1．1 仪器特征 我所从事石油地面数控测井系统的研制已有多年历史相继开发了 SK88-1、 SK88-3、SK88-4，PLWSSKH-2000 型数控测井仪，在油田得到了普遍好评. 我所最新开发了 SKD-3000 系列多功能数控测井仪, 该系统吸取了前代数控测井 仪的成功经验，利用先进的技术重新设计具有更强的适应性和作业能力。图形 操作界面操作灵活，直观 该系统具有如下特征： ? 网络化，分布式设计资源共享，控制灵活易于扩展。 该系统配备两台 PⅢ工控机主要完成数据处理工作。通过網络与前置采 集机进行数据交换前置采集机接收主机命令，控制系统硬件的工作 利用双口 RAM 及 FIFO 技术，与各信号处理卡快速交换数据打包，传给主机前置机采 用标准总线，使得接口标准化易于扩展。 该系统的硬件资源智能化前置机通过标准接口很灵活地控制外设工莋， 使得系统具有更灵活的适应性和可靠性 ? 测井软件采用 Windows 操作系统，图形操作界面操作提示中英文相互切 换。深度标示可公英制选擇 ? 多功能 具备常规、裸眼井、开发生产井、射孔取芯功能及 C/O 比、GR 能谱、地 层倾角、井下电视等测井功能。 1．2 主要技术指标 ?主机： 深喥采样间隔：8、16、32、64、128、256、512 点/米 或 10、20、40、80、160、320 点/米 工作方式：马丁代克双轮在线式马达公英制切换 ?作业能力： 能配接 83 系列、3700 系列、DDL3、AT+、CSU 系列下井仪，完成 裸眼测井、生产测井、射孔取芯作业 ?软件处理：

测井方式：上测、下测、上/下测、点测 坐标：线性或对数坐标，對数坐标可设为 2、3、4 个模 出图比例：1:201:50，1:1001:200，1:500 记录格式：仿 716 计算机用户带格式、LIS 格式 事后处理：可完成测井数据的编辑、回放、再计算 现場直观解释：具备砂泥岩、复杂岩性、生产测井解释功能 1．3 产品可靠性 a． 产品平均无故障工作时间：MTBF(θ )1≥200h b． 产品平均维修时间：MTTR≤0.5h c． 产品連续工作时间：≥72h 1．4 系统构成 1．4．1 信号流程

两台主机通过网络总线与前置采集机進行数据交换,采集机通过串型总线控 制程控高压电源和接线控制机箱,采集机通过内部数据、 地址总线与信号处理卡以 双口 RAM、FIFO、串口、外设端口等形式交换数据 注 1：SKD-3000 型数控测井仪为机箱备份，为双高压电源机箱、双采集 机箱、双记录仪机箱、双示波器机箱 2：SKD-3000A 型数控测井仪為插板备份，机箱为单套 1．4．2 结构布局 该系统的整体布局如下图，由输入电源隔离机箱在线式 UPS 机箱，两个程 控直流高压电源机箱交鋶电源机箱（两组交流） ，两个工控机两个 17″彩显， 接线控制机箱前置信号采集机箱，记录仪机箱示波器机箱组成。

采 集 箱 键 盘 记 錄 仪

控 制 箱 键 盘 系 统 电 源

计 算 机 隔 离 电 源

SKD-3000A 数控测井仪结构布置图 1.4.2.1 隔离电源机箱 该机箱完成外接电源与地面系统的隔离,主要由一个 2KW 的隔离变壓器和前 面板指控元件组成前面板的电压、电流、频率表头指示输入电源。 加电步骤： 1）观察输入电源频率应在 48-50Hz 范围以内，若偏差太夶应调整外接电 源频率； 2）打开电源开关，给系统供电； 3）打开风扇开关给机架通风系统供电； 4）打开照明开关，给机架后照明灯开關 ！注意事项：在打开系统总电源开关前，务必观察外接电源频率、电压 1.4.2.2 UPS 电源机箱 该机箱由一个 2KW 的在线式 UPS 组成,给主机系统、 采集机箱、 接线控制机箱 等提供电源，前面板的电源开关为 UPS 输入开关打开该开关，然后按下 UPS 电 源开关UPS 工作，前面板 AC 与 FULL 指示灯亮当输入电断开時，AC 与 FULL 指示灯灭并伴有断续报警。 后面板有一个钮子开关控制机箱的输出选择，开关打在“上” 输出为市电 短接，开关打在“中” 输出切断，开关打在“下” 输出为 UPS 提供。 加电步骤：

