗帶電阻率Rx0。1.3.1電極系結(jié)構(gòu)雙側(cè)向的電極系可看成七側(cè)向電極系再附加一對(duì)聚焦電極組成，見(jiàn)圖1-5。它共有9個(gè)環(huán)形電極，鑲嵌在一個(gè)圓柱形的絕緣棒上。主電極A0位于中央，在電極A0上下對(duì)稱排列4對(duì)電極，每對(duì)電極分別用短路線連接。電極,和，為兩對(duì)監(jiān)督電極；電極，和，為兩對(duì)聚焦電極（屏蔽電極）。第二屏蔽電極與有著雙重的作用，對(duì)深側(cè)向電流，它與第一屏蔽極間相當(dāng)于短路，即與（與）保持等電位，屏蔽電流I1與主電流I0為同極性。由于附加的屏蔽電極，較長(zhǎng)增強(qiáng)了屏蔽電

17、流對(duì)主電流的聚焦作用（屏蔽作用），因此主電流層進(jìn)入地層深處采發(fā)散，如圖1-5左邊。由于探測(cè)深度深，它所測(cè)的電阻率接近地層的真電阻率，回流電極B在無(wú)限遠(yuǎn)處。對(duì)淺側(cè)向測(cè)量時(shí)，電極，起著回流電極B的作用，即電極與（與）為反極性。電極間相當(dāng)于絕緣，從而削弱了屏蔽電流對(duì)主電流的聚焦作用，主電流層進(jìn)入地層不遠(yuǎn)的地方就發(fā)散了，如圖1-5右邊，由于探測(cè)深度淺，所測(cè)得的電阻率受侵入帶的影響較大。電極系的探測(cè)深度由電極系的尺寸決定。電極系的尺寸決定了測(cè)量電流流經(jīng)多遠(yuǎn)的路徑后才發(fā)散。為了測(cè)量地層的真電阻率減小侵入帶的影響，主電流層應(yīng)該流經(jīng)地層一段長(zhǎng)距離后再發(fā)散。通常，雙側(cè)向的深側(cè)向主電流層在距井軸1.8m之后發(fā)散。

18、主電極A0的中點(diǎn)為雙側(cè)向的深度記錄點(diǎn)。1.3.2儀器的工作原理框圖 井下儀器的原理框圖示于圖1-7，它由淺測(cè)向屏流源，深側(cè)向屏流源，監(jiān)控回路，深淺側(cè)向電壓檢測(cè)，深淺側(cè)向電流檢測(cè)，直流電源和控制信號(hào)發(fā)生器組成（七部分）。 直流穩(wěn)壓電源為整個(gè)下井儀器提供了+15V和-15V直流工作電源，控制信號(hào)發(fā)生器由振蕩器和分頻器組成。它產(chǎn)生32HZ和128HZ方波信號(hào)，為整個(gè)下井儀器中的斬波器，相敏檢波器提供相位參考信號(hào)。該信號(hào)頻率也是深側(cè)向屏流的工作頻率（32HZ）和淺側(cè)向屏流的工作頻率（128HZ）。下面以淺側(cè)向?yàn)槔f(shuō)明儀器的工作原理（圖1-8）。屏流電極，首先向地層發(fā)射128HZ淺屏流（返回主電極，），

19、在監(jiān)督電極M1，N1上將出現(xiàn)電位差，這個(gè)電位差被監(jiān)控回路檢測(cè)，放大后，立即向主電極A0發(fā)射主電流I0，并且與屏流有相同的極性。由于極性相同，主電流出現(xiàn)將迫使監(jiān)督電極上的電位差趨于減小。這是一個(gè)負(fù)的反饋過(guò)程，因此，實(shí)際上在M1和N1之間（監(jiān)督回路輸入端）只保留一個(gè)很小的剩余電壓信號(hào)。監(jiān)控回路的增益越高，這個(gè)剩余信號(hào)愈小。這時(shí)，可以認(rèn)為監(jiān)督電極M1，N1為等電位。由此可見(jiàn)，監(jiān)督回路的作用是產(chǎn)生主電流，并自動(dòng)的調(diào)節(jié)主電流的大小，以保持監(jiān)督電極電位M1和N1近似相等。監(jiān)督電極電位相等，表明主電流處于聚焦?fàn)顟B(tài)。深側(cè)向的工作原理與此完全相同，只是頻率不同，為32HZ，為了同時(shí)進(jìn)行深側(cè)向和淺側(cè)向同時(shí)測(cè)量，必

20、須采用兩種工作頻率。通常淺側(cè)向的工作頻率是深側(cè)向工作頻率的48倍，以便于每個(gè)系統(tǒng)能獨(dú)立進(jìn)行控制。主電流進(jìn)入地層后，主電流的大小和主電流在地層的電壓降將隨地層電阻率的變化而變化，取樣電阻0.025上電壓的變化將反映主電流的變化。這個(gè)變化經(jīng)電流檢測(cè)回路檢測(cè)放大后，分離成深側(cè)向主電流ID和淺側(cè)向主電流IS。電壓檢測(cè)電路測(cè)量電極M1相當(dāng)于參考電極N的電位差（參考電極N為地面端的電纜外皮），電壓檢測(cè)電路把電壓信號(hào)放大并分離出深側(cè)向電壓VD，淺側(cè)向電壓VS，其中深側(cè)向電壓的一部分V2D用來(lái)控制屏流源。電壓和電流信號(hào)經(jīng)脈沖編碼調(diào)制發(fā)送器（PCM發(fā)送器）發(fā)至地面。在地面，PCM解調(diào)器把信號(hào)還原。依據(jù)基本公式，

