双侧向测井仪1239 DLL-S的故障维修思路及方法

唐联级，张 志

（中海油田服务股份有限公司 河北 燕郊 065201）

1239 DLL-S[1]是基于ATLAS 1229XA双侧向电流聚焦测井仪的改进型，有标准和增强两种工作模式。

在增强模式下，1239 DLL-S在大尺寸井眼、泥浆电阻率极低和高阻地层的情况下，解决了1229XA的浅屏流聚焦作用严重削弱而导致浅侧向测值偏低的问题，较好地改善侧向的测井响应。

1239 DLL-S通过电路改进和探头的优化，消除了侧向在泥岩的“双轨”现象[2]。从而在泥浆电阻率大于1Ω而地层电阻率低到0.6Ω的泥岩测井中，仍可以得到好的测井曲线。而仪器的格罗林根（Groningen）电极在测井遇到仪器顶部大段高阻围岩时，通过格罗林根（Groningen）回路电极仍然可以测得较好的测井曲线。

1 1239EA的基本电路构成

1239EA总体分为LOGIC 32/128 Hz振荡电路、屏流（参考）聚焦电路、主电流BUCKER电路、电流前置放大、电压探测及前置放大电路、PSD相敏检波输出电路、VEQ（VOLT EQUAL）板、ZERO/CAL/LOG换挡和深侧向标准/格罗林根回路切换继电器控制电路等。

2 特色电路分析

2.1 斩波电路

斩波电路的作用是将直流信号变换成交流信号。

1239EA利用斩波电路，产生侧向的屏流信号。深、浅侧向一般都是将固定的直流偏置和反馈控制的直流电平相减得到的直流电平经过斩波电路后，输出与深、浅侧向同频率，幅度与叠加的直流电平一致的方波信号。

图1是1239EA的浅屏流斩波电路。

图1的U1是一个浅增强/浅标准选择的模拟开关[3]，用于选择浅屏流的信号源组成。图中的位置是浅增强模式，即浅侧向工作于浅增强模式下。此时，浅屏流的信号一部分来源于+15 V通过R2和R3的分压V0，R3是电位器，所以V0可以调节，在ATLAS的信号设置步骤里，电压V0设置为11.5 V DC左右。浅屏流信号另一部分来源于反馈信号V2S，这两路信号通过如图1中U3构成的加法器叠加输出V1，如下：

设模拟开关U1（AD7512）的Pin14电平为V0，运放的U3-Pin1 为 V1，U3-Pin7 为 V2。

当 SH_CLK在正半周时，U2-14脚接地，V1通过 R12，R13进入U3的PIN5，即同相端，

当SH_CLK在正负半周时，U2-12脚接地，V1通过 R10，R11进入U3的Pin6，即反相端。

所以通过本斩波电路，就可以把直流信号V1变成方波信号 V2输出。 V2的频率与 SH_CLK（128 Hz）相同，V2的幅度受V1（固定偏置V0及反馈信号V2S的合成信号）控制。

图1 1239EA浅屏流（SHALLOWREF）斩波电路Fig.1 Chopper of 1239EA shallow reference

2.2 PSD相敏检波电路

1239EA 最后输出的电压（ED、ES）、电流（ID、IS）都是直流信号，为了把检测到的正弦波变成直流信号，1239EA采用了PSD（相敏检波）电路，通过QD、QS的参考信号的同步，它可以剔除相位移动而产生的接收误差信号，提取出真正有用的深浅侧向电压、电流信号。图2是ED输出的相敏检波电路。

图2 1239EA DEEPVOLT PSD相敏检波电路Fig.2 Phase sensitive detector of ED

图2 所示的相敏检波[4]器采用深侧向QD（32 Hz方波信号）作为同步信号，通过U1-Pin3控制U1（AD7512）上半组模拟开关的切换，如图2所示。深电压前置放大交流信号经T5变压器耦合输入，它的频率与QD相同。T5的次级为带中心抽头的两绕组，T5ORG对T5YEL的波形与T5GRN对T5YEL的波形相位正好相差180°，如图2所示。