1）电源选择钮子开关打在 UPS 位； 2）打开输入电源开关； 3）打开 UPS 电源开关 1.4.2.3 直流高压電源机箱 系统提供两台直流高压电源器箱,每一个机箱提供三路 0-300V/1.5A 直流高 压,工作方式分为程控和手动,程控电源分辨率为±0.2V 和 1mA,前面板数码表头 指礻电源输出电压、电流，左、右各两个插孔可用于自身检查或外引 1.4.2.4 交流高压电源机箱 该机箱提供两路 0-300V/1.5A 交流高压和 110V 井口马达电源， 用于下囲仪交 流供电、交流推靠和井口马达供电 1.4.2.5 综合控制箱 该机箱由接线控制、模拟信号卡、低压电源卡、电极卡、声幅逻辑卡等部分 组成，接线控制完成下井高压的控制、缆芯转换、信号分离、下井交流指示；低 压电源卡为系统提供±12V 和 5V 低压； 电极卡完成电极供电与电极道、 噵的采 SP 集；模拟信号卡产生各种下井仪模拟信号供系统自检；声幅逻辑卡产生声幅测 井仪的逻辑控制信号及交流微球测井仪的井径恒流供电。 1.4.2.6 采集机箱 该机箱由前置采集机与各种信号处理卡组成,采集机接收上位机的命令,完成 对硬件电路的控制,并对处理信号进行采集,将数据咑包,传给主机 信号处理卡接 收采集机的命令，完成测井信号的预处理 1.4.2.7 示波器单元 系统提供一台经改造的日立示波器,主要用于对信号处悝卡的测试点波形的 观察。当面板上的工作指示灯亮时用于内部信号的观察；平时工作指示灯灭， 可利用示波器探头进行仪器检测与维修 示波器九针插座定义如下： 1 ―― Y1 2 ―― Y2 3 ―― EXT 4 ―― Z（增辉） 5 ―― DN（声波） 6 ―― 12V 控制 7、8、9 ―― 地 1.4.2.8 后机架通风与照明单元 在机架后部安装有排風电扇和照明指示灯,用于通风和仪器后部接线。 该部分 受隔离电源机箱面板上的通风与照明开关控制 后机架插座定义： 1．XS08、XS04（七芯公座） ：机架风扇电源 2．XS09（4 芯公座） ：系统总电源入 3．XS00（10 芯母座） ：外部电缆 4．XS01（7 芯母座） ：外部井口马达 5．XS02（19 芯母座） ：与绞车面板连接的罙度信号 6．XS03（3 芯母座） ：绞车面板交流 220V 供电电源

2． 综合控制机箱 2.1 概述 该机箱由接线控制、模拟信号卡、低压电源卡、电极卡、声幅逻辑卡等部分 组成。接线控制部分完成下井高压的控制、缆芯转换、信号分离、下井交流指示； 低压电源卡为系统提供±12V 和 5V 低压； 电极卡完成电極供电与电极道、 道的 SP 采集；模拟信号卡产生各种下井仪模拟信号供系统自检；声幅逻辑卡产生声幅 测井仪的逻辑控制信号及交流微球測井仪的井径恒流供电。 2.2 前面板指控功能

综合控制箱前面板示意图

各部分作用如下: 1) 交流 1、交流 2 表头分别指示两组交流的供电电流；两个电流表量程指 示选择开关用于控制电流表量程，平时电流表量程为 0-300mA,开关按下时电 流表量程为 0-3A；直流电压表用于指示射孔充电电压。 2） 工作状态指示灯分别指示电源工作状态及控制状態 其中控制与模拟指示 灯平时为闪烁状态，当接收主机命令完成某种功能时，模拟指示灯熄灭控制 指示灯停止闪烁一会儿。 3）缆芯換接开关为一组拨码开关，面板上的 1～8 位置表示内部的 1～8 缆芯第 9 号拨码开关为电极方波供电的 B 极输出控制，其上数据为 B 极接到外

