超聲波隨鉆井徑檢測儀的數(shù)據(jù)采集與傳輸

摘要：為了更好地發(fā)揮隨鉆測井儀檢測數(shù)據(jù)的真實性和使用靈活性等優(yōu)點，文中基于Actel公司的APA075FPGA數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)所涉及到的AD數(shù)據(jù)采集、FPGA數(shù)據(jù)緩存、FPGA中數(shù)據(jù)的串口發(fā)送三部分，在實驗室自制的一塊FPGA最小系統(tǒng)板上，開發(fā)了一種激發(fā)換能器來對回波進行采集、緩存和傳輸。
關(guān)鍵詞：隨鉆井徑檢測；AD數(shù)據(jù)采集；FPGA；串口發(fā)送

0 引言
在油、氣開發(fā)過程中，測井是必不可少的。在開發(fā)初期，有勘探測井，在開發(fā)中后期，則有生產(chǎn)測井。傳統(tǒng)的電纜測井存在著種種難以解決的問題，如在某些大斜度井或特殊地質(zhì)環(huán)境(膨脹粘土或高壓地層)鉆井時，電纜測井就無法進行。除此之外，電纜測井是在鉆井完成之后，用電纜將儀器放入井中進行測量，鉆井過程中帶出的鉆碎的巖屑和鉆井液會侵入地層，這樣測量的數(shù)據(jù)與真實的數(shù)據(jù)有一定的差別。因此，隨鉆測井技術(shù)就應(yīng)運而生，而無論是在電纜測井還是隨鉆測井中，數(shù)據(jù)采集和傳輸都是必不可少的。
本文所涉及的超聲波隨鉆測井徑的基本原理是：沿著油井的徑向向井壁垂直發(fā)射超聲波，當發(fā)出的超聲波遇到井壁時發(fā)生反射，反射的回波被換能器接收。這樣，根據(jù)超聲換能器發(fā)出超聲波到反射回波被換能器接收所經(jīng)歷的時間t和已知的超聲波在泥漿中的速度v就可以計算井徑的長度。本文運用AD對回波進行采集，運用FPGA對AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行緩存和傳輸，F(xiàn)PGA為AD提供片選信號和轉(zhuǎn)換時鐘，轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字量再給FPGA進行串轉(zhuǎn)并、FIFO存儲、串口發(fā)送。在本文中，F(xiàn)PGA采用的是Actel公司的APA075，開發(fā)平臺采用的是Liber08．5。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計
本系統(tǒng)的總體設(shè)計思想是：FPGA為AD提供片選及時鐘等控制信號，AD將數(shù)字化后的數(shù)據(jù)送給FPGA，并在FPGA中進行串并轉(zhuǎn)換、緩存等一系列數(shù)據(jù)處理后，再通過MAX232完成TTL電平到RS-232電平的轉(zhuǎn)換，然后在PC機上運用串口調(diào)試小助手顯示數(shù)據(jù)。通過分析串口調(diào)試小助手上顯示的數(shù)據(jù)來判斷是否正確，從而驗證系統(tǒng)設(shè)計的合理性。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 FPGA主要功能模塊的設(shè)計
在本系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA的功能模塊主要包括AD控制模塊、FIFO設(shè)計模塊和串口數(shù)據(jù)發(fā)送模塊三部分。FPGA系統(tǒng)與外圍電路的信息交換主要由AD_out、clk、SCLK、CS、TXD等信號線完成。其中，AD_out負責將AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入FPGA；CS和SCLK是FPGA為AD提供的片選信號和時鐘信號，用來控制AD的轉(zhuǎn)換；TXD是FPGA輸出數(shù)據(jù)的通道：clk是FPGA的時鐘信號。系統(tǒng)時鐘采用50 MHz，其FPGA功能模塊電路框圖如圖2所示。