21、電壓和電流信號(hào)相除（求商）后即得地層電阻率D，S，所以這種工作方式稱求商式。1.3.3 電路原理1. 控制信號(hào)發(fā)生器控制信號(hào)發(fā)生器由三個(gè)集成電路塊組成，第一個(gè)集成塊是一個(gè)頻率為524.288HZ的方波振蕩器，方波信號(hào)經(jīng)由第二和第二集成塊組成的14位二進(jìn)制分頻器分頻后，產(chǎn)生頻率為512，128，32HZ的三種方波信號(hào)，32HZ的方波信號(hào)作為深側(cè)向的斬波器和相敏檢波器的控制信號(hào)（,）；128HZ的方波信號(hào)則作為淺側(cè)向的斬波器和相敏檢波器的控制信號(hào)（,）。雙側(cè)向和微側(cè)向儀器組合測(cè)井時(shí)（常如此），512HZ信號(hào)供微側(cè)向測(cè)井儀使用。2. 淺屏流源淺屏流源由前置放大器，斬波調(diào)制放大器，帶通濾波器和功率放大

22、器組成。 = 1 * GB2 前置放大器第一級(jí)前置放大器為差動(dòng)放大器，由運(yùn)算放大器A1構(gòu)成。A1同相端輸入信號(hào)為V2D，反相端輸入VCW，VCW是+15V直流電源經(jīng)R1和電位器R2所組成的分壓器分壓后得到的，其大小可在010V內(nèi)調(diào)節(jié)，A1的增益為 （1-15）將各元件值代入上式計(jì)算可得，故A1的輸出為： （1-16） = 2 * GB2 斬波調(diào)制放大器見(jiàn)左圖，屏流源電路的第二級(jí)為斬波調(diào)制放大器。它由運(yùn)算放大器A2和集成電路構(gòu)成。集成電路IC4具有如下功能：在13，14端為高電平，11，12端為低電平時(shí)，它的1，3端跟2，4，6，8端接通，而5，7端懸空；當(dāng)13，14為低電平，11，12端為高電

23、平時(shí)，它的1，3懸空，而5，7跟2，4，6，8端接通。根據(jù)IC4的功能，當(dāng)淺側(cè)向128HZ信號(hào)為高電平（為低電平）時(shí)，c點(diǎn)接地，b點(diǎn)懸空，運(yùn)算放大器的增益為：當(dāng)為低電平（為高電平）時(shí)，b點(diǎn)接地，c點(diǎn)懸空，運(yùn)算放大器A2的增益為:由此可見(jiàn)，斬波調(diào)制放大器將前置放大器輸出的直流電壓Va調(diào)制成幅度為Va，頻率為128HZ的方波電壓信號(hào)。方波信號(hào)經(jīng)R11，R12分壓后輸出至帶通濾波器。 = 3 * GB2 帶通濾波器具有帶通濾波功能的有源濾波器有多種形式。側(cè)向測(cè)井儀器中所用電路為多路負(fù)反饋有源濾波器，如左圖。該濾波器有兩條反饋路徑，頻率高端通過(guò)C3產(chǎn)生負(fù)反饋，低端通過(guò)R16產(chǎn)生負(fù)反饋，只有介于高低之間

24、的頻率信號(hào)傳輸系數(shù)才近似等于1，其中心頻率是32HZ。假使Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，分別為各無(wú)源元件的導(dǎo)納，即，則左上圖可畫成左下圖，由左下圖考慮運(yùn)算放大器反相端為虛地，可列出a，b節(jié)點(diǎn)方程如下：解上述兩個(gè)方程，可得濾波器的傳遞函數(shù)：將Y Y5的替代元件值代入化簡(jiǎn)得： （1-17） 式中，0為通帶中心角頻率，其值為：（f0為中心頻率）： （1-18）為品質(zhì)因素，為通頻帶寬度，K為通帶增益（=0，Q=1）。其表達(dá)式為： （1-19） （1-20）調(diào)節(jié)R14下面的電位器，保持中心頻率為因此，128HZ的方波信號(hào)輸入濾波器后，在輸出端將得到頻率為128HZ的正弦波信號(hào)。 = 4 * GB2 功率

25、放大器見(jiàn)左圖，功率放大器由運(yùn)算放大器A4和功率放大器組件823配接而成。該電路接成跟隨器形式，具有輸入阻抗高，輸出阻抗近似為零和一定的輸出功率，在常溫下輸出功率為5W。3. 監(jiān)督回路如前所述，該電路的主要功能是監(jiān)測(cè)監(jiān)督電極間的電位差，控制產(chǎn)生深淺側(cè)向主電流，維持兩監(jiān)督電極的電位近似相等，達(dá)到聚焦主電流的目的。由于所檢測(cè)的電流是虛地的，信號(hào)又很微弱，因此前置放大器采用了差動(dòng)放大器，由因?yàn)樾枰糯蟮男盘?hào)包含32HZ和128HZ兩種頻率，因此在前置放大器后接選頻放大器。選頻放大的輸出經(jīng)功率放大產(chǎn)生32HZ和128HZ兩種頻率的主電流供A0電極。 = 1 * GB2 高輸入阻抗差動(dòng)放大器見(jiàn)上圖，放大器

