唐聯(lián)級，張 志

（中海油田服務(wù)股份有限公司 河北 燕郊 065201）

1239 DLL-S[1]是基于ATLAS 1229XA雙側(cè)向電流聚焦測井儀的改進(jìn)型，有標(biāo)準(zhǔn)和增強(qiáng)兩種工作模式。

在增強(qiáng)模式下，1239 DLL-S在大尺寸井眼、泥漿電阻率極低和高阻地層的情況下，解決了1229XA的淺屏流聚焦作用嚴(yán)重削弱而導(dǎo)致淺側(cè)向測值偏低的問題，較好地改善側(cè)向的測井響應(yīng)。

1239 DLL-S通過電路改進(jìn)和探頭的優(yōu)化，消除了側(cè)向在泥巖的“雙軌”現(xiàn)象[2]。從而在泥漿電阻率大于1Ω而地層電阻率低到0.6Ω的泥巖測井中，仍可以得到好的測井曲線。而儀器的格羅林根（Groningen）電極在測井遇到儀器頂部大段高阻圍巖時，通過格羅林根（Groningen）回路電極仍然可以測得較好的測井曲線。

1 1239EA的基本電路構(gòu)成

1239EA總體分為LOGIC 32/128 Hz振蕩電路、屏流（參考）聚焦電路、主電流BUCKER電路、電流前置放大、電壓探測及前置放大電路、PSD相敏檢波輸出電路、VEQ（VOLT EQUAL）板、ZERO/CAL/LOG換擋和深側(cè)向標(biāo)準(zhǔn)/格羅林根回路切換繼電器控制電路等。

2 特色電路分析

2.1 斬波電路

斬波電路的作用是將直流信號變換成交流信號。

1239EA利用斬波電路，產(chǎn)生側(cè)向的屏流信號。深、淺側(cè)向一般都是將固定的直流偏置和反饋控制的直流電平相減得到的直流電平經(jīng)過斬波電路后，輸出與深、淺側(cè)向同頻率，幅度與疊加的直流電平一致的方波信號。

圖1是1239EA的淺屏流斬波電路。

圖1的U1是一個淺增強(qiáng)/淺標(biāo)準(zhǔn)選擇的模擬開關(guān)[3]，用于選擇淺屏流的信號源組成。圖中的位置是淺增強(qiáng)模式，即淺側(cè)向工作于淺增強(qiáng)模式下。此時，淺屏流的信號一部分來源于+15 V通過R2和R3的分壓V0，R3是電位器，所以V0可以調(diào)節(jié)，在ATLAS的信號設(shè)置步驟里，電壓V0設(shè)置為11.5 V DC左右。淺屏流信號另一部分來源于反饋信號V2S，這兩路信號通過如圖1中U3構(gòu)成的加法器疊加輸出V1，如下：

設(shè)模擬開關(guān)U1（AD7512）的Pin14電平為V0，運放的U3-Pin1 為 V1，U3-Pin7 為 V2。

當(dāng) SH_CLK在正半周時，U2-14腳接地，V1通過 R12，R13進(jìn)入U3的PIN5，即同相端，

當(dāng)SH_CLK在正負(fù)半周時，U2-12腳接地，V1通過 R10，R11進(jìn)入U3的Pin6，即反相端。

所以通過本斬波電路，就可以把直流信號V1變成方波信號 V2輸出。 V2的頻率與 SH_CLK（128 Hz）相同，V2的幅度受V1（固定偏置V0及反饋信號V2S的合成信號）控制。

圖1 1239EA淺屏流（SHALLOWREF）斬波電路Fig.1 Chopper of 1239EA shallow reference

2.2 PSD相敏檢波電路

1239EA 最后輸出的電壓（ED、ES）、電流（ID、IS）都是直流信號，為了把檢測到的正弦波變成直流信號，1239EA采用了PSD（相敏檢波）電路，通過QD、QS的參考信號的同步，它可以剔除相位移動而產(chǎn)生的接收誤差信號，提取出真正有用的深淺側(cè)向電壓、電流信號。圖2是ED輸出的相敏檢波電路。

圖2 1239EA DEEPVOLT PSD相敏檢波電路Fig.2 Phase sensitive detector of ED

圖2 所示的相敏檢波[4]器采用深側(cè)向QD（32 Hz方波信號）作為同步信號，通過U1-Pin3控制U1（AD7512）上半組模擬開關(guān)的切換，如圖2所示。深電壓前置放大交流信號經(jīng)T5變壓器耦合輸入，它的頻率與QD相同。T5的次級為帶中心抽頭的兩繞組，T5ORG對T5YEL的波形與T5GRN對T5YEL的波形相位正好相差180°，如圖2所示。

