过套管地层电阻率测井信号调理电路设计
过套管电阻率测井原理
过套管电阻率测井原理一、引言过套管电阻率测井是一种常用的地球物理测井方法，通过测量地下岩石的电阻率来判断岩石性质和储层特征。
本文将介绍过套管电阻率测井的原理及其应用。
二、原理概述过套管电阻率测井是利用电流通过地层产生的电场来测量地层的电阻率。
当电流通过地层时，地层中的电阻会对电流的传输产生阻碍，从而形成电场。
根据电场的分布情况，可以推断出地层的电阻率。
三、测井仪器与方法过套管电阻率测井通常使用测井仪器和电极阵列来进行测量。
测井仪器一般由发射器和接收器组成，发射器产生电流，接收器接收电流信号，并将信号传送到地面上的记录设备进行处理和分析。
四、电阻率测量原理1. 电阻率定义电阻率是指单位长度和单位截面积的物质对电流传导的阻力。
电阻率越大，电流通过的阻力越大。
2. 电阻率与地层特征的关系不同类型的岩石和储层具有不同的电阻率特征。
例如，含水层的电阻率通常较低，而含油层和含气层的电阻率较高。
通过测量地层的电阻率，可以判断地层的含油、含气或含水特征。
3. 电阻率测量方法电阻率测量可以采用不同的电极布置方式，常见的有二极电极、四极电极和八极电极。
电极的布置方式会影响电流流过的地层范围，从而影响测量结果的准确性。
五、过套管电阻率测井的应用过套管电阻率测井广泛应用于石油勘探和开发中。
通过测量井下地层的电阻率，可以判断储层的类型、含油、含气或含水程度以及储层的连通性等信息。
这些信息对于石油勘探和开发具有重要的指导意义。
六、测井结果分析通过过套管电阻率测井得到的数据可以进行进一步的分析和解释。
常见的分析方法包括计算电阻率与深度的关系，绘制电阻率剖面图，判断储层的位置和性质。
同时，还可以结合其他测井数据进行综合解释，提高解释结果的准确性。
七、存在的问题与展望尽管过套管电阻率测井已经取得了一些成果，但仍然存在一些问题需要解决。
例如，电阻率测量结果受地层含水量、温度等因素的影响，需要进行修正和校正。
此外，随着测井技术的不断发展，未来还有望实现更高精度和更深层次的过套管电阻率测井。
过套管电阻率测井室内刻度参数分析
过套管电阻率测井室内刻度参数分析1.室内刻度模型A ，B ，C 为三电极测量点，G 为地面回路电极，F 为激发信号电极，0R 为全长套管等效模拟电阻，R 为可变刻度电阻，0I 为激励电流，x I 为漏电流。
为分析方便起见，设套管全长为1000m ，大约有100个接箍。
根据实验测得常规套管的电阻值为20μΩ/0.6m 左右，每个接箍的电阻为3倍的刻度值（20μΩ），即为60μΩ。
那么1000m 套管等效电阻值为：Ω+Ω⨯+Ω⨯m 4060003400060100206.01000＝＝μμ选取等效电阻取40m Ω，刻度筒长度约为4m 为测量条件。
按照本系统设计，下发激励电流，只需加一根等效电阻线40m Ω。
（如按俄罗斯，上下发射时，在刻度筒要加两端模拟刻度线，按并联等效，值为80m Ω两根。
）2 2.刻度系统能够测定的最小漏电流刻度系统的电路等效模型40m Ω0选取0I 为3A ，进行分析。
（2011－3－11）根据室内刻度，R 值最大为60Ω，再高系统不确定，即信号漏电流检测为极小值。
mA m A m R R I R I x 24060340000=Ω+Ω⨯Ω=+•= 分析：○1套管电阻模拟线，在刻度筒两端均加时，Ω=Ω⨯m R 20m 40210＝，那么，最小漏电游流检测值为1mA 。
（目前水平．．．．） ○2要提高刻度电阻值达到120Ω时，激励电流I 0应为6A 。
（R 0＝20m Ω时） ○3根据目前测量原理分析：只能下发射；（上、下发射的理论模型，有待研究）则：R 0＝40m Ω时，按1mA 的I x 最小分辨，可刻度的最大电阻值应为120Ω。
