探讨 SL6680E数字阵列声波元器件连接的相关性

探讨 SL6680E数字阵列声波元器件连接的相关性

常淑华

中石化胜利管理工程有限公司测井公司河口工程部测井作业站 , 山东 东营 257200

摘要：数字阵列声波测井下井仪是一种对阵列声波信号进行数据采集，将采集后的数据按照要求编码并通过LDT仪器接口上传到地面系统，采集的声波数据通过LDT模式五送到地面系统，命令及下载参数等由LDT模式二来完成，CPU板中的单片机根据地面系统下传的采集参数，进行发射探头，接收探头的选择，通过增益和衰减的设置，然后对4道声波信号进行采集，组织好数据后，等待地面命令的到来，将整组数据上传给地面系统，SI6680E是一种高时效的数字阵列声波测井下井仪，它可以进行不同源距和间距的测井，用于测量井眼周围，从发射器到接收器之间一段地层声波传播时间，其测量结果用于计算地层孔隙度，或直接用来进行地层对比，还可以用于固井质量以及裂缝性地层的解释。

关键词：测井下井仪；数字阵列声波；声系；高压发射变压器；压电陶瓷换能器；高反压二极管

1 高压发射变压器

1.1 变压器的简介及功能

变压器史是利用电磁感应原理来改变交流电压的装置，按功能可分为电力变压器和耦合变压器。按工作频率可分为高频变压器，中频变压器，低频变压器。主要构件是初级线圈，次级线圈和铁芯。主要功能有电压变换，电流变换，阻抗变换，隔离，耦合，稳压等。本数字声波下井仪的高压发射变压器是升压变压器，变压比是一比十，而且是脉冲式升压变压器，升压变压器就是把低数值的交变电压变换为同频率的另一个高数值交变电压的变压器。

1.2 变压器的工作原理

变压器铁心芯和线圈组成，线圈由两个或两个以上的副绕组，其中接电源的叫初级绕组或初级线圈，同理，接脉冲电压的绕组叫初级，其余的绕组叫次级。他可以变换成交流电压，脉冲电压，电流和阻抗，铁芯的作用是加强两个线圈间的磁耦合，为了减少铁内涡流和磁滯损耗，铁心有涂漆的硅钢片叠加而成的，两个线圈之间没有电的联系，线圈有绝缘铜线绕成。变压器是依据电磁感应原理制成的静止用电器，当变压器初级绕组加交变电压U1时，在其上将产生交变电流I，该电流将产生交变主磁通，因为初、次级绕组都围绕在同一铁芯上，故便在次级绕组上感应出电动势U2，初级线圈和次级线圈中的磁通量是相同的，及变压器初、次级线圈电压有效值之比，等于其匝数之比，电压有效值大小与其匝数成正比，而且出次级线圈电压的相位差为180度，进而得出初、次级线圈电流有效值大小与其匝数成反比，且相位差180度，进而可得：理想变压器初、次级线圈的功率相等P1=P2.

1.3 变压器同名端和异名端

变压器的工作原理是互感原理，原边或初级产生交变磁场，经过铁芯使变压器交变磁场通过变压器副边或次级，在次级产生感应电动势。有了同名端和异名端，就能很方便地识别和掌握变压器输入和输出的相位变化。在实际应用中，变压器的同名端是变压器并联运行的依据，按同名端可以组合接成多种电压形式，若同名端接反，往往会出现很大的短路电流，以致烧坏变压器，此高压发射变压器用来升高电压变压器。

2 压电陶瓷换能器

2.1 压电陶瓷换能器的简介

压电陶瓷换能器是一种能够将机械能和电能相互转换的功能换能器陶瓷材料，所谓压电效应是指压电陶瓷换能器受到机械压力时，哪怕这种压力像声波震动那样微小都会产生压缩或伸长等形状变化，引起压电陶瓷换能器表面带电，这是正压电效应。反之，若在压电陶瓷换能器的两极间加一交变电场，就会使压电陶瓷换能器的陶瓷片时而变薄时而变厚，产生机械变形，同时产生机械振动，发射声波，这就是声波发生器，也就是逆压电效应。压电陶瓷换能器有压电陶瓷片和轻重两种金属组成，在一定的温度下经极化处理后，具有压电效应和逆压电效应。