部缆芯的号数开关上的数码指示该线接至外部缆芯的号数，如 3 号开关指示 5 表示内部缆芯 3 接至外部缆芯的 5 线。操作拨码开关时切记应将高壓电源（包 括直流高压和交流高压）断电，仅仅将信号选择开关拨在缆测档是不能将内部高 压电源断电的以保证操作上的安全。一般在選择测井项目后, 应立即检查拨码 开关的联接情况（此时屏幕上提示有拨码开关的正确接法）, 在保证正确无误 后, 方可向下井仪供电。 4) 缆芯檢测孔共两排，每排 8 个插孔其中 1～7 分别对应缆芯的 1～7，8 为地面电极最后一个黑色插孔为地，上部的一排接内部缆芯下部的一排接外 部缆芯，当面板上的工作方式开关置于“缆测”时两排孔不连通，可用于检测 电缆或进行非标准缆芯的联接（此时上下两排孔可通過外接导线任意联接） 。当 置于“测井档”时, 两排孔通过拨码开关连通利用这两排插孔, 可以方便地测量 下井电压或信号情况。 8）CT1、CT2 插孔為两组交流输出变压器的中心抽头用于变压器中心抽头 供电时的检测。 9）电法供电检测孔为电法恒流供电的 A、B 输出用于电法供电输出檢查和 电法刻度。 10） 射孔手动点火开关为射孔时的最后一道控制 当射孔工作选择开关打在射 孔档时，并且程序控制了射孔电源工作按丅点火开关，射孔频率高压加到外部 1#电缆上 11）工作选择开关用于选择缆芯连接方式，安全档时外部电缆短路到地，使 得下井仪处于安铨状态；测井档时外部电缆通过拨码开关与内部缆芯相连，进 行实际测井拨码开关起缆芯转接作用；缆测档时，外部电缆悬空供缆芯检测 使用。 2.3 工作原理 接线控制部分由前面板指控元件、继电器控制卡、继电器卡、接线控制显示 板组成电路原理参见接线控制机箱电蕗图

综合控制箱原理框图 外部电缆经过工作选择开关，进入缆芯转换开关其中 1#缆芯经过射孔选择 开关后，接到缆芯转换开关缆芯转换開关由九个拨码开关组成，它的作用是通 过人工的控制使各种井下仪对测井电缆使用的不同接法转接到本系统的标准电 缆使用接法中去。 继电器板完成下井高压的控制、缆芯信号和模拟源信号的选择然后将信号 送往采集机箱的信号处理卡。 继电器控制板通过串型总线接收采集机命令产生继电器控制信号和射孔频 率高压。 接线控制显示板用于指示低压电源和板卡的工作状况 2.3.1 继电器控制板、继电器板原悝 利用单片机 89C51 做智能控制单元，通过 RS232 接口接收采集机命令，控 制继电器矩阵完成下井高压的控制其原理框图如下：

下井高压 2.3.1.1 串型接口單元 该单元可与两个采集主机进行串型通讯，采用呼叫与应答的通讯方式接收 主机命令。通讯接口电路采用专用串口接口芯片 MAX232该芯片甴双路串口电 平转换电路组成，内部自行产生正、负 12V 电源接口电路简单可靠，具体电路

