一種二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路的製作方法
2023-10-19 05:17:22
專利名稱：一種二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電路，尤其涉及一種二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路。
背景技術：
當前所有核磁共振測井儀大都將隔離電路與微弱信號預處理電路進行分離設計。由於核磁信號十分微弱，板間的信號連接線很容易引入噪聲，從而降低儀器的信噪比。此外，由於核磁儀器需要高壓激勵脈衝發射同時伴隨微弱信號接收，分離設計的隔離電路與微弱信號處理電路之間過長的高壓電路板間引線也會帶來很多安全隱患。並且，兩個電路單獨設計會增加儀器中電路的體積，增加功耗。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是克服目前核磁共振測井儀採用隔離電路與微弱信號預處理電路分離設計而導致的信噪比低以及安全隱患較多的缺陷。為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路，包括兼容在一塊電路板上的高壓隔離電路及微弱信號預處理電路，所述高壓隔離電路及微弱信號預處理電路均連接在天線的兩根饋線上，所述天線的兩根饋線上各自連接有接收開關SI，兩根饋線之間連接有軟洩放開關S2 ;所述高壓隔離電路(10)隔離所述天線上的高壓激勵信號，所述微弱信號預處理電路(20)對所述天線接收的微弱回波信號進行濾波降噪和放大。優選地，所述高壓隔離電路(10)連接所述天線的兩根饋線位於所述接收開關SI和軟洩放開關S2之前的位置，以及連接所述天線的兩根饋線位於所述接收開關SI和軟洩放開關S2之後的位置。優選地，所述高壓隔離電路(10)包括輸入高電壓檢測電路(11)、收發控制邏輯電路(13)以及驅動電路(14)，其中:所述輸入高電壓檢測電路(11)，連接所述天線的兩根饋線位於所述接收開關SI和軟洩放開關S2之前的位置，在所述天線上具有高電壓時產生高壓控制信號並輸出至所述收發控制邏輯電路(13)；所述收發控制邏輯電路(13)，接入收發切換控制信號以及軟洩放控制信號，在接收到所述輸入高電壓檢測電路(11)輸入的高壓控制信號時，根據所述高壓控制信號產生斷開兩根饋線上的接收開關SI的接收控制信號並發送給所述驅動電路(14);在所述天線進行高壓發射時，產生閉合連接在所述兩根饋線之間的軟洩放開關S2的軟洩放控制信號並發送給所述驅動電路(14);在所述天線進行高壓發射後且接收信號之前，根據所述軟洩放控制信號及收發切換控制信號產生導通所述接收開關SI的接收控制信號和導通所述軟洩放開關S2的軟洩放控制信號發送給所述驅動電路(14);在軟洩放完成後根據所述軟洩放控制信號及收發切換控制信號產生導通所述接收開關SI的接收控制信號和斷開所述軟洩放開關S2的軟洩放控制信號發送給所述驅動電路(14)；所述驅動電路(14)，根據所述接收控制信號控制所述接收開關SI，根據所述軟洩放控制信號控制所述軟洩放開關S2。優選地，所述高壓隔離電路(10)包括輸出高電壓檢測電路(12)，其中:所述輸出高電壓檢測電路(12)，連接所述天線的兩根饋線位於所述接收開關SI和軟洩放開關S2之後的位置，在所述天線上具有高電壓且所述輸入高電壓檢測電路(11)失效時，產生所述高壓控制信號並輸出至所述收發控制邏輯電路(13)。優選地，所述微弱信號預處理電路包括低噪聲放大電路(21)、接收放大電路(22)和差分輸出電路(23)，其中:所述低噪聲放大電路(21)，降低輸入噪聲電壓並放大微弱回波信號；所述接收放大電路(22)，對所述低噪聲放大電路(21)輸出的微弱回波信號進行高通濾波和低通濾波；所述差分輸出電路(23)，將經過所述接收放大電路(22)高通和低通濾波後的微弱回波信號轉化為差分信號並輸出。