关键词:
随钻测量
可控源
能谱采集
主控电路
摘要:
随钻可控源中子密度测井仪是一种采用可控中子源的密度测井仪,仪器内部主控电路发出步采集时序,激发脉冲中子发生器产生14MeV高能中子,并驱动伽马采集电路采集多阶段能谱为密度计算提供数据基础。本文基于仪器原理样机中的伽马采集电路,为其设计出高性能FPGA能谱采集系统,并完成主控电路设计。
在能谱采集系统设计上,本文基于脉冲面积分析法实现伽马脉冲信号的能量提取,相比传统幅值分析法具有更高的抗噪性。采用反馈式轻量级基线恢复模块实现较好的基线恢复效果,相比于传统平均值计算法,有效减少系统死区时间和资源占用。针对脉冲信号在全温度下的宽度变化特性,采用基于动态步长调节的脉宽压缩算法,在不改变信号能量的条件下统一全温度下的脉冲信号宽度,提升脉冲堆积甄别的准确性。使用乘法因子和移位的方式实现脉冲信号的能量映射,无需使用除法器。设计乒乓操作逻辑,可实现能谱的不间断缓存,显著提升系统带宽。最终,该能谱采集系统能实现333K脉冲速率下脉冲漏计率不超过1%,最大非线性误差1.38%的实际性能。
在主控电路的设计上,出于仪器环境监测目的,在硬件上集成了多传感器设计,能实时监测仪器骨架温度和加速度。具备电源管理模块,为仪器内电路提供上下电控制与流压监测,有效防止电源异常引起的故障传播。在测井功能上,本文为仪器制定了一套同步采集时序,该时序以100ms为小周期,循环若干次构成一个测井周期,在每个小周期的前段时序内,能周期性激发脉冲中子发生器爆发中子,每次持续时间10us。时序整体由时间槽bin驱动,将时序划分为5个采集阶段,控制伽马采集电路采集非弹伽马能谱、俘获伽马能谱和本底伽马能谱。并最终为主控电路FPGA实现同步采集时序发射模块,具有可实时配置和高精度的特点,时序的最小可变分辨率可达100ns,可灵活适应不同场景,为样机的后期研发提供便利。