26、由A1，A2，A3三個(gè)運(yùn)算放大器組成，它采用雙端輸入，單端輸出的結(jié)構(gòu)。具有閉環(huán)輸入阻抗高，放大倍數(shù)高，共模抑制比高和低輸出阻抗，低噪聲，低功耗的特點(diǎn)，是一種比較理想的儀器放大器。當(dāng)R4=R5，R6=R7（另外圖中R2=R3）時(shí)，差動(dòng)放大輸出：式中KP為運(yùn)算放大器A3的閉環(huán)放大倍數(shù)。輸入阻抗：式中Zi為A1或A2的輸入阻抗，K為A1或A2的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)，共模抑制比：從此式可見(jiàn)，該電路的共模抑制比 主要取決于R2和R3的同等程度。當(dāng)R2=R3時(shí)， ，即共模信號(hào)的放大倍數(shù)為0，放大器具有高抗共模干擾能力。但是輸入信號(hào)的共模干擾超過(guò)運(yùn)算放大器的共模輸入范圍 ，就會(huì)引起共模抑制性能的消失。 = 2 *

27、GB2 選頻放大器選頻放大器由運(yùn)算放大器A4和A5構(gòu)成。因?yàn)檫\(yùn)放的反相端是虛地，故A4的電壓傳遞函數(shù)如下：解得： （1-21）式中： A5的電壓傳遞函數(shù)是： （1-22）從式（1-21）可見(jiàn)，A4實(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶通濾波器，在這里作選頻用。如果0，A4是一個(gè)相位超前網(wǎng)絡(luò)，而A5則是一個(gè)相位滯后網(wǎng)絡(luò)。選頻放大必須選擇放大深淺側(cè)向的兩種頻率，才能保證主電流頻率的準(zhǔn)確性。 = 3 * GB2 功率放大器與屏流源電路的功率放大器相同4.電壓檢測(cè)電路電壓檢測(cè)電路含深淺兩個(gè)測(cè)量道。深測(cè)量道由深前置差動(dòng)放大器和深相敏檢波器組成。測(cè)量電極M1（代替電極A0）至無(wú)限遠(yuǎn)處電極N間的電位差（通常N經(jīng)10號(hào)纜心到地面后接

28、電纜外皮）。淺側(cè)量道由淺前置電壓放大器和淺帶通濾波器和淺相敏檢波器組成。測(cè)量電極M1至A2電極（即第二屏蔽電極）間的電位差。深淺側(cè)向的電壓測(cè)量選取不同的參考點(diǎn)，其目的是為了減少淺側(cè)向探測(cè)電壓的噪聲電平。在淺電壓測(cè)量道中采用了BB3629低噪聲運(yùn)算放大器作前置電壓放大器也是為了這個(gè)目的。差動(dòng)放大器，帶通濾波器與前面分析過(guò)的同類電路相同，這里不再重復(fù)，唯一需要說(shuō)明的是相敏檢波器。在測(cè)井儀器中，為了正確檢測(cè)被測(cè)信號(hào)，壓制干擾信號(hào)，常用相敏檢波器，又叫監(jiān)相器或相敏整流器，它是一種對(duì)相位敏感的檢波器。和普通檢波器的區(qū)別在于：相敏檢波輸出直流信號(hào)的數(shù)值，不僅與被檢信號(hào)的幅度有關(guān)，而且還與被檢信號(hào)和參考信號(hào)

29、的相位差有關(guān)。為保證相敏檢波器正常工作，要求參考信號(hào)幅度要大于被檢信號(hào)，且參考信號(hào)前后沿要陡直，最好是方波。相敏檢波和普通檢波一樣也有半波相敏檢波和全波相敏檢波之分。半波相敏檢波原理如下圖a圖中Vi 是被檢信號(hào)，Vo是檢波輸出信號(hào)（未接電容c時(shí)的輸出），VR是參考控制信號(hào)，K是可控模擬開(kāi)關(guān)。假定VR是1電平時(shí)，開(kāi)關(guān)K接通，則Vo=Vi；若VR是0電平時(shí)，開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，則Vo=0，其波形如上圖a（2）。全波相敏檢波的工作原理如圖b當(dāng)參考控制信號(hào)VR為1電平時(shí)，K1導(dǎo)通，K2斷開(kāi)；若被檢信號(hào)為上正下負(fù)，則檢波電流從aK1RL地變壓器中心抽頭o。當(dāng)VR為0電平時(shí)，K2導(dǎo)通，K1斷開(kāi)。若VR是上正下負(fù)（

30、假定Vi與VR同頻同相），則檢波電流從bK2RL地變壓器中心抽頭o。由此可見(jiàn)，在被檢信號(hào)的全周期都有檢波電流流過(guò)負(fù)載電阻RL，即在負(fù)載電阻RL上得到了全波電壓，其波形如圖b（2）。相敏全波檢波及輸出在全周期內(nèi)的平均值是:式中,被檢信號(hào)的幅值;參考控制信號(hào)的周期; 被檢信號(hào)與參考信號(hào)的相位差. 上式表明,相敏檢波的輸出幅度不僅與檢波信號(hào)的幅度有關(guān),而且還與被檢信號(hào)和參考信號(hào)的相位差有關(guān).當(dāng)輸出信號(hào)為正的最大值,當(dāng)時(shí),輸出信號(hào)為負(fù)的最大值,當(dāng)或(為奇數(shù)),輸出為零. 如被檢信號(hào)幅值一定,檢波輸出和的關(guān)系如下圖.左下圖電路是電壓和電流檢測(cè)電路中采用的一種全波相敏檢波器.該檢波器是以集成塊IC(AD7