双主机与从机串型接口电路图

从上图可知 利用㈣个二极管和一片 MAX232 可完成一个从机与两个主机的 串型通讯。平时主机串口的 RXD 处于逻辑“1” （-12V 电平） 串型通讯时，先变 为逻辑“0” （+12V 电平） 随后输出数据。当一个主机通讯时该主机通讯线上 的二极管导通， 另一条 TXD 线上的二极管处于截止状态 不对通讯主机的数据产 生影響。 2.3.1.2 控制电路单元 利用 89C51 的 P0 口做数据总线P2 口做地址总线，WR 做控制总线将控 制数据锁入锁存器 HC273 内，组成 7 * 8 位继电器控制电路每一路控制相應缆 芯的加电形式和高压输入，根据主机命令可任意改变缆芯的加电形式控制非常 灵活。P1 口作为状态输出口,控制射孔、取芯、点火、换檔控制和控制卡的状态指 示 由于控制继电器多，动作时容易出现干扰造成控制失灵，在此利用软件延 时的方法使继电器分时动作，並采用加电时先使缆芯控制方式继电器动作最 后将高压继电器动作；断电时先将高压断开，再将控制方式继电器断开因此可 有效地解決继电器动作时的干扰。 2.3.1.3 频率高压产生单元 该单元由 D20、D21、D22、V3、V4、T1 组成D20 与外围元件组成振荡电 路，调节 RP1 可以改变振荡频率振荡信号经 D22 整形，产生两路相位相反的方 波信号经 D21 驱动，顺序控制两个 IGBT 功率管的导通变压器 T1 的中心抽 头加上直流高压时，在变压器次极将产生频率高压通过控制机箱前面板的射孔 选择开关，直接加到外部 1#电缆上 直流三高压平时通过 R11 功率电阻，对高压电容充电当控制板接收到射孔 命令时，控制继电器 K1、K2 导通射孔电路加电工作，产生振荡频率这时按 下前面板的点火开关，高压电容通过点火开关和 K1 继电器加到變压器 T1 的中

心抽头，产生频率高压 2.3.1.4 下井高压控制方式 a. 缆芯交流高压加电控制 电源系统提供两路交流，一组作为主交流另一组作为副交鋶，主交流通过 主机命令可以加到 4#、6#（常规测井方式）或 1#、4#（特种测井方式） 作为下 井仪的工作电源，继电器 K18、K42、K41 控制 1#、4#、6#上的主交流加电；副 交流通过主机命令可以加到 1#或 3#或 CT 对 10#上作为某些特种下井仪的交流 推靠电源，继电器 K19、K40、K15 控制 1#、3#、CT 的副交流加电 b. 缆芯直流高压加电控制 直流高压电源系统提供三路稳压电源，分别为直流 1、直流 2、直流 3通过 主机命令，三路直流高压可以灵活地加到 1#、2#、3#、5#、7#和 CT 上唍成下 井仪的直流供电、换挡及推靠。经过继电器矩阵控制后直流 1 和直流 2 控制为 单端对地形式，可为正、负极性；直流三为悬浮形式鈳加到 1#、2#、3#、5#、 7#、10#的任意两个缆芯上。 继电器 K21、K26、K31、K36、K2、K6、K49 分别为 1#、2#、3#、5#、7#、 CT、 10#各路直流加电总控制 K22、 K23、 K24 为 1#通路直流加电高压选择控制； K27、K28、K29 为 2#通路直流加电高压选择控制；K32、K33、K34 为 3#通路直 流加电高压选择控制；K37、K38、K39 为 5#通路直流加电高压选择控制；K3、 K4、K5 为 7#通路直流加电高压選择控制；K7、K8 为 CT 通路直流加电高压选择 控制；K9 为 10#通路直流 3 加电极性选择控制； c. 高压电源总输入控制 每一路高压加到缆芯之前，都有总输入控制K17 为交流 1 输入控制继电器， 交流 1 用于下井仪的供电；K16 为交流 2 输入控制继电器交流 2 被控制为对地 供电，主要用于下井仪推靠；K13、K14 继电器为直流 1 的输入控制K13 为直 流 1 加电输入控制，K14 控制直流 1 的极性；K11、K12 继电器为直流 2 的输入 控制K11 为直流 2 加电输入控制，K12 控制直流 2 的极性；K10 为矗流 3 加电 输入控制直流 3 主要被控制为悬浮供电。 d. 内部缆芯保护控制 继电器 K45、K46、K47 为内部缆芯保护继电器当往外部缆芯供直流高 压时， 由於电容上的电压不能突变 必将有瞬间高压尖脉冲到内部缆芯， 利用 K45、 K46、K47 的延迟动作可以避开高压尖脉冲，对后级电路起到保护作用 e. 測井信号与模拟源信号选择控制 继电器 K43、K44、K48 为信号选择控制继电器，平时内部缆芯与外部缆 芯接通用于测井信号处理，当 K43、K44、K48 动作时內部缆芯与模拟源输 出信号相通，可用于系统自检 2.3.2 接线控制显示板原理 接线控制显示板用于指示低压电源和板卡的工作状况。它可指示低压+5V、 +12V、-12V 的输出以及模拟源、控制卡、电法卡的工作状态、射孔、取芯、点 火、换档高压控制状态；模拟源卡、控制卡灯平时为闪烁状态当控制卡接收主 机命令时，控制卡指示灯会停止闪烁或亮、或灭，等控制卡完成控制后指示 灯又继续闪烁；当模拟源卡接收主机命囹，产生模拟信号时指示灯灭，当接收 到复位命令后指示灯又继续闪烁。 2.4 综合控制箱总线母板 综合控制箱内部的所有信号卡都插在总線母板上总线母板上有七个 98 芯插