○4要提高到180Ω~200Ω的R ，激励电流应该提高1/3倍，3+3*1/3=4A （I 0）理论上，I 0为5A 时，可刻度的R 为：（I x ，1mA ）Ω+⨯Ω=m R A m mA 404401，求得R 为：R ＝200Ω.（目前系统应具备的能力．．．．．．．．．．）。
过套管测井信号的检测与处理方法分析
也可 以将 （）式 用矩 形序 ＮＲ ｎ。表示成 ： ３ （） （） ＝ （ Ｎ（ ｎ ｎ ）Ｒ ｎ ） （ ５ ） 快 速 傅 里 叶 变 换 （ Ｆ ）是 离 散 傅 里 叶 变 换 ＦＴ （ Ｆ ）的一 种 快 速算 法 。 由于 直 接 计 算Ｄ Ｔ的计 ＤＴ Ｆ
算 量 与 变 换 区 间Ｎ的 平 方 成 正 比 ，因 此 ，当Ｎ较 大 时 ，计 算 量 太 大 。所 以 ，在 快 速 傅 里 叶 变 换
和Ｙ ｆ）的相 关 系数 ： ｎ
Ｊ — ９
－
＿
采 集 与处 理 ，这里 主要 介绍 信 号采 集 与处 理 的方 法 。信 号处 理 的一般 过 程如 图３ 示 。 所
模 拟 数 字
［ ｘ ｎ 乏 ，（ 】 ∑ ｏ （ ， ｎ ） ２ ）
（）式 中的分 母 等 于 （） ６ ｎ 、Ｙ（）各 自能 量乘
信 噪 比达 到所要 求 的数 值 。其 同步 累积 器 的 原理
框 图 如 图２ 示。 所
输 出
（ 简称 Ｆ ｒ Ｆ ）出现 以前 ，直 接 用 Ｄ－ 算 法 进 行 数 字 ｂ Ｔ 信 号处 理 是不切 实 际 的。
图２ 同 步 累积 器原 理 框 图
（）相 关 函数 ２
第 １卷 ３
第３ 期
电 子元 嚣 件 左 用
Ｅ ｅ ｔ ｎ ｃＣ ｍｐ ｎ ｎ ＆ Ｄｅ ｉｅＡｐ ｌ ａｉ ｎ ｌｃｒ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｖｃ ｐ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ
Ｖ０． ３ Ｎｏ３ １１ ．
Ｍ ｒｔ ０１ ｉ＂ ｏ ．２ １
２ １年 ３ ０ １ 月
过套管测井信号 的检测与处理 方法分析・
＝／ Ｗ Ｘ
Ｅｎ
． Ｖ
过套管电阻率测井技术研究与应用
百家述评•212文/赵金宝 张磊过套管电阻率测井技术研究与应用内容摘要 过套管电阻率测井技术，在开发测井中，进行油藏动态监测，剩余油分布监测，具有较强的实用价值，由于其方便性，在生产中得到广泛应用。
本文以俄罗斯过套管电阻率测井仪器为例，介绍了它的测量原理、关键技术、非均匀性对过套管地层电阻率测井的影响及应用，总结利用过套管电阻率测井资料和其他相关资料进行油层水淹程度监测，落实剩余油分布。
关键词 过套管电阻率;测量原理;测井解释地层电阻率是评价储层含烃量必不可少的要素。
地层电阻率主要取决于所含的液体。
含导电盐水的地层电阻率要比充满烃类的低得多，因而电阻率测量对于定位烃类储层具有不可替代的工程价值。
过套管电阻率测井是一种电阻率测井方法，它实现了在套管内对外地层电阻率的测量，因具有比核测井更好的探测特性和动态探测范围等优势，逐渐成为套管井看好的测井新技术。
斯伦贝谢公司相继推出了CHFR 和改进型的CHFR-plus，阿特拉斯推出了TCRL,俄罗斯推出了ECOS 仪器，这些仪器已逐渐在生产中得到应用，并进行了一定的现场实验和初步研究工作。
本文以过套管电阻率测井仪器为例，介绍其在麻黄山区块的实际应用，总结出利用过套管电阻率测井资料和其他相关资料进行监测油层水淹程度，落实剩余油分布，为水平井部署及油井措施挖潜提供可靠依据。
研究表明，俄罗斯过套管电阻率技术能够适用于剩余油饱和度的评价，油藏动态的监测以及老井油气层的二次评价。
过套管电阻率测井和裸眼电阻率测井在物理上的显著区别是井眼套管本身就是一个巨大的导体，大部分电流会沿着套管流动，高频交流电几乎全部留在套管内部，但是低频交流电流(或者是直流电流)将会有一小部分泄露到地层中去。
在套管内绝大部分电流沿套管流到地面回路电极，而在套管内壁以及低频率流动的电流将套管视为传输线，由于钢套管周围地层介质可视为导电介质，所以将有极小部分电流渗流到地层，再流回到地面回路电极。