優選地，所述低噪聲放大電路(21)包括並聯的兩組差分放大器(211)以及連接所述兩組差分放大器(211)的反相放大電路(212)。優選地，所述接收放大電路(22)包括串聯的高通濾波器和低通濾波電路。優選地，所述高通濾波器包括巴特沃茲高通濾波器(221)。優選地，所述低通濾波電路包括橢圓低通濾波電路(222)。優選地，所述差分輸出電路(23)包含有單端轉雙端差分驅動輸出放大器(231)。與現有技術相比，本實用新型的實施例可以對二維核磁共振測井儀高壓發射信號進行有效的隔離，並能完成對微弱信號的接收及濾波放大處理。
圖1為本實用新型實施例的二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路結構原理圖。圖2為本實用新型實施例中低噪聲放大電路、接收放大電路及差分輸出電路的構造不意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖及實施例來詳細說明本實用新型的實施方式，藉此對本實用新型如何應用技術手段來解決技術問題，並達成技術效果的實現過程能充分理解並據以實施。如果不衝突，本實用新型實施例以及實施例中的各個特徵在不相衝突前提下的相互結合，均在本實用新型的保護範圍之內。如圖1所示，本實用新型實施例的二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路主要包括高壓隔離電路10及微弱信號預處理電路20，均連接在天線的兩根饋線上。天線的兩根饋線上各自連接有接收開關SI，兩根饋線之間連接有軟洩放開關S2。高壓隔離電路10，連接天線的兩根饋線，隔離天線上的高壓激勵信號。當二維核磁儀器在天線上發射高壓激勵信號激勵回波信號時，高壓隔離電路10通過收發切換控制信號有效斷開兩根饋線上的接收開關，保證高壓信號有效地隔離。當高壓信號激勵完成時，通過軟洩放控制信號與收發切換控制信號同時導通，對天線上的高壓殘餘能量進行有效洩放，保證後續微弱回波信號的接收質量。當軟洩放控制持續一段時間後，斷開安裝在兩根饋線之間的軟洩放開關，接收微弱回波信號。微弱信號預處理電路20，連接天線的兩根饋線，對天線接收的微弱回波信號進行濾波降噪，並將信號放大到需要的程度後傳送到採集電路進行信號採集。本實用新型的實施例中，高壓隔離電路10連接天線的兩根饋線位於接收開關和軟洩放開關之前的位置，以及位於連接接收開關和軟洩放開關之後的位置。如圖1所示，高壓隔離電路10主要包括輸入高電壓檢測電路11、輸出高電壓檢測電路12、收發控制邏輯電路13以及驅動電路14。輸入高電壓檢測電路11，連接天線的兩根饋線位於接收開關SI和軟洩放開關S2之前的位置，用於在天線上具有高電壓時就產生高壓控制信號並輸出至收發控制邏輯電路13。輸出高電壓檢測電路12，連接天線的兩根饋線位於接收開關SI和軟洩放開關S2之後的位置，用於天線上具有高電壓且輸入高電壓檢測電路11失效時，產生高壓控制信號並輸出至收發控制邏輯電路13。收發控制邏輯電路13，與輸入高電壓檢測電路11、輸出高電壓檢測電路12以及驅動電路14相連；用於接入收發切換控制信號以及軟洩放控制信號；還用於在接收到輸入高電壓檢測電路11或者輸出高電壓檢測電路12輸入的高壓控制信號時，根據高壓控制信號產生斷開兩根饋線上的接收開關SI的接收控制信號並發送給驅動電路14 ;在天線進行高壓發射時，產生閉合連接在該兩根饋線之間的軟洩放開關S2的軟洩放控制信號並發送給驅動電路14 ;在天線進行高壓發射後且接收信號之前，根據軟洩放控制信號及收發切換控制信號產生導通SI的接收控制信號和導通S2的軟洩放控制信號，並發送給驅動電路14 ；在軟洩放完成後，根據軟洩放控制信號及收發切換控制信號產生導通SI的接收控制信號和斷開S2的軟洩放控制信號，並發送給驅動電路14。