雙側(cè)向測(cè)井儀中信號(hào)調(diào)制放大器設(shè)計(jì)

　　摘要：雙側(cè)向測(cè)井中需要向地層發(fā)射不同頻率的電流，并根據(jù)監(jiān)督電極間電流大小調(diào)節(jié)發(fā)射電流大小，為此需要電壓和頻率可調(diào)的信號(hào)放大電路。通過(guò)把差分放大器實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，利用AD7510開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)斬波式信號(hào)調(diào)制，產(chǎn)生不同頻率的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)有源濾波濾波電路輸出正弦信號(hào)，整個(gè)電路實(shí)現(xiàn)電壓隨反饋信號(hào)可調(diào)，頻率可控的正弦信號(hào)，可用于雙側(cè)向測(cè)井儀電流發(fā)射電路中。

　　關(guān)鍵詞：測(cè)井儀;調(diào)制放大器;信號(hào)調(diào)制;發(fā)射電路

　　信號(hào)調(diào)制放大器在的應(yīng)用及意義

　　雙側(cè)向測(cè)井中，首先由深、淺屏流源電路提供并通過(guò)屏流電極向地層發(fā)射32Hz和128Hz的屏蔽電流。流入地層的屏流在監(jiān)督電極1M和1'M，2M和2'M之間產(chǎn)生電位差。顯然該電位差包含了深淺側(cè)向的電流頻率。它由平衡放大混合電路放大，用以控制主電流發(fā)生器產(chǎn)生包含上述兩種頻率的主電流。所以主電流始終跟蹤屏流的極性和相位變化。正因如此，主電流的產(chǎn)生使監(jiān)督電極之間的電位差趨于零，相應(yīng)聚焦了主電流，如圖1所示。

　　深側(cè)向屏流源電路實(shí)質(zhì)上是一個(gè)受控頻率為32Hz的電流源。其控制信號(hào)是DU2，它來(lái)自于深側(cè)向電壓檢測(cè)電壓檢測(cè)器，和深側(cè)向測(cè)量電壓成正比。深側(cè)向屏流源的輸出電流加在電極1A('1A)上，其屏流從1A( '1A)流出返回到地面電極B。深側(cè)向屏流源電路由信號(hào)調(diào)制放大器(包括差動(dòng)放大器、調(diào)制放大器、深帶通濾波器)和功率放大器組成。

　　差動(dòng)放大器的主要作用是用深側(cè)向電壓測(cè)量道附加相敏檢波器輸出的U2D控制深屏流的幅度。深屏流源電路輸出深屏流的幅度正比于(U2-2U2D)，U2是參考信號(hào)。當(dāng)?shù)貙与娮杪试黾訒r(shí)，如果沒(méi)有U2D 控制，深側(cè)向屏流將減少的很少。因?yàn)樯顐?cè)向主電流和屏流 具有跟隨作用，所以下降也少，相應(yīng)地，深側(cè)向電壓UD上升得較多。又因U2D正比于UD，所以U2D跟隨UD上升。當(dāng)有U2D控制時(shí)，U2D上升會(huì)使適當(dāng)下降得多一些UD上升得少一些。從而使深側(cè)向測(cè)量電壓和電流的變化范圍都比較適中，這樣有利于擴(kuò)大深側(cè)向測(cè)量視電阻率的動(dòng)態(tài)范圍。

　　調(diào)制放大器把與(U2-2U2D)成正比的緩變直流轉(zhuǎn)換成32Hz的交流，然后通過(guò)帶通濾波成幅度正比于(U2-2U2D)、頻率32Hz的正弦波，最后經(jīng)過(guò)功率放大后加到屏蔽電極A1或A2上。

　　淺屏流源電路的組成和深屏流源電路相似，也是由信號(hào)調(diào)制放大器(包括差動(dòng)放大器、調(diào)制放大器、淺帶通濾波器)和功率放大器組成的。差動(dòng)放大器的作用是用U2D控制淺屏流源源電壓的幅度變化，進(jìn)而使淺側(cè)向測(cè)量電壓US和測(cè)量電流IS的變化范圍都比較適中，以擴(kuò)大淺側(cè)向測(cè)量地層電阻率的動(dòng)態(tài)范圍。

　　由此可看出， 在側(cè)向測(cè)井中，屏蔽電流應(yīng)與主電流同相位，而屏蔽電流的大小，則由監(jiān)督電極之間的電位差來(lái)自動(dòng)控制。相敏檢波器輸出的信號(hào)屬于緩變信號(hào)，為了控制屏流，就需要把它變成與主電流頻率相同的正弦波信號(hào)。采用信號(hào)調(diào)制放大器就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

　　差動(dòng)式放大器的原理及仿真

　　本研究以淺屏流源電路為例，設(shè)計(jì)一種斬波式調(diào)制放大器，它由方波信號(hào)產(chǎn)生電路、差動(dòng)式放大器、調(diào)制放大器和多路負(fù)反饋帶通有源濾波器組成，克服了這些缺點(diǎn)，控制比較簡(jiǎn)單，輸出穩(wěn)定而又準(zhǔn)確，可以有效實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制放大。

　　信號(hào)調(diào)制放大器電路分為四大模塊：差動(dòng)式放大器，調(diào)制放大器，方波產(chǎn)生及反相電路，多路負(fù)反饋有源帶通濾波器。其中差動(dòng)式放大器為信號(hào)預(yù)處理電路，方波產(chǎn)生及反相電路是調(diào)制放大器的控制信號(hào)產(chǎn)生電路，調(diào)制放大器輸出調(diào)制后的方波信號(hào)，經(jīng)多路負(fù)反饋有源帶通濾波器后，得到幅度跟隨初始輸入信號(hào)的正弦波。所設(shè)計(jì)的信號(hào)調(diào)制放大器各個(gè)部分的關(guān)系如圖2 所示。