当QD的波形为正半周，AD7512 Pin14与Pin13接通，深电压DEEPVOLT的正半周通过模拟开关。

当QD的波形为负半周时，它控制AD7512的Pin12与Pin13接通，此时深电压DEEPVOLT负半周信号在T5GRN对T5YEL（信号地）绕组处于正半周，该正半周信号通过模拟开关，所以图上的U1-Pin13上呈现的全是正脉冲，该正脉冲输出到滤波电容C5，C6的正极（电容负极接信号地），经过C5、C6的滤波，形成稳定的直流信号ED输出。

3 常见故障及维修方法

3.1 维修思路

1239 DLL由于是侧向电流聚焦测井，有屏流回路和主流回路，输出信号再负反馈控制屏流，是一个多回路负反馈系统，回路上一个环节出现问题，就会使仪器工作异常。在排除仪器故障时，简单断开电路，测试信号输出的方法往往行不通。

正确的维修思路是将仪器的反馈控信号接地，以此去除反馈控制。用屏流电路的固定偏置来测试信号的逐级输出是否正常。也可以断开反馈环路，对每个单元电路的输入端注入标准信号，测试输出结果是否正常。用这两种方法一般都可以顺利修复仪器。

结合下面两个曾经遇到的仪器故障维修，谈一谈问题的解决思路及方法。

3.2 故障现象及维修方法

3.2.1 故障现象一

特点：深、浅侧向输出信号异常，内部CAL和ZERO档的ED，ES，ID，IS 输出为零。

检查仪器180 V AC供电正常，双路±15 V DC电压正常，用示波器检查 LOGIC&DEEPREFBOARD （181800－000）的QD，QS输出波形，无信号。图3是1239EA LOGICQD QS振荡电路。

如图 3所示，由于 QD，QS无输出，检查 U1输出的524.288 kHz的方波信号[5]是否正常。经查，发现U1输出无方波信号。怀疑U1坏，更换U1后，故障依旧。

图3 1239EA LOGIC QD QS振荡电路Fig.3 Oscillator of 1239EA and QD，QSlogic

仔细分析该电路，+15 VDC经稳压二极管D1后输出10 V DC电压为 U1，U2，U3，U4供电。U1为晶体振荡器 IC，在 Pin5输出524.288 kHz的方波信号，该信号通过计数器U2分频从12脚输出128 Hz的方波，该信号分成两路，一路通过两级U4的反相器驱动输128 Hz的方波信号QS；另一路通过U3组成的双 FLIP－FLOP 触发器[6]，通过 Q1输出到 D2，Q2/输出到D1，产生了128 Hz的四分频信号，通过两级U4的反相器驱动输出32 Hz的深侧向方波信号QD。

检查U1供电，发现10 V DC供电电压为0 V。测量二极管D1的两端，发现输入的15 V DC正常，另一端电压为0，怀疑D1断开。更换D1后，10 V DC正常，U1输出方波信号正常，QD，QS波形也正常，检查深浅侧向的CAL，ZERO档信号正常，该故障得以解决。

由于1239EA的反馈环路工作模式复杂，维修仪器故障时，往往大家感觉不知从何处下手。其实也不难，把握好上面论述的维修思路，故障现象是输出信号全无，那就先确定仪器电路供电（两路±15 V DC，LOGIC电路的+10 V）是否正常，再看振荡信号源QD，QS有没有，接着往下查屏流源等，问题可以迎刃而解。本故障就是一个典型的仪器供电引起的问题。

3.2.2 故障现象二

特点：1239EA浅电压ES输出随温度升高而减小，最后超出范围。1239EA（深侧向常规回路）的ZERO/CAL刻度信号范围如表1所示。

表1 深、浅侧向ZERO/CAL刻度信号范围Tab.1 List the range of the calibration values of deep and shallow

在对电子线路进行加温测试时，发现浅电压ES输出随温度增高而减小，ES最后超出了表1的3 700～4 050 mV的范围。当用热风枪对仪器进行局部加温时，如图4所示，发现浅参考板的电容C6、C7超过100℃后，ES下降得很快，130℃时就超出了范围，如表2所示。