31、510D15D)為核心構(gòu)成的. AD7510D15D實(shí)際上是四刀雙擲開(kāi)關(guān),為增加可靠性每?jī)傻恫⒊梢粋€(gè)刀用. 當(dāng)置1電平時(shí),14,16端與9,11,13,15接通,10,12與9,11,13,15不通.若被檢信號(hào)為上正下負(fù),則檢波器電流從.相反,當(dāng)是0電平,是1電平,10,12,端與9(13,11,15)接通,14,16,端與9(11,13,15)不通,此時(shí)為下正上負(fù),檢波電流應(yīng)從.由此可見(jiàn),在全周期內(nèi)都有同一個(gè)方向的電流流過(guò)負(fù)載電阻.即在的兩端得到了全波檢波的脈經(jīng)電壓,經(jīng)電容C3濾波輸出深測(cè)向直流電壓.相敏檢波的參考控制信號(hào)用,淺電壓,淺電流相敏檢波參考控制信號(hào)用.為提高檢波效率,壓制干擾,采

32、用同相檢波.5.電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路的被被測(cè)信號(hào)取用主電流流過(guò)采樣電阻上的壓降.電路組成中的各單元電路上電壓測(cè)量電路與電壓測(cè)量電路基本相同,因此不在鏊述.6.(自己看書).4 功率式雙側(cè)向測(cè)井儀 功率式雙側(cè)向測(cè)井儀的主要特點(diǎn)是在測(cè)井過(guò)程中保持主電流源的功率恒定.以其獲得盡可能大的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和較高的測(cè)量精度. 老式的電阻率測(cè)井儀采用恒流工作方式,電導(dǎo)率測(cè)井儀采樣恒壓工作方式,當(dāng)?shù)貙与娮杪首兓瘯r(shí),前者只有電壓響應(yīng)這一變化,后者只有電流響應(yīng)這一變化,因此測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍都較小. 例如,工作于恒流工作方式的儀器,主電流保持為1mA恒定不變,電壓介于0.3mA200mA之間變化,那么儀器測(cè)量地層電阻率

33、的范圍就介于0.3200之間(全電極系常數(shù)K=1). 如果儀器用兩個(gè)量(,)來(lái)響應(yīng)地層電阻率的變化,例如介于3200之間變化, 介于0.3200之間變化,那么儀器測(cè)量電阻率的變化范圍:電阻率的最小值:電阻率的最大值:可見(jiàn),這種工作方式使儀器測(cè)量電阻率的范圍擴(kuò)展了100倍以上.這種工作方式保持主電流功率恒定,約為0.6. 下面以DLT型雙側(cè)向測(cè)井儀為例說(shuō)明功率式儀器的工作原理.須要指出的是,DLT性儀器在電阻率為最大值和最小值時(shí),主電流功率選定為0.55;在電阻率為中間值時(shí)功率略有增加,為的是提供更大的測(cè)量信號(hào),以便減小測(cè)量誤差,準(zhǔn)確的說(shuō),當(dāng)主電流負(fù)載時(shí),功率具有最大值.它的功率變化曲線如左圖.

34、縱坐標(biāo)為功率,橫坐標(biāo)為負(fù)載,取雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系.從左圖可見(jiàn),深淺側(cè)向兩個(gè)通道的主要參數(shù)是:參考功率:最小測(cè)量電壓負(fù)載電阻為68時(shí),最大功率;最大測(cè)量電流最大測(cè)量電壓.左邊一根線為:右邊一根線為:CTS電纜遙測(cè)系統(tǒng),TCC實(shí)驗(yàn)控制中心,LCM發(fā)射電流模板(塊) 發(fā)射控制指示器,CCS電纜通信系統(tǒng),TCM接箍控制系統(tǒng) ?1.4.1 測(cè)量原理 DLT型雙側(cè)向測(cè)井儀原理圖(圖1-37),它可分為兩部分,即數(shù)字部分和模擬部分,模擬部分是它的基本組成部分.數(shù)字部分由數(shù)字接口和電纜遙測(cè)系統(tǒng)接口(CTS接口)組成.數(shù)字部分的功能是把模擬部分測(cè)得的電壓值(深側(cè)向電壓淺側(cè)向電壓)和電流值(深側(cè)向電流淺側(cè)向電流).轉(zhuǎn)變

35、為數(shù)字量,在指定時(shí)鐘節(jié)拍作用下數(shù)字化的數(shù)據(jù)通過(guò)井下遙測(cè)總線傳至電纜遙測(cè)系統(tǒng)(電纜遙測(cè)系統(tǒng)CTS由井下部分TCC和地面部分TCM組成).然后地面計(jì)算機(jī)測(cè)井系統(tǒng)接收電纜遙測(cè)系統(tǒng)送來(lái)的井下數(shù)據(jù),并依據(jù)公式計(jì)算出地層電阻率.另一方面,計(jì)算機(jī)要計(jì)算主電流功率,根據(jù)上頁(yè)圖的功率曲線,在LCM插板(雙側(cè)向?qū)Ｓ?產(chǎn)生35Hz深側(cè)向電流.280Hz淺側(cè)向的功率控制信號(hào)是由地面計(jì)算機(jī)產(chǎn)生,經(jīng)電纜遙測(cè)系統(tǒng)送往井下,可見(jiàn)DLT雙側(cè)向測(cè)井儀是在地面計(jì)算機(jī)測(cè)井系統(tǒng)下工作的,中間有電纜遙測(cè)系統(tǒng)作為通信媒介.1.淺側(cè)向電路淺側(cè)向電路的頻率280Hz.280Hz電流源由井下產(chǎn)生,但電源的功率來(lái)自地面的控制信號(hào)控制.它的簡(jiǎn)化電路