过套管电阻率测井微弱信号检测误差分析
由过套管电阻率测井实际测量可知 V 1 与 V 2 非常接近 , 且都是 μV 级信号 , 它们的差值 ΔV 是 nV 级微弱信号 。 因此 1 - V 2 / V 1 与 1 - V 1 / V 2 这 2 1 1 项大概为 ±10 - 3 量级 , 那么 与 1 - V2/ V1 1 - V1/ V2 dV 1 dV ′ 1 就为 ±103 量级 , 比较大 。因为测量中 、 、 V 1 V′ 1 dV 2 dV ′ 2 、 微小的测量误差会给视电阻率ρ a 带来较 V2 V′ 2 dV 1 dV ′ 1 dV 2 dV ′ 2 大的误差 。而现在 、 、 、 本身的误差 V1 V′ V V ′ 1 2 2 就比较大 , 会给视电阻率的测量带来更大的误差 。 ΔV 求ρ 2. 2 方法 2 : 直接测量 V1 、 a 为了避免相近值之间的减法运算 , 减小误差 , 采 ΔV 求ρ 用另一种测量方式 , 直接测量 V 1 、 a 。将公式
YAN Zheng2guo , ZHAN G Jia2tian
( College of Elect ronic Engineering , Xi′ an Shiyou Universit y , Xi′ an , Shaanxi 710065 , China)
Abstract : Cased hole formatio n resistivit y ( C H FR ) logging calculates apparent formatio n resis2 tivit y by measuring slight potential difference o n metal casing , it s measurement error of t he ap 2 parent formatio n resistivit y is decided by t he measurement error of t he potential difference o n t he casing. Described is p rinciple of t he C H FR measurement , including 3 measurement modes named referential voltage mode , casing resistance mode , and leakage current mode. Erro r p ropagatio n formulas of 2 met hods for C H FR measurement is deduced , facto rs influencing t he measurement p recisio n of formatio n apparent resistivit y are discussed. It is believed t hat t he met ho d measuring seco nd o rder potential difference o n t he casing directly will lead to a bet ter p recisio n in formatio n apparent resistivit y t han t he met hod measuring first order potential difference. The co nclusio n might be a reference in selecting develop ment schemes of C H FR logging inst rument . Key words : well logging inst rument , cased hole formatio n resistivit y ( C H FR) logging , apparent resistivit y , error analysis , seco nd order potential difference
