Page 233 - 《应用声学》2023年第2期

第 42 卷 第 2 期 晁永胜等： 方位偶极声波远探测技术研究与应用 421

దູܦฉଌஆӭЋ1 信噪比的提升十分明显。该电路浸泡在硅油中需要
ଌஆ૱ᑟ٨X 承受175 C/140 MPa的高压环境，设计时采用最少
◦
ଌஆ૱ᑟ٨X ᫾ઈӜᦡnj ᧔ᬷ଍ 元件和单层板的方式进行以保证该线路的稳定性
ଌஆ૱ᑟ٨Y  ஊܸˁ໚ฉ ҄ˁߛ
ϲጳ᡹ 和可靠性。测井中声波信号源的频率一般是几千赫
ଌஆ૱ᑟ٨Y 
兹到十几千赫兹，接收换能器接收到的信号比较微
弱，需要先将信号源进行放大。由运算放大器等器
దູܦฉଌஆӭЋ N
件组成选频放大网络，放大网络的放大倍数与输入
图 7 方位偶极接收流程图
信号的频率有关，例如，放大器选择了高频部分，可
Fig. 7 Flow chart of azimuth dipole receiving
以看作是一个高通滤波器，在低频部分，信号增益接
进入阻抗匹配放大滤波电路进行放大滤波，之后进
近 0 dB，当信号频率大于 177 Hz 时，放大电路的增
入采集控制与存储线路进行数字化、存储和通讯。
益可以达到3 dB，当信号频率大于2.9 kHz 时，放大
3.1 接收声系
电路的增益达到6 dB，这样可压制低频和发射时产
接收声系芯轴中采用有源声波接收单元进行 生的直流干扰。
声波信号的接收，整个声系由多组有源声波接收单
元组成；每组单元中接收换能器安装在金属壳体上， 3.3 采集控制与存储线路
与金属壳体相连的隔声材料框架，隔声材料框架上 采集控制与存储线路，如图 9所示，包括多路前
布设阻抗匹配放大与滤波电路，如图 8 所示。这样 端接收电路、信号调理电路、采集控制与存储电路 3
每组单元之间均有隔声材料进行声隔离，可有效减 部分电路组成。前端接收电路用于有源接收的第一
少相互之间声干扰。接收声系芯轴外部套有高温透 级接收，然后进行二阶滤波，之后进入信号调理电路
声橡胶，橡胶内充满绝缘硅油，包裹着接收声系芯 进行信号运算、放大与滤波，最后输入给采集与存储
轴，皮囊外部为刚性开窗壳体用于固定和加强声系。 电路进行数字化采集与存储，其中采集控制与存储

3.2 接收线路 电路包括多通道高速模数转换器(Analog-to-digital
图 8 中，每个接收换能器紧邻放大与滤波电路 converter, ADC)、现场可编程逻辑门阵列 (Field
形成有源接收器，放大与滤波电路的设计在远探测 programmable gate array, FPGA)、数字信号处理
这类反射波仪器中至关重要，相比常规的正交偶极 器 (Digital-signal-processor, DSP)、存储器及高速
子阵列声波接收声系，该电路的增加对于声波信号 通讯接口。

图 8 接收单元结构示意图
Fig. 8 Structure diagram of receiver unit

᧔ᬷ଍҄ˁߛϲႃ᡹
CH1Ғቫଌஆႃ᡹ CH1ηՂូေႃ᡹
FPGA ߛϲ٨
CH2Ғቫଌஆႃ᡹ CH2ηՂូေႃ᡹
ܳᤰ᥋ ᰴᤴ
ᰴᤴ
CH3Ғቫଌஆႃ᡹ CH3ηՂូေႃ᡹ ᤰ᝭
ADC ଌ԰
DSP ߛϲ٨
CH32 Ғቫଌஆႃ᡹ CH32 ηՂូေႃ᡹

图 9 采集控制与存储线路框图
Fig. 9 Block diagram of acquisition control and storage circuit