36、示于下圖:280Hz電流產(chǎn)生總電流It, It包括:1)淺屏流IIS;2)淺側(cè)向主電流IOS. 淺側(cè)向電流IIS,IOS流經(jīng)地層后返回主電極A2,為了保持兩個(gè)監(jiān)督電極M1,N1電流近似相等,由監(jiān)控回路產(chǎn)生一部分主電流來(lái)進(jìn)行調(diào)整.淺側(cè)向電路的簡(jiǎn)化原理框圖示于下圖.淺側(cè)向電流IOS和淺側(cè)向電壓VOS信號(hào)分別由測(cè)量電路放大,檢波變成直流信號(hào)送至數(shù)字接口電路部分.地面計(jì)算機(jī)對(duì)VOS,IOS信號(hào)進(jìn)行除法運(yùn)算:得到反映侵入帶的電阻率;進(jìn)行乘法運(yùn)算()給出淺側(cè)向電流的功率控制信號(hào).功率控制信號(hào)將調(diào)整總電流It,以保持井下淺側(cè)向主電流功率為額定值,即符合雙對(duì)數(shù)三角形圖的要求.2.深側(cè)向電路深側(cè)向電路頻率為35

37、Hz,深側(cè)向總電流It由地面雙側(cè)向插板LCM產(chǎn)生,經(jīng)電纜2,3,5,6送往井下.35Hz總電流包括:深屏流IID,從屏蔽電極A1,A2流出,對(duì)于35Hz電流,電極A1,A2應(yīng)保持等電位;主電流IOD,從電流AO流出.深側(cè)向電流IOD,IID流經(jīng)地層后返回至位于地面的電極B,深側(cè)向電路的原理圖見(jiàn)下圖.為了保持監(jiān)督電極的電位近似相等,由監(jiān)控回路調(diào)整深側(cè)向主電流的大小.為了使電極系工作與深側(cè)向狀態(tài),即對(duì)于35Hz信號(hào),屏蔽電極A1,A2應(yīng)有相等的電位,為此引入了一個(gè)輔助回路.它的輸入信號(hào)是電極A2與A1*之間的電位差(電極A1*與電極A1的距離很近,所以A1*的電位非常接近A1的電位).當(dāng)A1*與A

38、2之間出現(xiàn)35Hz信號(hào)的電位差時(shí),輔助回路將在其輸出端提供一個(gè)補(bǔ)償電壓施加在電極A2與A1之間.補(bǔ)償電壓的大小與輸入信號(hào)相等但極性相反.因此,對(duì)于35Hz信號(hào),屏蔽電極A1,A2處于短路狀態(tài). 深向側(cè)的電流信號(hào)IOD,電壓信號(hào)VOD,VOG由測(cè)量電路放大,經(jīng)相敏檢波后變成直流信號(hào),然后由數(shù)字電路處理.地面計(jì)算機(jī)測(cè)井系統(tǒng)對(duì)進(jìn)行除法運(yùn)算后,得地層電阻率:進(jìn)行乘法運(yùn)算得到主電流源的功率,通過(guò)保持功率為額定值來(lái)建立深側(cè)向總電流.35Hz總電流由雙側(cè)向插板LCM(發(fā)射控制指示器)產(chǎn)生.然后經(jīng)電纜送往井下. 深側(cè)向電壓VOG是電極M1與V1之間的電位差,電極V1位于馬龍頭電極上.電壓VOG是用來(lái)指定Gro

39、mingen效應(yīng).Gromingen效應(yīng)是指位于電阻率非常高的地層(例如硬石膏)下面的低阻地層,由雙側(cè)向電極系所測(cè)的電阻率出現(xiàn)異常的現(xiàn)象.1.4.2電路原理1. 280Hz淺側(cè)向電流源淺側(cè)向電流源由280Hz振蕩器,指數(shù)調(diào)制器及輸出極組成.( 電路原理圖找書).它產(chǎn)生280Hz淺側(cè)向總電流,來(lái)自地面的功率控制信號(hào)PU用來(lái)調(diào)整淺側(cè)向主電流的功率.(1) 振蕩器280Hz振蕩器的電路原理示于下圖2-17,它的有源元件為運(yùn)算放大器U2,U4.U4為積分器,有一的相位移.U2是一個(gè)二階的低通濾波器.顯然,振蕩器將對(duì)在濾波器中引入相位移的頻率信號(hào)產(chǎn)生振蕩.濾波器U2的傳遞函數(shù)為: (1-23)式中為諧振

40、頻率: (1-24)其中,Q為品質(zhì)因數(shù): (1-25)由傳遞函數(shù)式可以看出,U2是一個(gè)低通濾波器,當(dāng)時(shí),可得到通帶的增益: (1-26)由圖上給出的數(shù)值(Ra=R4),對(duì)280Hz頻率的信號(hào),相位移為增益為:相當(dāng)于8db,濾波器的幅頻特性和相頻特性示于左圖. 齊納二極管CR1,CR2用來(lái)限制280Hz信號(hào)的輸出幅度為.電阻用來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率;電阻用來(lái)調(diào)節(jié)振蕩幅度.在電路極的5端可得到峰峰值為的280Hz正弦波.(2) 指數(shù)調(diào)制器該電路由差分對(duì)管Q1,Q2和運(yùn)算放大器U5,U6組成如下圖.該電路的作用是用功率控制信號(hào)PU(VCL)按指數(shù)規(guī)律調(diào)制淺側(cè)向電流,即按對(duì)數(shù)規(guī)律控制淺側(cè)向主電流功率.調(diào)制原理