过套管电阻率测井仪信号调理电路的设计
下， 电极 系 的两个 边 电极 电位 的一 阶差 分 ； Ｉ ） Ａ Ｕ（Ａ
和 △ Ｕ （Ａ） 别为 上 、 Ｉ 分 下供 电模 式下 ， 有 的三 个 所 测 量 电极 同套 管 接 触 点 之 间 套 管 段 上 电 位 的 二 阶
＋ 置 Ｈ 路 放 ＝前 大一 墓 Ｈ 曩 ： 放 鼍Ｈ 的 检 测 ， 纳 以及 强干 扰 的抑 制 是 过 套 管 地 层 电 阻率 测 井 需 要 解 决 的关 键 问题 。 根 据 待 测 信 号 的特
点， 选用超低噪声、 漂移元器件 ， 低 设计 了相应的信 号调理 电路。测试 结果表 明， 调理 电路 能有效抑 制干扰信 号、 确提取 有 准
科
学
技
术
与
工
程
１ 卷 １
式 （ ） ， （ ）和 Ｕ （ ）分 别 为 上 、 供 电模 １中 Ｎ 下
式下 ， 测量 电极 Ｎ同套 管接触 点 的套 管 电极 的 电位 ；
△ 肘（ ）和 △ 。 ）分 别 为 上 、 供 电模 式 （ 下
放大 倍 数 约 １ ２倍 ， 样 △ 总 的 放 大 倍 数 约 ｌ 这 ０
用信号、 实现 了 ５ Ｖ信 号 的 可靠 测 量 。 ０ｎ
关 键词 过套管电阻率测 井仪 中 图法分类号 Ｐ ３ ．２ ； ６ １３ ２
信号调理 电路 文献标志码
低噪声前置放大
低通滤波
Ａ
过套 管 电阻率 测 井 技术 以其 具 有探 测 深 度 大 ， 受井眼、 套管 、 地层 非 均质 性 等 因素 影 响小 ， 可在 低 孔 隙度 或低矿 化度 的地层 条 件 下 正 常工 作 等 优 势 ， 成 为 目前 评价 分析 剩余 油 饱 和 度 、 定剩 余 油 评 价 测 参 数 ， 利 用参 数 评 估 油 层 动 用 情 况 的主 要 手段 。 并 国 内辽河 、 疆 、 庆 等 多 家 油 田先 后 引进 了 俄 罗 新 大
过套管电阻率测井仪室内实验数据分析
油
仪
器
ＰＥＴＲｏＬＥＵＭ ＮＳ Ｉ ＴＲＵＭ ＥＮＩ Ｓ
・开Leabharlann 设 计 ・ 过套管电阻率测井仪室 内实验数据分析
李 莉
（ 大庆油 田测试技术服务分公司 摘 黑龙江 大庆 ）
要 ：文章介 绍 了过 套 管地层 电阻率仪 器的结 构和 原理 、室 内实验装 置 的建 立 、实验过 程及 原理 、室 内实验 结 果及 数
测 井 技术 不仅 在 寻找 剩 余油 方面 提 供 了有 效 的手段 ，
并且和裸 眼井测井 资料 结合可以开展剩 余油区块评价 ， 是 当今非 常有效 的套管井 地层评价 测井 方法之 一…。
Ｉ ／ ， － — ／ 蜘 墨 一 ＿ 、， ／ 一— …
图 １ 过套管地层电阻率测井仪结构 图
输 出功 率 １０ 条件 下 ）进行 了长达 ２ ０ ｎ的温 度 ３Ｗ ４ ｍｉ 监 控试 验 ，温 度 曲线如 图 ７所 示 。
５ 结束语
分析 了 自动 垂直钻 井系统 的大功率 开关 电源 的工 作 原理 与参 数设 计 ，并给 出实 验结 果 ，该 系统有 如 下
优点 ：
其 中 ，温升 最高 的 为滤 波 电感 Ｌ ，温 度达 到 １０ ｆ １ ℃ ，负载 的变化 对其 温度 的影 响很 明显 ； 次 为变压 其 器 Ｔ ，温 度达 到 ９ １ ７℃ ；四个开 关管在 零 电压开 关下
极 Ｍ ｌ与 电极 Ｎ 之 问 的 电 位 差 △ １ 厶２ ；电 极 Ｎ（ ） Ｍ ２与 电 极 Ｎ 之 间 的 电 位 差 △ １ １２ ； 极 Ｍ １ Ｎ（ ） 电 Ａ 与 电极 Ｍ２之 间 的 初 级 电 位 差 △ ２ 厶２ 和 二 次 Ｎ（ ）