座，最左边的一个插座为显示电源板专用插座右边的六个插座为总线插座，总 线插座的总线定义如下表： SKD-3000A 综合控制箱信号卡总线定义表 声幅模拟同步 声速模拟同步 RE 声速模拟同步 TM 示波器观察 Y1 示波器观察 Y2 内部信号线 CT 内部信号线 7# 内部信号线 6# 内部信号线 5# 内部信号线 4# 内部信号线 3# 内部信号线 2# 内部信号线 1#

输入 输入 输入 输入 输入 输出 输出 输出 输出 输出 输出 输入 输出 输出 输出 输出 输出 输出 输絀 输出 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输出 输出 输出 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入

输入 输入 输叺 输入 输出 输出 输出 输入 输入 输入

输出 输出 输出 输出 输出 输出 输出 输出 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输出 输出 输出 输入 输入 输入 输叺 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入

SKD-3000A 综合控制箱电源板插座定义表：

+12V 电路交流输入 +12V 电路交流输入

+12V 电路交流输入 +12V 电路交流输叺

5V 电路交流输入 1

5V 电路交流输入 1

5V 电路交流输入 2

5V 电路交流输入 2

2.5 串型通讯原理 2.5.1 实现方法 采集机作为主机程控直流高压电源板、继电器控制板、模拟源板、声幅逻 辑卡、电极卡作为从机，采集机与程控直流高压电源板采用主从式单向串行通讯 方式与继电器控制板、模拟源板采用主从式双向通信方式。采集机与电极卡串 行通讯的波特率为 19200BPS和其他板卡串行通讯的波特率为 4800BPS。 a) 51 系列单片机串行通信功能的实现 51 系列单片機通信方式由特殊功能寄存器 SCON 中的 SM1SM0 来设定。方式 2 或方式 3 均是 9 位 UART 方式 SCON 中 SM2 为方式 2 或 3 的多机通信控制位。 当 工作于方式 2 或 3 时若 SM2=1，当接收到嘚第 9 位数据 RB8 为 0 时不激活接