當(dāng)QD的波形為正半周，AD7512 Pin14與Pin13接通，深電壓DEEPVOLT的正半周通過模擬開關(guān)。

當(dāng)QD的波形為負(fù)半周時，它控制AD7512的Pin12與Pin13接通，此時深電壓DEEPVOLT負(fù)半周信號在T5GRN對T5YEL（信號地）繞組處于正半周，該正半周信號通過模擬開關(guān)，所以圖上的U1-Pin13上呈現(xiàn)的全是正脈沖，該正脈沖輸出到濾波電容C5，C6的正極（電容負(fù)極接信號地），經(jīng)過C5、C6的濾波，形成穩(wěn)定的直流信號ED輸出。

3 常見故障及維修方法

3.1 維修思路

1239 DLL由于是側(cè)向電流聚焦測井，有屏流回路和主流回路，輸出信號再負(fù)反饋控制屏流，是一個多回路負(fù)反饋系統(tǒng)，回路上一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會使儀器工作異常。在排除儀器故障時，簡單斷開電路，測試信號輸出的方法往往行不通。

正確的維修思路是將儀器的反饋控信號接地，以此去除反饋控制。用屏流電路的固定偏置來測試信號的逐級輸出是否正常。也可以斷開反饋環(huán)路，對每個單元電路的輸入端注入標(biāo)準(zhǔn)信號，測試輸出結(jié)果是否正常。用這兩種方法一般都可以順利修復(fù)儀器。

結(jié)合下面兩個曾經(jīng)遇到的儀器故障維修，談一談問題的解決思路及方法。

3.2 故障現(xiàn)象及維修方法

3.2.1 故障現(xiàn)象一

特點：深、淺側(cè)向輸出信號異常，內(nèi)部CAL和ZERO檔的ED，ES，ID，IS 輸出為零。

檢查儀器180 V AC供電正常，雙路±15 V DC電壓正常，用示波器檢查 LOGIC&DEEPREFBOARD （181800－000）的QD，QS輸出波形，無信號。圖3是1239EA LOGICQD QS振蕩電路。

如圖 3所示，由于 QD，QS無輸出，檢查 U1輸出的524.288 kHz的方波信號[5]是否正常。經(jīng)查，發(fā)現(xiàn)U1輸出無方波信號。懷疑U1壞，更換U1后，故障依舊。

圖3 1239EA LOGIC QD QS振蕩電路Fig.3 Oscillator of 1239EA and QD，QSlogic

仔細(xì)分析該電路，+15 VDC經(jīng)穩(wěn)壓二極管D1后輸出10 V DC電壓為 U1，U2，U3，U4供電。U1為晶體振蕩器 IC，在 Pin5輸出524.288 kHz的方波信號，該信號通過計數(shù)器U2分頻從12腳輸出128 Hz的方波，該信號分成兩路，一路通過兩級U4的反相器驅(qū)動輸128 Hz的方波信號QS；另一路通過U3組成的雙 FLIP－FLOP 觸發(fā)器[6]，通過 Q1輸出到 D2，Q2/輸出到D1，產(chǎn)生了128 Hz的四分頻信號，通過兩級U4的反相器驅(qū)動輸出32 Hz的深側(cè)向方波信號QD。

檢查U1供電，發(fā)現(xiàn)10 V DC供電電壓為0 V。測量二極管D1的兩端，發(fā)現(xiàn)輸入的15 V DC正常，另一端電壓為0，懷疑D1斷開。更換D1后，10 V DC正常，U1輸出方波信號正常，QD，QS波形也正常，檢查深淺側(cè)向的CAL，ZERO檔信號正常，該故障得以解決。

由于1239EA的反饋環(huán)路工作模式復(fù)雜，維修儀器故障時，往往大家感覺不知從何處下手。其實也不難，把握好上面論述的維修思路，故障現(xiàn)象是輸出信號全無，那就先確定儀器電路供電（兩路±15 V DC，LOGIC電路的+10 V）是否正常，再看振蕩信號源QD，QS有沒有，接著往下查屏流源等，問題可以迎刃而解。本故障就是一個典型的儀器供電引起的問題。