41、是基于晶體管結(jié)方程: (1-27)式中:-晶體管發(fā)射極電流;-發(fā)射結(jié)的(EB結(jié))的反向飽和電流;-發(fā)射結(jié)電壓;-溫度的電壓當(dāng)量. 式中;KBolsman常數(shù);Q-電子的電荷量,T-發(fā)射結(jié)的熱力學(xué)溫度.假定(符合實(shí)際情況):集電極電流;4個(gè)晶體管處于相同的溫度.由于的基極和集電極處于相同的地電位(集電極為虛地),因此有:已知:代入上述方程組,得:認(rèn)為是理想差分對(duì)管,于是有代入上式得: (1-28)或者 (1-29)式中:為280Hz16V(峰-峰值)固定輸入信號(hào),VCL為功率控制信號(hào)PU(來(lái)自地面),經(jīng)U3放大后的輸出,U3給出一個(gè)刻度因子(在25時(shí)約為0.03,例如PU最大值-8V,經(jīng)過(guò)U3后

42、變?yōu)?255mV),為的是使PU的電壓能和調(diào)制器的輸入范圍匹配. U3放大器的R16(看淺側(cè)向電流原理)具有正溫度系數(shù).以補(bǔ)償晶體管的固有溫漂,使式(1-29)中的VCT/VT與溫度無(wú)關(guān).( eq oac(,7)連接前面的放大器) 為什么要使式(1-29)中輸出電壓VOUT隨功率控制信號(hào)PU(即VCL)按指數(shù)規(guī)律變化?其原因如下:主電流功率P和主電流I0,地層電阻率有如下函數(shù)關(guān)系: (1-30)上式兩邊取對(duì)數(shù)得: (1-31)電阻率與功率要按照?qǐng)D2-10所示的規(guī)律變化,這是儀器設(shè)計(jì)原理所要求的.但對(duì)功率的調(diào)整,由式(1-31)可見(jiàn),調(diào)整主電流就可以調(diào)整功率的大小.輸出電壓VOUT經(jīng)功率放大后,

43、將調(diào)整淺側(cè)向的總電流It,因而調(diào)整了淺側(cè)向的主電流功率.所以用指數(shù)調(diào)制器的目的是,用功率控制信號(hào)PU(VCL)使VOUT按指數(shù)規(guī)律變化,也就是使淺側(cè)向主電流功率按圖2-10所示的對(duì)數(shù)規(guī)律變化.(3) 輸出極指數(shù)調(diào)制器的輸出信號(hào)在該極實(shí)現(xiàn)功率放大,然后經(jīng)變壓器T10送至電極上,產(chǎn)生淺側(cè)向總電流,見(jiàn)下圖該電路是工作于甲類的推挽放大器.電阻R28,R30的阻值相同,在-12V電源的驅(qū)動(dòng)下二者的電壓也相同.因此流過(guò)Q5,Q6的靜態(tài)電流相同,但在T10初級(jí)線圈內(nèi)形成的磁通量互抵消.與之相反,由輸入信號(hào)產(chǎn)生的交流信號(hào)則極性相反,并在T10次級(jí)輸出淺側(cè)向的總電流.電容C5,C6,C7與T10的初級(jí)電感對(duì)28

44、0Hz信號(hào)產(chǎn)生諧振,以便在次級(jí)得到同相位的淺側(cè)向電流輸出.它與振蕩器產(chǎn)生的280Hz僅有約為相位移. T10是個(gè)降壓變壓器,以便得到低阻抗輸出和大的電流容量.2. 監(jiān)控回路 監(jiān)控回路的功能是通過(guò)調(diào)整主電流(IOD,淺側(cè)向IOS)的大小來(lái)保持兩個(gè)監(jiān)督電極M1,N1電位相等,它的簡(jiǎn)化電路于下圖監(jiān)控回路由如下幾部分組成;寬帶前置放大器,增益為175(包括變壓器)兩個(gè)高阻值的窄帶放大器,一個(gè)工作于35Hz,放大深側(cè)向信號(hào);另一個(gè)工作于280Hz,放大淺側(cè)向信號(hào).寬帶的單位增益放大器前置放大器的位置緊靠輸入變壓器,以減小噪聲.其余的電爐位于另一塊插板(監(jiān)控回路電路原理圖書中1-44). 35Hz高阻放大

45、器由差分放大器U1和帶通濾波器U2組成.濾波器的中心頻率為35Hz,35Hz高阻放大器的原理電路圖示于下左圖.帶通濾波器的傳遞函數(shù)為: (1-32)式中 (1-33) (1-34)當(dāng)時(shí)帶通濾波器的增益為; (1-35)式中電阻為電阻網(wǎng)絡(luò)R29,R30,R36的等效值,為電阻網(wǎng)絡(luò)R32,R33,R34,的等效值.由電阻R36,R34,來(lái)調(diào)節(jié)濾波器的中心頻率. 對(duì)于差分放大器U1可寫出表達(dá)式: (1-36)又 (1-37)對(duì)上兩式聯(lián)立求解,可得高放Q大器的傳遞函數(shù)式: (1-38)由式(1-35)代入(1-38),可得高Q放大器的總增益: (1-39)調(diào)節(jié)正反饋電阻R(即R9)可以改變?cè)鲆?該極的