大白兔“诞生”于1959年，美加净“诞生”于1962年，在那个年代，大白兔奶糖和美加净护肤品风靡一时，受到消费者的喜爱。大白兔成为建国十周年的献礼产品，产品经销全世界40多个国家和地区，成为国际市场上经久不衰的大众宠儿。美加净创造了很多中国化妆历史上的“第一”，第一支护发定型摩丝、第一款护手产品——美加净护手霜，上海家化还推出了美加净青苹果香波，这是国内首个“二合一”（洗发+护发）香波洗发水。

表2 仪器直接加温到130℃Tab.2 Heat the tool to 130℃

从表2加温记录发现，加温到130℃时，ES电压值明显下降，ZERO档已下降了162 mV，越出了范围。

考虑到浅侧向的电流及电压探测的前置放大电路都用到了这种滤波电容，对这些电容进行局部加温，发现电压前置放大板的 C15，C16也有同样的温度问题。 更换 C6，C7，C15，C16后，对仪器进行加温，结果如表3所示。

表 3 更换 C6，C7，C15，C16，仪器加温到 175℃Tab.3 Change capacitors C6， C7， C15， C16， then heat to 175 ℃

从表3加温结果看，浅侧向工作已很稳定，所有值都在范围的中间，解决结果很好。

现在分析一下 C6，C7，C15，C16对 ES 的影响。 以如图 4 所示的由U3，C6，C7及电阻网络组成的1239EA屏流电路带通滤波器[7]为例来做分析。

图4 1239EA浅侧向带通滤波器Fig.4 Band pass filter of 1239EA shallow

由于 R21在0～100Ω之间可调，根据（4）式可以算出 R0在 199.3～298.4Ω之间。

滤波器的中心频率：

所以，调节R21，可以改变滤波器的中心频率f0，它可在124.65～152.52 Hz间变化，符合浅侧向的128 Hz的要求。这就是1239EA经常用到的微调相位，它的实质是把长期电路参数改变引起偏移的中心频率调到128 Hz上。

在维修过程中发现：当温度超过100℃，升得越高时，测量C6，C7的电容值增加越多，根据上式（5）得知，滤波器的中心频率f0会降低，一旦中心频率偏离了128 Hz，根据前面讲的PSD相敏检波的原理可知，ES的PSD相敏检波输出必然降低。

1239EA深、浅侧向的带通滤波器对电容温度性能要求很高，电容值的细微变化都会直接引起滤波器中心频率的偏移，在信号输出进行PSD相敏检波时就会由于频偏使输出信号降低，频偏到一定程度信号输出就超出范围。所以在对仪器进行三级保养时或要下高温井时，就要对仪器根据要求进行加温，验证仪器的温度指标合格，以排除温度对仪器测井质量的影响。

4 结束语

1239 DLL由于是侧向电流聚焦测井，有屏流回路和主流回路，输出信号负反馈控制屏流，是一个多回路负反馈系统。在进行侧向测井时，不但要注意1239EA电路调节刻度正常，还要确保1239MA电极的导通和绝缘良好，更要确保仪器串中10#芯及DLL REMOTE远回路的导通和绝缘一定要良好，这样才能避免测井曲线双轨、测井曲线尖跳等现象，确保顺利完成测井作业。

[1]ATLAS B.Atlas online technical manuals OTM Issue26[S].2003.

[2]楚泽涵.地球物理测井方法与原理[M].北京：石油工业出版社，2007.

[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2003.

[4]唐海，行鸿彦，季鑫源.大气电场仪中相敏检波器的分析与设计[J].现代电子技术，2009（13）：8－10，17.TANGHai，XINGHong-yan，JIXin-yuan.Analysis and design of phase sensitive detector in atmospheric electric field mill[J].Modern Electronic Technique,2009（13）：8－10，17.

[5]李全利.单片机原理及应用技术[M].北京：高等教育出版社，2004.

[6]李广第.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999.

[7]陈惠开.无源与有源滤波器－理论与应用[M].徐守义，译.北京：人民邮电出版社，1989.