基于TMS320F2812的三线圈感应测井数据采集系统

2015-12-17文强史盼盼

电脑知识与技术 2015年28期

文强　史盼盼

摘要：阵列感应测井仪器的基本探头是由一个发射和两个接收线圈组成的三线圈系子阵列，其信号发射和接收特性决定了整体仪器的测量特性和后续的数据处理。该文提出了一种基于DSP的三线圈系感应测井数据采集系统，利用其片内的12位A/D转换器，通过电路校正和软件校正相结合的方法，完成对信号的数据采集，最终形成阵列感应测井仪器最小子系统，为复杂阵列感应测井系统电路设计与实现提供前期基础。

关键词：数据采集；DSP；感应测井

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）27-0192-02

在石油测井中，地层电阻率测量是测井解释评价油气储藏的主要依据，感应测井是重要的电阻率测量方法。20世纪90年代，国外出现了新的感应测井方法—阵列感应测井。它所提供的井下丰富的地层信息，不但可以很好的消除各种环境影响和趋肤效应影响，获取地层的真电导率，而且还拓宽了感应测井的应用范围，进行复杂的侵入解释和薄层分析，对准确评价油气储藏具有重要的作用。[1]

要获得井下丰富的地层信息，数据采集是很重要的部分，数字信号处理器（DSP）很好地满足了数据采集系统对于核心处理器的要求，自从上世纪70年代问世以来，在通信、控制、图像处理、语音处理等领域已得到了极其广泛的应用。[2]

本文设计了一个基于F2812的DSP数据采集系统，利用其内部丰富的资源，大大地简化了电路设计，并利用DSP的高速处理能力，实现了高速、低功耗的数据采集系统的设计。

1 系统方案概述

1.1 设计要求

此次设计的系统采用DSP片内的12位AD实现对数据的采集，设计应满足以下要求：

1）发射信号能够满足一定功率要求，能够驱动发射线圈产生一定强度的磁场；

2） A/D采样电路：完成对电压模拟信号的数据采集。

1.2 数据采集系统总体結构设计

系统的总体结构如图1所示，主要包括DSP、信号发射和接收电路、三线圈系以及计算机的通信接口。在数据采集系统中，A/D转换器是采集系统的核心，在基于F2812的数据采集系统中，选用了芯片内置的ADC模块。[3]

2 系统主要硬件电路设计

数据采集系统的硬件部分主要由DSP芯片、发射电路和接收电路、存储模块及串口这几部分组成。

2.1信号发射和接收电路的设计

发射驱动电路提供仪器发射线圈上的发射信号。发射电路由DSP波形产生电路、开关控制电路、开关电路、滤波电路等部分组成。为了保证发射信号在测井环境下工作稳定，同时提供多频信号，发射电路输出波形设计为三阶梯波信号，基波频率为10KHz，各频率分量的信号幅度与频率的平方成反比，应用大功率场效应晶体管FET作为输出级，开关特性好、管压降小，效率高。结构图如图2所示。

接收电路主要包括放大电路、低通滤波和调理电路，最后将符合DSP接收的信号送入采集系统中，这就是整个阵列感应信号接收部分。

2.2 线圈系的设计

本采集系统所用的线圈系较为简单，主要包括发射线圈、屏蔽线圈和接收线圈，线圈系的各项参数参考阵列感应成像测井仪器AIT子阵列4的线圈系参数[1]，发射线圈匝数为100，接收线圈匝数位94，间距0.381m，屏蔽线圈匝数为50，且绕向与发射线圈和接收线圈绕向相反，这样可以减小线圈之间相互干扰。

2.3通信接口电路设计

该数据采集系统采用RS232通讯方式将数据发送给上位机，与F2812接口的外设选用MAX3232，如图3所示。

3 软件流程

在整个系统运行前，首先要对系统时钟、芯片的外设时钟和看门狗进行配置，以保时钟信号工作正常，初始化2812的所有端口，首先配置寄存器使其能够完成特定的功能，随后初始化其初始中断向量表，对应的中断使能位启动，这就能保证系统中断服务程序正常响应，然后进入循环等待命令。数据采集系统的软件流程如图4所示。

4 系统验证

将发射电路连接DSP系统并用直流稳压电源为其供电，示波器中显示的实际发射波形图如图5所示：

从图5可以看出，发射的实际波形为近似的三阶梯波信号，满足技术指标，符合设计需要。

5 结语

本文阐述了基于F2812的DSP三线圈感应测井数据采集系统，利用其内部AD来简化了AD采集电路，并对整体系统进行了实验研究与分析，其结果验证了所设计的系统能够对信号进行快速采集和实时处理。