三分量感应中的水平线圈系数据采集系统设计

邢德键+屈雄伟+李宇腾

摘要：三维感应测井系统是一种新的地层结构探测系统，它可以识别地层的三维特性，是人们认识地层特性，进行油、气储层评价的有效方法。本系统采用DSP芯片TMS320F2812和Altera Cyclone IV系列EP4CE6E22C8芯片作为数据采集和处理的核心进行数据采集系统的设计。

关键词：测井数据采集；DSP；FPGA

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）01-0274-02

在油气勘探和开采中，地层电阻率是在测井中识别和评价储层油水性质最基本、最有效的方法和手段。感应测井是最重要的地层电阻率测量方法。存在于沙泥岩薄互层中，沙泥岩薄互层和裂缝性油气层是各向异性的。因此如何正确评价这类储层孕育了三分量感应测井仪器的产生。三维感应井线圈系在常规的轴向线圈系（ z 轴向）的基础上加上了水平线圈系（ x 和 y 轴向），所以三维感应测井仪既能测出水平方向的电阻率，又能测出垂直方向的电阻率，因此能够更为精确的评价岩石物理性质。本文采用 DSP+FPGA 的方案 ，实现数据采集系统的设计。FPGA控制 A/D 的采集，FPGA和DSP进行数据传输，具有时序控制方便和很好的信号处理能力。

1 系统框图

系统框图如图1所示，主要由A/D采集和数据传输组成。FPGA作为系统的控制部分，由FPGA控制A/D采集芯片进行数据采集。TMS320F2812 DSP进行数据的读取和通过RS232将数据上传到PC机。

2 系统硬件设计

2.1 数据采集模块设计

图1中的A/D采集电路采用AD7686芯片，AD7686是一款16位、电荷再分配、逐次逼近型模数转换器（ADC），采用5V单电源（VDD）供电。串行接口方式。FPGA选用Altera Cyclone IV系列EP4CE6E22C8芯片。DSP采用TI公司生产的TMS320F2812芯片。

如图2所示，SDI， SCK， SDO， CNV分别连接到接EP4CE6E22C8的I/O端口。SDI接口为串行输入接口。SDI引脚与FPGA连接，FPGA输出高电平。CNV为模数转换输入接口，模数转换过程中状态由CNV引脚控制。AD7686开始转换标志是CNV由低电平变为高电平，在整个转换过程中CNV要保持高电平且高电平大小大于0.5us。SCK位串行数据时钟输入信号，当CNV由高电平变为低电平时，FPGA给SCK输入时钟信号。SDO位串行数据输出信号，当SCK为下降沿SDO输出数据。通过串行方式将数据发送给FPGA（AD7686模数转换时序图如图3所示），FPGA内部实行串/并转换。

2.2系统通信接口设计

TMS320F2812是通过串口与PC机进行数据交换，选用RS-232C标准接口。由于RS-232C的标准接口与TTL电平不同， 选用驱动芯片MAX232实现TTL与RS-232接口电平的转换。MAX232具有两个通道分别为发送通道和接收通道，采用+5V供电而且具有功耗低、集成度高的优点。

3系统软件设计与实现

3.1 DSP 软件设计

DSP 的主要功能是得到 FPGA 缓存的数据并把数据上传到上位机。数据读取采取中断方式，当FIFO写满后开中断通知DSP可以读取数据，DSP读取数据后关中断，DSP将读到的数据上传到上位机。流程如图4所示。

3.2 FPGA软件设计

FPGA实现ADC采集和数据在其内部进行串并转换功能。流程图如图5所示。

首先由FPGA启动ADC芯片采集，数据在FPGA内部实行串并转换且把数据写到FIFO中缓存，当FIFO写满向DSP发出中断，DSP响应中断后读取数据。DSP将数据上传到上位机。

4 结论

本文将 DSP 和 FPGA 相结合，设计了三分量感应中的水平线圈系数据采集系统。该充分利用FPGA时序控制方便和硬件資源丰富以及DSP信号处理优势，为实际仪器提供实验基础。

参考文献：

[1] 张建华，刘振华，仵杰.电法测井原理与应用.西安：西北大学出版社，2002.

[2] Moran J H， Gianzero S. Effects of formation anisotropy on resistivity logging measurement[J].Geophysics，1979（44）：1266-1286.

[3] 李利品，高国旺，任志平.基于DSP和FPGA的数据采集系统设计[J]. 电测与仪表，2008，45（8）：42-44.

[4] 张家田，梁亚萍，严正国. 基于DSP的三维感应测井数据采集处理系统研究[J]. 计算机与通讯技术， 2010，24（2）：77-81.

[5] 赵娜. 三分量感应测井发射与处理电路的设计与实现[D].电子科技大学，2011.