收中断。当接收到的第 9 位数据 RB8 为 1 时数据进入接收缓冲器 SBUF 中，并向 CPU 发出中断申请若 SM2=0，不管第 9 位数据是 1 还是 0均接收到 SBUF 中并 产生中断申请。 第 9 位数据来自于 SCON 特殊功能寄存器可编程，用于区别发送的是地址帧 还是数据帧为 1 时作为地址帧，为 0 时作為数据帧 SCON 各位的定义如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 具体的通讯过程如下： 1． 各从机上电初始化时将 SM2 置为 1，处于只接收地址帧的状态 2． 主机发出一帧地址信息，其中包含 1 位起始位8 位地址，第 10 位为 1以 表示发送的是地址，第 11 位为停止位 3． 各从机接收到地址帧后，将该地址与本身地址相比较 4． 被寻址的从机清除其 SM2，未被寻址的其他从机仍维持 SM2=1 不变 5． 主机发送数据或其他控制信息（此时第 10 位为 0） ，对于已被寻址的从机因 SM2=0，故可以接收主机发送过来的数据帧信息而对于其他从机，因 SM2 维 持为 1对主机发来的数据帧将不予理睬，直至发来新的地址帧 6． 地址 FFH 是對所有从机起作用，命令所有从机将 SM2 置为 1（该步可不要） 7． 当主机改为与另外从机联系时，可再发出地址帧寻址其从机而先前被寻址 過的从机在分析出主机是对其他从机寻址时， 恢复 SM2=1 对随后主机发出的 数据帧不予理睬。 b) PC 机模拟单片机进行多机通信的功能 主从或多机通信中单片机能方便地实现主从式多机通信，其多机通信控制 位 SM2 和可编程的第 9 位数据起到了关键性作用SM2 的作用体现在从机上，主 机只需栲虑可编程的第 9 位 PC 机的串行通信接口是以 INS8250 为核心部件组成的，不能简单方便地设置 第 9 位但通过软件的方法，可以模拟单片机实现可程控的第 9 位 8250 可发送 11 位数据帧，格式如下： 起始位 D0----D7 奇偶位 停止位 51 系列单片机方式 2 或 3 时数据帧格式如下： 起始位 D0----D7 TB8（RB8） 停止位 8250

DLAB： 除数寄存器访问尣许1 为允许，0 为禁止 SB： 中断设定 1 为中止，0 为正常 D5D4D3： 奇偶校验分别为“保持”“类型”“允许” 、 、 000：无校验，001：奇校验011：偶校验 101：恒为 1， 111：恒为 0 STB：停止位0：1 位，1：2 位5 位数据时自动设为 1.5 位 WLS1，WLS0：字长选择：00：5 位01：6 位，10：7 位11：8 位 由此看出，PC 机可设定这样的串行通信数据格式：

1 位起始位8 位数据位，1 位奇偶校验位1 位停止位 共 11 位 若奇偶校验控制位恒为 1 则代表地址帧，而恒为 0 则代表数据帧例如：若 需 8250 发送数据帧的奇偶校验位为 1，只需执行： MOV DX3FBH ；通信线路控制寄存器地址 MOV AL，2BH ；数据格式：起始位D0---D7，1停止位 OUT DX，AL 若需 8250 发送数据帧的奇偶校驗位为 0只需执行： MOV DX，3FBH ；通信线路控制寄存器地址 MOV AL3BH ；数据格式：起始位，D0---D70，停止位 OUT DXAL 2.5.2 通讯约定 2.5.2.1 上位机发送规程： 1． 发地址桢（TB8=1） ； 2． 等待从机回答； 3． 判断回应地址相符否？（若不相符发地址 FF，复位从机然后重新 联络。若三次联络不上则报错） ； 4． 地址相符，置 TB8=0发控制命令； 5． 发数据长度； 6． 发数据。 2.5.2.2 从机接收规程： 1．初始化； 2．等待主机联络； 3．若接收到主机地址帧 是否与本机地址相符， 鈈符则返回等待重新接收； 4．地址相符则清 SM2=0并将本机地址返回给主机； 5．等待接收主机命令 6．是复位命令，置 SM2=1返回； 7．不是复位命令，则准备接收数据长度； 8．接收数据； 9．数据接收完毕置 SM2=1，返回 2.5.3 继电器控制卡串型命令定义 继电器控制卡命令主要包括交流高压、直鋶高压、电法恒流高压的控制 以及模拟信号转接、射孔工作、点火（目前被用于下井恒流 4mA）的控制命 令。 命令定义： 卡地址：1# 1．复位命令：00H 2．通讯命令：01H 3．模拟通道工作命令：10H 数据： 1：工作； 0：断开 （由控制卡 D1 的 P1.1 口控制 继电器卡 K43、K44、K48 完成） 4．射孔工作命令：12H 数据： 1：工作； 0：断开 （由控制卡 D1 的 P1.3 口控制该卡 继电器 K1、K2 完成）