过套管测井
目 录
国内外技术现状 过套管测井原理 技术方案 研究历程 技术成果 实验结果 下一步的研究方向
过套管测井原理—原理
G
回路电极 套管电流Iz
T
B
IC
I L I(Z)dZ
Z1 Z2
金属套管
Z+dZ I2
M D
Z2 I I I(z)dz ZZdZ I Z 2 L I L ( I )1 dj
完成了过套管电阻率测井大电流发射装置及微
弱信号检测软硬件系统 微弱正弦电压检测分辨率小于20nV 完成了模拟实验装置检测实验，视电阻率测量 非线性误差小于±3%（10Ω·m~25Ω·m），验 证了过套管电阻率测井的可行性
目 录
国内外技术现状 过套管测井原理 技术方案 研究历程 技术成果 实验结果 下一步的研究方向
过套管电阻率测井 微弱信号检测研究
目 录
国内外技术现状 过套管测井原理 技术方案 研究历程 技术成果 实验结论 下一步的研究方向
国内外技术现状－国外
2000年阿特拉斯（Baker Atlas）研制出现场测试 样机TCRT（Through Casing Resistivity Tool） 过套管电阻率测井仪。 1995年斯伦贝谢（Schlumberger）在评价顺磁 PML (Para Magnetic Logging)技术的基础上继续 开发过套管地层电阻率测井仪器CHFR（Cased Hole Formation Resitivity）。 并很快在全球开展 CHFR测量服务。 2000年斯伦贝谢公司推广CHFR仪器，同年4月 在中国申请专利。 2002年该公司又推出CHFR-PLUS，对第一代仪 器做了较大地改进。
过套管电阻率测井原理
过套管电阻率测井原理一、引言过套管电阻率测井是一种常用的地球物理测井方法，广泛应用于石油勘探和开发过程中。
它通过测量地层的电阻率来判断地层的性质和含油性能，从而为油气勘探和开发提供重要的地质信息。
二、测井原理过套管电阻率测井原理是基于电阻率差异的测井技术。
地层的电阻率是指单位体积内的电阻，是描述地层导电性能的重要参数。
在过套管电阻率测井中，通过在井筒内放置电极，利用电极之间的电流和电压差来测量地层的电阻率。
三、测井仪器过套管电阻率测井需要使用特殊的测井仪器，包括电极、电缆和电阻率计等。
电极是测量电流和电压差的装置，通常由金属材料制成，具有良好的导电性能。
电缆用于连接电极和电阻率计，传递电流和电压信号。
电阻率计是用来测量电流和电压差，并计算地层电阻率的仪器。
四、测量方法过套管电阻率测井通常采用四电极法进行测量。
四电极法是指在井筒内分布四个电极，两个电极注入电流，另外两个电极测量电压差。
通过测量电流和电压差的变化，可以计算出地层的电阻率。
五、数据解释过套管电阻率测井的数据解释是关键的一步，需要根据测量结果进行分析和判断。
地层的电阻率与地层的含水性、孔隙度和含油性等密切相关。
通常来说，含水层的电阻率较低，而含油层的电阻率较高。
通过对测井曲线的分析，可以确定地层的性质和含油性能。
六、应用领域过套管电阻率测井广泛应用于石油勘探和开发中的各个环节。
在勘探阶段，可以利用过套管电阻率测井来判断地层的含油性和储量分布；在开发阶段，可以通过测井数据来指导油气井的完井和生产操作，提高产能和采收率。
七、测井优势过套管电阻率测井具有操作简便、数据获取快速和成本相对较低等优势。
相比于其他测井方法，过套管电阻率测井可以在井筒内直接进行测量，无需进行井下作业，减少了工作量和风险。
八、发展趋势随着油气勘探和开发的深入，过套管电阻率测井技术也在不断发展。
目前，已经出现了一些新的测井仪器和方法，例如多电极测井和多频段测井，可以提高测量精度和解释能力。
过套管聚焦电阻率测井仪方案(二)
过套管聚焦电阻率测井仪方案（二）过套管电阻率测井属于电阻率测井仪的一种。
它也是通过测量进入地层的电流Io和在地层中产生的电位Vo，再通过公式Rt=K*Vo/Io计算出地层的电阻率值。