46、增益為41. 280Hz的高Q放大器由U4,U5組成.電路結(jié)構(gòu)及原理與35Hz高Q放大器相同.不同之處是帶通濾波器的中心頻率為280Hz.R30,R34,為頻率調(diào)節(jié)電阻.該極對(duì)280Hz信號(hào)的總增益為200. 35Hz和280Hz信號(hào)經(jīng)各自的高Q放大器放大后,在單位增益放大器U3的反相端匯合.在這一級(jí)完成功率放大,由降壓變壓器T11實(shí)現(xiàn)低阻抗輸出.變壓器T11次級(jí)的一端接到屏蔽電極A1,另一端經(jīng)變壓器T8(I0測(cè)量輸入變壓器)接到主電極A0輸出35Hz,280Hz兩種頻率的主電流.3. 輔助監(jiān)控回路輔助監(jiān)控回路用來(lái)保持A1電極與A2電極在信號(hào)頻率為35Hz時(shí)的電位相等整個(gè)電路是一個(gè)窄帶高Q放大

47、器,諧振頻率為35Hz,其電路原理圖(書1-45).其電路結(jié)構(gòu)與監(jiān)控回路的35Hz高Q放大器類似,不再鏊述.它的電路簡(jiǎn)圖示于下圖.T12是一個(gè)降壓變壓器,以實(shí)現(xiàn)低阻抗輸出和產(chǎn)生大的輸出電流.電流的增益可通過(guò)調(diào)整正反饋電阻R8實(shí)現(xiàn).電路的總增益(包括變壓器T12),對(duì)35Hz信號(hào)為30db,對(duì)280Hz信號(hào)為-14db.電路完全避免了280Hz淺側(cè)向信號(hào)的干擾.T12輸出的35Hz電壓信號(hào)一端接至屏蔽電極A1,另一端經(jīng)變壓器T10接至屏蔽電極A2以補(bǔ)償電極A1,A2,之間出現(xiàn)的35Hz電位差.變壓器T10為淺側(cè)向電流源的輸出變壓器,對(duì)35Hz信號(hào)只呈現(xiàn)很低的阻抗(0.1),因此,盡管它串接在電路

48、中,但對(duì)深側(cè)向電流可視為短路.4. 相位參考信號(hào)電路它的功能量=給電流測(cè)量電路和電壓測(cè)量電路提供相位參考信號(hào)(35Hz,280Hz),實(shí)現(xiàn)對(duì)電流(IOD,IOS)和電壓(VOD,VOG,VOS)的同相位測(cè)量(利用相敏檢波電路)以減少噪聲干擾,提高測(cè)量精度.相位參考信號(hào)電路如書中圖1-46.(1) 35Hz參考信號(hào)電阻R1(10)串接在深側(cè)向35Hz總電流通道中(書中圖1-37),從R1上取得35Hz參考信號(hào).由于35Hz總電流可以從1mA變化到1A,因此R1上的電壓將從10mV變化到10V,其變化范圍太大放大器U6輸入端的齊納二極管CR1,CR2用來(lái)限制35Hz信號(hào)的幅度不經(jīng)過(guò)5V.(見(jiàn)書圖1

49、-46)35Hz信號(hào)經(jīng)U6放大,在經(jīng)R24C14,R25C15濾波網(wǎng)絡(luò)濾區(qū)尖脈沖和低頻噪聲,然后送至對(duì)數(shù)放大器U5,U5對(duì)小信號(hào)增益高,對(duì)大信號(hào)增益低,它在這里作可變?cè)鲆娣糯笃饔?以期得到幅度相對(duì)穩(wěn)定的35Hz輸出信號(hào).在U5輸出端的直流偏壓可能非常高,從而導(dǎo)致相敏檢測(cè)錯(cuò)誤,為了抵消這個(gè)偏壓而引入積分器U3.積分器U3有很大的時(shí)間常數(shù),它的直流增益很高(等于U3的開(kāi)環(huán)增益);但對(duì)于35Hz交流信號(hào)增益很小,它的輸出經(jīng)分壓后加到U3的同相端,剩下唯一可能有的偏壓是來(lái)自U3本身,但它很小.U2是比較器,產(chǎn)生35Hz幅度為012V的方波信號(hào).方波信號(hào)送至電壓和電流測(cè)量電路作為35Hz參考信號(hào).對(duì)輸入

50、10mVde1輸入信號(hào),在該極的輸入與輸出之間,35Hz信號(hào)的相位誤差小于1.(2) 280Hz參考信號(hào)280Hz參考信號(hào)由比較器U1產(chǎn)生,它的輸入信號(hào)取自淺側(cè)向電流源的振蕩器的輸出(見(jiàn)書中圖1-46)U1輸出280Hz幅度為012V的方波信號(hào)至電壓和電流測(cè)量電路.5. 測(cè)量放大器電壓信號(hào)(VOD,VOG,VOS)和電流信號(hào)(IOD,IOS)由測(cè)量放大器進(jìn)行檢測(cè).（1）電壓測(cè)量電路深側(cè)向電壓信號(hào)VOS經(jīng)變壓器T輸入電壓測(cè)量電路(見(jiàn)書中圖1-37)因此它有兩個(gè)測(cè)量通道(一個(gè)測(cè)VOD,一個(gè)測(cè)VOS)依據(jù)二者頻率不同而把它分離開(kāi),測(cè)量電路示于(書圖1-43)第一極為寬帶放大器U2,二者共用,增益為1