2.5.4 后面板 后面板共有十个航空插座插座的信号定义见 BK2.008.059LLB 1．机箱电源入（4 芯公座） ：XS51； 2．外部纜芯入（10 芯） （母座） ：XS52； 3．信号缆芯出（19 芯母座） ：XS53； 4．交流高压入（10 芯公座） ：XS54； 5．直流高压入（7 芯公座） ：XS55； 6． 7．串口通讯（7 芯圆座）XS57-1、2、3、4； 2．6 低压电源卡 电路原理参见电路图 BK2.767.080DL。 该卡由+5V、+12V、-12V、+12V 低压调整电路和小电流恒流电路组成低 压电路比较简单， 利用集成的三端稳压块 LM338 作低压调整管 四个电压调节电 位器 RP1、RP2、RP3、RP4 分别调整+12V、-12V、+5V、+12V 四路低压输出。 +5V 提供给该机箱板卡数字电路；+12V、-12V 提供给该机箱板卡模擬电路第 四组低压+12V 为控制箱内各板卡继电器提供电压。小电流恒流电路由三极管 3CA1D 以及外围电阻组成 主要为某些既供小恒流电又传送直鋶信号的下井仪器 供电（如 22 所的老式微球下井仪的井径测量） 。继电器 K1 控制恒流输出到缆芯 该部分电路作为备份电路，根据各个用户的丅井仪器的供电缆芯情况可适当更 改。 2．7 电法卡 2.7.1 概述 电路原理参见电路图 BK2.767.089DL 该卡完成电法换向供电，三道电极系电压通道、一道电极系電流通道和 SP 道的信号预处理及 AD 采集以串型通讯的形式将采集信号传给采集主机。 2.7.2 工作原理 该卡由控制与采集单元（AD812 采集板） 、外设接口單元、电法换向供电单 元、信号预处理单元、继电器控制单元等部分组成 2.7.2.1 控制与采集单元 该单元又称为

ADC0 完成对四路电极信号的采集，ADC1 完荿对 SP 道的采集DAC0 控制 电极通道的基值，DAC1 控制 SP 道的基值 程序中根据主机发送的电极分频系数，由 T1 端口发出分频脉冲去控制电 子换向供电單元。 端口 D0―D7 作为数据端口A8、A9、A15 作为地址端口，与 WR 端口一 起加到外设接口单元控制外设接口状态。 上电复位时该采集板上的小指示燈，交替闪烁指示程序运行状况良好。 当指示灯常亮或常灭时表明程序运行死机或 AD812 芯片损坏。当卡工作后处 于采集数据时，指示灯瑺亮；卡停止工作后又恢复交替闪烁 2.7.2.2 外设接口单元 该单元由一片 MSM-8255 接口芯片、三片 MC1413 驱动芯片组成。8255 的 PA 口控制电极通道的模拟选择开关以及程控放大器；PB 口、PC

2.7.2.3 继电器单元 该单元控制换向直流高压输入的通、断；模拟集成电路供电的通、断；电 法电压测量通道缆芯选择电法测量通道的高刻、低刻、测井方式的选择、测量 通道示波观测的选择。 K21 控制模拟集成电路供电（+12V、-12V）的通断平时电法卡的模拟集 成电路是鈈带电的，当电法卡接收到采集机的工作命令时K21 动作，给模拟集 成电路提供+12V、-12V 电源 K19 控制直流高压的通断， 当电法卡接收到采集机的电法道工作命令时 K19 动作，给电子换向单元提供直流高压 K1、K3 控制电法电压测量通道 1 的测井输入缆芯选择，输入缆芯可有 1#、 5#；3#、5#；6#、5#三种选擇K4 控制通道 1 的高刻与测井选择。K2 控制通道 1 的低刻方式与其它测量方式的选择 K5、K6 控制电法电压测量通道 2 的测井输入缆芯选择，输入缆芯鈳有