与其他电阻率测井不同的是，该测井仪是在套管内测量套管外地层的电阻率。
套管本身是电阻率非常低的导体，其电阻率为2*10-7。
在测井过程中，绝大部分供电电流都通过套管流到回路电极，很少一部分分流的地层。
在地层中，产生的反映地层电阻率的信号很小使解释误差增加。
为了提高仪器的测量精度，除选用高性能元器件外，采用电流聚焦方案是最有效的方法。
图1、原仪器工作原理图一、工作原理：仪器发射的总电流I，绝大部分电流I1沿套管向上流回地面回路电极，极小部分电流I2沿套管向下流。
在向下流动的电流在流动的过程，又有一部分电流Io流到地层，一部分沿套管继续向下流动。
电流Io的大小与地层电阻率有关。
这要注意的是：从套管外壁流人地层的电流是随套管深度变化而变化的，也就是说，在仪器供电电极以下的套管外的地层中，电流密度除与地层电阻率有关，与套管深度也有关。
地层电阻率Rt计算公式中的K值不再为常数，而是一个变数。
以此该方法测量出的电阻率曲线幅度与裸眼井测量的电阻率曲线会相差很多。
只是曲线变化规律相同而已。
为了使套管电阻率测井仪测量的曲线与裸眼井测量的电阻率曲线一致，我们设计了新型供电方式：过套管聚焦电阻率测量方案。
原过套管电阻率测量方案与老横向电阻率测井方法相似。
一个电极供电，一个电极测量。
回路电极在很远的地面。
不同的是：工作环境不同，老横向电阻率（电位）测井方法工作在裸眼井中，套管电阻率测量方法工作在套管中。
二、过套管聚焦电阻率方案：所有的电阻率测井方法都要求供电电流主要分布在所要测量的地层中，老横向电阻率测井方法供电电流在盐水泥浆条件下测井时，大部分电流都沿低电阻率的泥浆流动，很少进入地层。
所以测量曲线反映地层电阻率性质不明显。
为了解决此问题，后来发明了侧向测井。
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摘要 : 过套管电阻率测井响应信号极其微弱 ,对前置放大电路的设计要求极高 。设计了一种能够放大有用信号 , 同时抑制噪声的信号调理电路 。给出了低噪声电源电路 、 低噪声前置放大器电路 、 滤波电路和中间级放大电路的 原理及实现方法 。通过器件选择和良好的 PCB 设计降低了噪声的影响 。采用了二阶巴特沃斯滤波器电路 ,使滤波 器的截止频率稳定 ,并具有较高的精度 。实验测量表明 ,该调理电路的整体性能指标达到设计要求 。 关键词 : 过套管地层电阻率测井 ; 信号调理电路 ; 低噪声 ; 前置放大电路 ; 滤波器 中图分类号 : P631. 84 文献标识码 : A
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图4 二阶低通有源滤波电路
第 33 卷 第 5 期 张家田 ,等 : 过套管地层电阻率测井信号调理电路设计
第 33 卷 第5期
2009 年 10 月
测 井 技 术
WELL LO GGIN G TECHNOLO GY
Vol. 33 No . 5 Oct 2009
文章编号 :100421338 ( 2009) 0520483204
过套管地层电阻率测井信号调理电路设计
张家田 , 霍菲菲 , 严正国
・485 ・
其归一化的传输函数为
A u ( SL ) = S A uo
2 L
+
1
Q
( 3)
SL + 1
式中 , SL = S/ ω c ; Q 为品质因数 。 通带内的电压放大倍数为
A uo = 1 + R4 R3 ( 4)
滤波器的截止角频率为 1 ω
c
=
R1 R2 C1 C2
πf c = 2
作者简介 : 张家田 ,男 ,1963 年生 ,教授 ,从事电磁测量技术研究 。 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
・484 ・
测 井 技 术 2009 年
波器的截止频率为 1 Hz 。该设计共 10 级滤波 , 整 个放大电路的增益为 5 120 ,而最终等效输入噪声仅 为 5. 58 nV/