驅動電路14，與收發控制邏輯電路13相連，接收收發控制邏輯電路13發送的接收控制信號和軟洩放控制信號，根據接收控制信號控制接收開關Si，根據軟洩放控制信號控制軟洩放開關S2。如圖1所示，接收開關SI及軟洩放開關S2設置在輸入高電壓檢測電路11與天線的兩根饋線的連接點以及輸出高壓檢測電路與天線的兩根饋線的連接點之間的饋線上。天線探頭上有發射高電壓信號時，如果輸入高壓檢測電路失效，不能有效斷開Si，則導致天線探頭上的高壓通過Si繼續進行傳輸，此時輸出高壓檢測電路偵測到高壓則產生高壓控制信號發送到收發控制邏輯電路13，保證有效斷開SI，起到補充保護作用。本發明的實施例中，當發射高壓發射信號時，產生的軟洩放控制信號為高電平，導通S2保證後續電路輸入短接，並產生接收控制信號為低電平以有效斷開SI，保證天線上的高壓信號與後續放大電路斷開，從而起到高壓保護的作用。當高壓發射完成後，繼續保持軟洩放控制信號為高電平以導通S2，並產生接收控制信號為高電平有效導通SI，通過SI與S2同時導通來將天線上的高壓發射殘餘能量進行有效的洩放。當洩放持續一段時間後產生軟洩放控制信號為低電平以斷開S2，同時保持接收控制信號為高電平有效導通SI，將回波信號輸入到後續電路進行預處理。從而，無論當前收發切換控制信號或者軟洩放控制信號是否有效，都可以強制控制驅動電路有效地斷開開關SI，S2，從而有效保護後續電路免受高壓損壞。當天線上沒有高壓信號時，收發控制邏輯電路的工作狀態此時由當前收發切換控制信號和軟洩放控制信號來決定。如圖1所示，微弱信號預處理電路包括低噪聲放大電路21、接收放大電路22和差分輸出電路23。低噪聲放大電路21,降低輸入噪聲電壓並放大微弱回波信號。接收放大電路22，與低噪聲放大電路21相連，對低噪聲放大電路輸出的微弱回波信號進行高通濾波和低通濾波，消除低頻噪聲並濾除高頻噪聲，以提高微弱回波信號的信噪比。 差分輸出電路23，與接收放大電路22相連，將經過接收放大電路22高通和低通濾波後的微弱回波信號轉化為差分信號並輸出，便於進行長距離傳輸。本實用新型的實施例將一個單端信號轉雙端差分信號，可以有效提高信號的共模抑制比，減小信號傳輸過程中空間差模信號的幹擾。如圖2所示，本實用新型的實施例中，低噪聲放大電路21包括並聯的兩組差分放大器211以及連接兩組差分放大器211的反相放大電路212。兩組差分放大器211並聯，有效降低輸入噪聲電壓。主要由低噪聲運算放大器構成的反相放大電路212，放大微弱回波信號。如圖2所示，本實用新型的實施例中，接收放大電路22包括串聯的一個高通濾波器(如圖2所示的巴特沃茲高通濾波器221)和一個低通濾波電路(如圖2所示的橢圓低通濾波電路222)。巴特沃茲高通濾波器221對微弱回波信號進行高通濾波，有效濾除低頻的噪聲。橢圓低通濾波電路222將巴特沃茲高通濾波器221輸出的信號進行低通濾波處理，濾除信號中的高頻噪聲，提高微弱回波信號的信噪比。如圖2所示，本實用新型的實施例中，差分輸出電路23主要包括有單端轉雙端差分驅動輸出放大器231。本實用新型的實施例將二維核磁儀器高壓隔離電路與微弱信號預處理電路兼容設計在一塊電路板上，有效降低了核磁共振信號因長距離傳輸而引入的噪聲，提高了儀器的可靠性與信噪比。本實用新型的實施例能夠將高壓信號進行有效隔離。本實用新型的實施例有效縮小電路尺寸，減少電路數量，縮小電路整體體積，節省了空間並且降低了功耗。雖然本實用新型所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便於理解本實用新型而採用的實施方式，並非用以限定本實用新型。任何本實用新型所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本實用新型所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施的形上及細節上作任何的修改與變化，但本實用新型的專利保護範圍，仍須以所附的權利要求書所界定的範圍為準。
