Page 233 - 《应用声学》2023年第2期
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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
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