Hz 。其结构框图见图 1 。
被测信号中不可避免地混有共模干扰噪声 。仪表放 大器把关键元件集成在放大器内部 , 使它具有高共 模抑制比 、 高输入阻抗 、 低噪声 、 低线性误差 、 低失调 漂移 、 增益设置灵活和使用方便等特点 。电路中仪 表放大器的输入方式见图 3 , 能够极大地抑制共模 信号 、 放大差模信号 , 故能有很好地检测到有用信 号。
图3 前置放大电路
1. 3 滤波电路设计
图2 电源电路框图
由于噪声与信号同时放大 , 不利于后续放大电 路的工作 。所以 , 信号经前置放大器放大后需进行 滤波 。而普通的一阶高通 、 低通滤波电路 , 由于滤波 陡度较为平缓 , 滤波效果较差 , 不能有效地达到要 求 。采用二阶压控低通 、 高通滤波电路 , 有效地滤出 了噪声 。考虑到在强噪声的背景中检测微弱信号需 要在抑制环境噪声的同时也要尽可能的降低系统自 身的对信号的干扰 , 而通带内的微小波动也有可能 对微弱的信号变化产生大的干扰 , 所以这里选用通 带内比较平坦的二阶巴特沃思有源滤波器 。从而使 滤波器的截止频率稳定 , 具有较高的精度和稳定性 。 滤波器电路见图 4 。 图 4 中二阶低通有源滤波电路的传递函数为 2 A uoω c ( 2) A u ( S) = ω c 2 2 S + S +ω c
0 引 言
过套管电阻率测井的测量信号水平非常低 , 与 其他测井仪器相比 ,它的信号强度要小 10～100 倍 , 是极微弱信号 , 幅值极低 , 一般在 nV 级 。信号检 测的初期需要对这个极微弱信号进行低噪声前置放 大 ,然后对放大后的信号进行处理 。系统要求将 0 ～50 μV 的极微弱交流信号放大到 0～ 2. 5 V ,如此 一来 ,除了有用信号被放大以外 , 来自地 、 套管以及 电路本身的噪声也被放大了 。前置放大电路是过套 管电阻率测井系统中最基本的部分 , 是整个测井系
图1 信号调理电路设计框图
1. 1 电源电路设计
电源电路采用多极稳压 , 逐步降低电源的纹波 噪声 。在最后一级采用具有极低噪声的低压差线性 稳压器来进一步降低电源的噪声 , 并且在每一级的 输出端并联 1 个大电容和 1 个小电容 。大电容的作 用是去耦 ,使输出电压稳定 ; 小电容的作用是旁路 , 滤除高频噪声干扰 ( 见图 2) 。
2 L
+
1
Q
( 7)
SL + 1
图7 中间级放大电路 I
式中 , SL =
ω c
S
; Q 为品质因数 。
A VF1 =
VP R10 = ≈ 12 V IC R9
( 8)
二阶压控低通滤波电路的传递函数为
A ( S) = V 0C A V F3 = VP 1 + ( 3 - A V F3 ) S C5 R15 + ( S C5 R15 ) 2 ( 9) A V F3 = 1 + R18 = 2 R17 ( 10)
基金项目 : 陕西省自然科学基金项目资助 (2007D01)
统最关键的前端设备 , 它的性能好坏直接影响整个 测井系统的路设计 。
1 系统设计
为获得较高的输出信噪比 , 电路设计主要包括 3 个部分 : 低噪声电源电路 、 低噪声前置放大器 、 多 级滤波和放大电路 。由于需要放大的信号为低频 , 频率范围在 1～15 Hz ,因此设定二阶巴特沃思低通 滤波器的截止频率为 15 Hz , 二阶巴特沃思高通滤
Q
经实验测试可知 ,三端集成稳压器的输出纹波 电压为 70 mV ,经低压差线性稳压器滤波输出后纹 波电压为 60 μV ,满足电路的要求 。
1. 2 低噪声前置放大器的设计
根据输出信号特点 , 放大器的设计主要是高增 益、 低噪声 。一方面 ,提高增益的最直接的措施是采 用多个放大器级联 , 但这种结构在提高增益的同时 也引入了噪声干扰 。而且级数越多引入电路的传输 函数极点越多 ,造成系统不稳定 。一般不选择三级 以上级联方式 ,常用二级级联方式 。另一方面 ,由于 多级放大电路噪声系数及电压增益满足