2.2 压电陶瓷换能器的工作原理

压电陶瓷换能器分为正极和负极，引出两根线。假如压电陶瓷换能器正极与高压发射变压器同名端没有连接在一起，极性接反了，但不影响压电陶瓷换能器产生振动，发射声信号，那么输出的声波信号首波幅度是负峰，按照习惯，会给工作人员和测量的测井资料带来不便，所以，最好是压电陶瓷换能器的正极与高压发射变压器同名端连接，负极与高压发射变压器异名端连接。因为在工作中出现过这种情况，后面会着重介绍高压发射变压器，高反压二极管，压电陶瓷换能器的相互连接和极性问题。

压电陶瓷换能器极易发生破裂，极片易断，接线易脱焊的机理型，因此，在运输和使用时，要特别注意防震，防摔保护。SL6680数字声波换能器声波测井，采用单发四收换能器。声波变密度和声幅测井时，采用双发单收换能器，双发交替发射，源距分别为五英尺和三英尺，间距为两英尺，接收之间的间距都为0.5英尺，发射探头最大直径是62.18毫米，长76.1毫米，接收探头直径是44.1毫米，长37.7毫米，容值分别为发射探头46拿法，接受探讨20拿法左右，主频为20KHZ。

3 高反压二极管

高反压二极管分为正极，负极。如果高反压二极管的极性与高压发射变压器同名端接反，那么高反压二极管不工作，压电陶瓷发射晶体不发射，不产生震动。因此，再次说明高压发射变压器是有极性的，由同名端和异名端的。对于一般的电源变压器同名端意义不大，但是在高频电路中，比如中州变压器，谐振电路，还有磁棒这些场合，由于极性的问题，同名端就有用了。另外，对于开关电源和生压变压器的时候，如使用反馈线圈产生震荡的线路也是有同名端要求的，接反了就不起振。同理，高压发射变压器的同名端连接高反压二极管也是有要求的，极性接反高压发射探头不振动，不发射。在实际应用中，高压发射变压器同名端极性是变压器并联运行的依据。故高压发射变压器，高反压二极管，与压电陶瓷换能器三者相互之间是并联在电路中。高反压二极管的作用，是防止高压发射变压器次级提供得发射探头的近似4000伏的反冲过来高压不会倒流。

4 三者之间的相关性

在实际维修声系的工作中，经常需要更换声系中的元器件，更换后，与电子线路连接好通电，通电下井电流、换挡、声波信号均正常。唯有一例，更换完T1、T2高压发射换能器，组装好声系后，接着与电子线路连接通电，声波档时，发射探头不发射，变密度档时，T1、T2发射探头也不发射。是不是声系内没注硅油引起发射探头不发射，注硅油，注满硅油后，再与电子线路连接通电。声波档，发射探头不发射，T2发射探头发射，T1发射探头不发射，说明T1发射晶体有问题。给声系放油，再一次拆开声系，再次更换T1发射探头，这一次没有组装声系，而是用导线把T1发射探头与发射变压器连接起来，T1发射探头仍不发射，接着，更换T1发射变压器，T1发射探头仍旧不发射。于是，摘掉T1发射变压器次级并联的一个高反压二极管，通电T1发射探头发出有节奏的啪啪声，这说明T1发射探头工作正常，高反压二极管坏掉，更换高反压二极管，连接好后通电，T1发射探头继续不发射，于是问题来了，仔细回想一下，变压器是由同名端的，也就是有极性，高反压二极管有正负极，压电陶瓷换能器也是有正负极，是不是在相互之间的极性问题上没有连接对，根据数学排列组合法计算得出，这三者的连接方法有六种，但是，只有一种连接方法是对的，通过理论分析和实践紧密结合。

5 结语

本文在大量实验的基础上，采用熟悉掌握变压器，压电陶瓷换能器，高反压二极管的工作原理和功能，同名端等等方法，对测井下井以声系主要元器件的相互连接相关性的研究，取得了相当满意的效果。

参考文献：

[1]《数字阵列雷达中多通道数字收发技术研究》[J].硅谷,2012(11).

[2]《应用于数字阵列的多通道波形产生系统设计》[J].现代电子技术,2012(9).