3.2.2 故障現(xiàn)象二

特點：1239EA淺電壓ES輸出隨溫度升高而減小，最后超出范圍。1239EA（深側(cè)向常規(guī)回路）的ZERO/CAL刻度信號范圍如表1所示。

表1 深、淺側(cè)向ZERO/CAL刻度信號范圍Tab.1 List the range of the calibration values of deep and shallow

在對電子線路進(jìn)行加溫測試時，發(fā)現(xiàn)淺電壓ES輸出隨溫度增高而減小，ES最后超出了表1的3 700～4 050 mV的范圍。當(dāng)用熱風(fēng)槍對儀器進(jìn)行局部加溫時，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)淺參考板的電容C6、C7超過100℃后，ES下降得很快，130℃時就超出了范圍，如表2所示。

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表2 儀器直接加溫到130℃Tab.2 Heat the tool to 130℃

從表2加溫記錄發(fā)現(xiàn)，加溫到130℃時，ES電壓值明顯下降，ZERO檔已下降了162 mV，越出了范圍。

考慮到淺側(cè)向的電流及電壓探測的前置放大電路都用到了這種濾波電容，對這些電容進(jìn)行局部加溫，發(fā)現(xiàn)電壓前置放大板的 C15，C16也有同樣的溫度問題。 更換 C6，C7，C15，C16后，對儀器進(jìn)行加溫，結(jié)果如表3所示。

表 3 更換 C6，C7，C15，C16，儀器加溫到 175℃Tab.3 Change capacitors C6， C7， C15， C16， then heat to 175 ℃

從表3加溫結(jié)果看，淺側(cè)向工作已很穩(wěn)定，所有值都在范圍的中間，解決結(jié)果很好。

現(xiàn)在分析一下 C6，C7，C15，C16對 ES 的影響。 以如圖 4 所示的由U3，C6，C7及電阻網(wǎng)絡(luò)組成的1239EA屏流電路帶通濾波器[7]為例來做分析。

圖4 1239EA淺側(cè)向帶通濾波器Fig.4 Band pass filter of 1239EA shallow

由于 R21在0～100Ω之間可調(diào)，根據(jù)（4）式可以算出 R0在 199.3～298.4Ω之間。

濾波器的中心頻率：

所以，調(diào)節(jié)R21，可以改變?yōu)V波器的中心頻率f0，它可在124.65～152.52 Hz間變化，符合淺側(cè)向的128 Hz的要求。這就是1239EA經(jīng)常用到的微調(diào)相位，它的實質(zhì)是把長期電路參數(shù)改變引起偏移的中心頻率調(diào)到128 Hz上。

在維修過程中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度超過100℃，升得越高時，測量C6，C7的電容值增加越多，根據(jù)上式（5）得知，濾波器的中心頻率f0會降低，一旦中心頻率偏離了128 Hz，根據(jù)前面講的PSD相敏檢波的原理可知，ES的PSD相敏檢波輸出必然降低。

1239EA深、淺側(cè)向的帶通濾波器對電容溫度性能要求很高，電容值的細(xì)微變化都會直接引起濾波器中心頻率的偏移，在信號輸出進(jìn)行PSD相敏檢波時就會由于頻偏使輸出信號降低，頻偏到一定程度信號輸出就超出范圍。所以在對儀器進(jìn)行三級保養(yǎng)時或要下高溫井時，就要對儀器根據(jù)要求進(jìn)行加溫，驗證儀器的溫度指標(biāo)合格，以排除溫度對儀器測井質(zhì)量的影響。

4 結(jié)束語

1239 DLL由于是側(cè)向電流聚焦測井，有屏流回路和主流回路，輸出信號負(fù)反饋控制屏流，是一個多回路負(fù)反饋系統(tǒng)。在進(jìn)行側(cè)向測井時，不但要注意1239EA電路調(diào)節(jié)刻度正常，還要確保1239MA電極的導(dǎo)通和絕緣良好，更要確保儀器串中10#芯及DLL REMOTE遠(yuǎn)回路的導(dǎo)通和絕緣一定要良好，這樣才能避免測井曲線雙軌、測井曲線尖跳等現(xiàn)象，確保順利完成測井作業(yè)。

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

[2]楚澤涵.地球物理測井方法與原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.

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[4]唐海，行鴻彥，季鑫源.大氣電場儀中相敏檢波器的分析與設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，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.

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[6]李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.

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