Abstract : Due to t he ext remely weak signals in t he cased hole fo rmatio n resistivit y lo gging , t he voltage is nano meter . So t he p re2amplifier circuit must be designed minutely. Designed is a signal co nditio ning circuit , which can amplif y t he wanted signal and limit t he noise at t he same time. Put forward are t he p rinciple and met hod for realizatio n of low2noise power supply circuit , low2 noise p re2amplifier circuit , filter circuit and middle2stage amplifier circuit . The noise is limited by means of elect ro nic part s selectio n and favorable PCB design. Seco nd2order But terwort h filter cir2 cuit is used to ensure t he stabilizatio n of filter cutoff f requency , and to keep t he high p recisio n of filter . Experiment show s t hat t he performance of t his signal co nditio ning circuit reaches t he de2 sign requirement . Key words : cased hole formatio n resistivit y logging , signal co nditio ning circuit , low2noise , p re2 amplifier circuit , filter
Design of Signal Conditioning Circuits for Cased Hole Formation Resistivity Logging
ZHAN G Jia2tian , HUO Fei2fei , YAN Zheng2guo
( Key Laboratory of Photo2elect ricit y Gas and Oil Logging and Detecting , Minist ry of Education , Xi’ an Shiyou Universit y , Xi’ an , Shaanxi 710065 , China)
N F TO TAL = 1 + ( N F1 - 1 ) + ( N F2 - 1 ) / A V1 + … + ( N F i- 1 ) / A V1 A V2 …A V i ( 1)
式中 , N FTO TAL 为总噪声系数 ; N Fi 为各单级电路的 噪声系数 ; A V i 为各单级电路的增益 。 由此可见 , 多级放大电路总噪声主要取决于第 一级 。AD620 仪用放大器是美国 AD 公司的产品 , 由于它的核心是三级运放电路 , 有较高的共模抑制 比 , 温度稳定性好 , 放大频带宽 , 噪声系数小 。且精 确度高 、 使用简单 、 噪声低 , 应用十分广泛 , 非常适 合微弱信号的放大 。 由于第 1 级输入电路直接与被测信号相连 , 而