權利要求1.一種二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路，其特徵在於，包括兼容在一塊電路板上的高壓隔離電路及微弱信號預處理電路，所述高壓隔離電路及微弱信號預處理電路均連接在天線的兩根饋線上，所述天線的兩根饋線上各自連接有接收開關Si，兩根饋線之間連接有軟洩放開關S2 ;所述高壓隔離電路(10)隔離所述天線上的高壓激勵信號，所述微弱信號預處理電路(20)對所述天線接收的微弱回波信號進行濾波降噪和放大。
2.根據權利要求1所述的二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路，其特徵在於，所述高壓隔離電路(10)連接所述天線的兩根饋線位於所述接收開關SI和軟洩放開關S2之前的位置，以及連接所述天線的兩根饋線位於所述接收開關SI和軟洩放開關S2之後的位置。
3.根據權利要求1所述的二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路，其特徵在於，所述微弱信號預處理電路包括低噪聲放大電路(21)、接收放大電路(22)和差分輸出電路(23)，其中: 所述低噪聲放大電路(21)，降低輸入噪聲電壓並放大微弱回波信號； 所述接收放大電路(22)，對所述低噪聲放大電路(21)輸出的微弱回波信號進行高通濾波和低通濾波； 所述差分輸出電路(23)，將經過所述接收放大電路(22)高通和低通濾波後的微弱回波信號轉化為差分信號並輸出。
4.根據權利要求3所述的二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路，其特徵在於，所述低噪聲放大電路(21)包括並聯的兩組差分放大器(211)以及連接所述兩組差分放大器(211)的反相放大電路(212)。
5.根據權利要求3所述的二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路，其特徵在於，所述接收放大電路(22)包括串聯的高通濾波器和低通濾波電路。
6.根據權利要求5所述的二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路，其特徵在於，所述高通濾波器包括巴特沃茲高通濾波器(221)。
7.根據權利要求5所述的二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路，其特徵在於，所述低通濾波電路包括橢圓低通濾波電路(222)。
8.根據權利要求3所述的二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路，其特徵在於，所述差分輸出電路(23)包含有單端轉雙端差分驅動輸出放大器(231)。
專利摘要本實用新型公開了一種二維核磁共振測井儀隔離與微弱信號預處理電路，克服目前核磁共振測井儀採用隔離電路與微弱信號預處理電路分離設計而導致的信噪比低以及安全隱患較多的缺陷，該電路包括兼容在一塊電路板上的高壓隔離電路及微弱信號預處理電路，所述高壓隔離電路及微弱信號預處理電路均連接在天線的兩根饋線上，所述天線的兩根饋線上各自連接有接收開關S1，兩根饋線之間連接有軟洩放開關S2；所述高壓隔離電路(10)隔離所述天線上的高壓激勵信號，所述微弱信號預處理電路(20)對所述天線接收的微弱回波信號進行濾波降噪和放大。本實用新型的實施例可以對二維核磁共振測井儀高壓發射信號進行有效的隔離。
文檔編號E21B47/00GK203008887SQ20122041618
公開日2013年6月19日 申請日期2012年8月21日 優先權日2012年8月21日
發明者張嘉偉, 宋公僕 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司