51、0.3,二極管CR1,CR2限制輸入信號(hào)的幅度.模擬開(kāi)關(guān)U1受14端的EZ信號(hào)(來(lái)自刻度開(kāi)關(guān)電路部分)控制,決定U2輸入端的狀態(tài).接地(零刻度信號(hào))或接電壓信號(hào).信號(hào)經(jīng)U2放大后將分別進(jìn)入各自的通道,每個(gè)通道均由帶通濾波器,相敏檢波器和低通濾波器組成.兩個(gè)通道電路結(jié)構(gòu)相同,下面僅以深側(cè)向電壓VOD測(cè)量通道為例加以說(shuō)明.帶通濾波器U3的中心頻率為35Hz,增益為2.3讓深側(cè)向信號(hào)通過(guò).相敏檢波器由模擬開(kāi)關(guān)U4濾波器R5(C6+C7)組成.U4的控制信號(hào)取自參考信號(hào)電路(書中圖1-46 13端)輸出的3Hz信號(hào).當(dāng)U4的6,19端35Hz參考信號(hào)為高電平時(shí),U4的4-5,10-11端接通;而2-3

52、,12-13端斷開(kāi).這時(shí)U3輸出的35HzV0D信號(hào)正處于正半波,而4-5,10-11斷開(kāi),由U3輸出的35HzVOD信號(hào)變?yōu)樨?fù)半波,經(jīng)開(kāi)關(guān)U4輸至U5的反相端.在濾波器的電容C6 C7上得到一個(gè)全波整流的負(fù)信號(hào)。信號(hào)的直流分量的幅度為 式中，Vip輸入信號(hào)的峰值；Virms輸入信號(hào)的有效值。相敏檢波器的增益為 U5為低通濾波器，濾除檢波后信號(hào)內(nèi)的高次諧波分量。低通濾波器的直流增益為1，測(cè)量通道的總增益21.3。由U5輸出的深側(cè)向電壓VOD正的直流信號(hào)送到數(shù)字電路。淺側(cè)向電壓VOS測(cè)量通道由器件U8，U7，U6組成。不同之處是工作頻率為280HZ。 = 2 * GB2 電壓VOG測(cè)量電路電路結(jié)

53、構(gòu)與深側(cè)向電壓VOD的測(cè)量電路相同，不再重復(fù)。VOG信號(hào)由變壓器T7B引入。 = 3 * GB2 電流測(cè)量電路深側(cè)向電流IOD，淺側(cè)向電流IOS由電流測(cè)量電路檢測(cè)，電流信號(hào)經(jīng)變壓器T8耦合至寬帶放大器U6，這部分的簡(jiǎn)化電路示于左圖，變壓器T8的初級(jí)串在主電流通道上，T8的變比為1:200，電阻R3與T8次級(jí)并聯(lián)，R3反射至初級(jí)的阻抗為：反射電阻作為電流的取樣電阻，T8R3網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換因子為： V/A式中，VR3為放大器U6的輸入電壓。該級(jí)的增益為信號(hào)經(jīng)該級(jí)放大后，IOD和IOS分別進(jìn)入各自的通道。電路結(jié)構(gòu)與電壓測(cè)量電路完全相同，不再重復(fù)，通道總增益為1820。1.4.3 深側(cè)向電流源35HZ深側(cè)

54、向總電流是由地面雙側(cè)向?qū)Ｓ貌灏錖CM產(chǎn)生。井下儀器測(cè)得的深側(cè)向電壓VOD和電流IOD，由地面計(jì)算機(jī)測(cè)井系統(tǒng)進(jìn)行除法運(yùn)算得到地層電阻率，進(jìn)行乘法運(yùn)算得主電流功率值，對(duì)照上面的功率曲線，中央處理機(jī)CPU給出功率控制指令，由LCM插板產(chǎn)生所需要的35HZ總電流，使主電流功率達(dá)到額定值。原理框圖LCM的電路原理框圖示于下頁(yè)圖，它由三部分組成：接口電路，振蕩器和調(diào)制器，電流放大器。 來(lái)自中央處理機(jī)CPU的功率控制信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)輸入線DDI送至地接口電路。CPU發(fā)地址碼后暫存在寄存器內(nèi)，這些數(shù)據(jù)用來(lái)驅(qū)動(dòng)：1）35Hz電流控制開(kāi)關(guān)U2，當(dāng)U2有效時(shí)才允許35Hz電流下井；2）D/A轉(zhuǎn)換器，功率控制數(shù)據(jù)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后調(diào)制35Hz振蕩器的指數(shù)衰減器。 35Hz信號(hào)經(jīng)送至電流放大器，在這里經(jīng)功率放大后變成35Hz總電流。35Hz測(cè)側(cè)向電流經(jīng)變壓器T1,電纜送至井下，然后經(jīng)電極系，地層返回，返回至地面電極B。地層返回至地面電極B 。2. 接口電路（看書）接口電路主要是由地址譯碼器和數(shù)據(jù)寄存器組成。在CPU和LCM之間的信息交換是通過(guò)如下信號(hào)實(shí)現(xiàn)的：數(shù)據(jù)信息。CPU數(shù)據(jù)經(jīng)輸入線DDI輸入10位數(shù)據(jù)，LCM經(jīng)數(shù)據(jù)輸出線DDO把10位數(shù)據(jù)送出。地址信息。CPU經(jīng)地址線ADRO輸出8位地址碼；通信脈沖。寫脈沖TSSD2-1、讀脈沖SWO-1、啟動(dòng)脈