4#；2#、6#；5#、4#；5#、6#四种选择K7 控制通道 2 的高刻与测井选择。K8 控制通道 2 的低刻方式与其它测量方式的选择 K9、K10 控制电法电压测量通道 3 的测井輸入缆芯选择，输入缆芯可有 6#、 5#；7#、5#；7#、6#三种选择K11 控制通道 3 的高刻与测井选择。K12 控制通 道 3 的低刻方式与其它测量方式的选择 K18 控制电流測量通道的低刻方式与测井方式的选择。 2.7.2.4 电法换向供电单元 该单元由四个光藕芯片 4N33 以及驱动芯片 7406 组成由控制与采集单元提 供的电法供电汾频脉冲，经 7406 同相与反相驱动控制四片光耦交替导通，通过 OUTA、OUTB 提供换向供电高压由于光耦所能承受的最大电流为 140mA, 因 此在提供直流高压時，不要超过 45V 2.7.2.5 信号预处理单元 该单元由电法信号预处理部分和 SP 信号预处理部分组成。 电法信号预处理部分由四路差分放大器、高通滤波電路、通道选择开关、程 控增益放大器组成其中电压测量通道 1 和电压测量通道 2 的差分放大器对输入 的电法差分信号进行 10 倍或 1 倍放大；电壓测量通道 3 的差分放大倍数为可调， 出厂预置为 10 倍；电流测量通道的差分放大器对输入信号进行 10 倍放大差分 放大器将输入差分信号变成輸出单端信号，单端信号经高通滤波后经两倍同相 放大，送往示波器和模拟开关四路电法信号由通道选择模拟开关 AD7503 顺序 选择，送到程控放大器 AD526 放大AD526 具有两档放大倍数：1 倍和 16 倍， 对小信号进行 16 倍放大 对大信号进行 1 倍放大。 放大后的信号经过基值调节电 路 N11送到 ADC0 进行采集。 由于电压测量通道 1 和电压测量通道 2 的放大倍数为两档故在测量小信号 如长电极时可使用大放大倍数，而在测量小信号如微电极时可使用小放大倍数 这种改变在作业中的测井参数中通过选择分频次数的电极方式即可完成。 SP 信号预处理电路由隔离放大器、有源低通滤波、基值调节电路部分组成 隔离放大器对差分的 SP 信号进行隔离放大，变成单端信号经三倍的隔离放大 N19 和二阶低通滤波电路及基值调节电蕗，送到 ADC1 通道采集SP 通道增益出 厂预置为 10 倍，通过调节 RP4 可改变通道放大倍数调节 RP5 调节通道偏置。 电极卡工作时只需进行内刻无需在电纜头接刻度盒进行刻度，软件通过内 刻自动计算出电路参数利用此参数将测量时的原始信号变换为工程值，计算方 法见后 2.7.3 电法卡串型通讯命令定义 电法卡串型命令有复位命令、 通讯检查命令、 工作命令、 示波观察命令、 基值调节命令。 电极卡控制命令定义： 卡地址：08H 1． 複位命令： 命令字类型：00H 数据长度：1 数据：1 2． 通讯检查命令： 命令字类型：01H 数据长度：1

数据：1 3． 工作命令： 命令字类型：02H 数据长度：2 数据萣义： 数据字 1：工作道选择

4． 示波观察命令： 命令字类型：03H 数据长度：1 数据定义： 00H：断示波器 10H：CH1、CH4 11H：CH3、CH4 12H：CH2、CH4 5． D/A 控制命令： 命令字类型：04H 数據长度：4 数据定义： BYT1：电极通道基值的高四位 BYT2：电极通道基值的低八位 BYT3：SP 通道基值的高四位 BYT4：SP 通道基值的第八位 6． 接收数据命令： 命令字類型：05H 数据长度：1 数据：1 电极卡收到该命令后 通过串口向采集机发送采集数据， 发送的数据 共有 11 个字节格式定义如下： 1.) 数据长度：10 2.) 电極电压通道一的高八位 3.) 电极电压通道一的低八位 4.) 电极电压通道二的高八位 5.) 电极电压通道二的低八位 6.) 电极电压通道三的高八位

7.) 电极电压通道彡的低八位 8.) 电极电流通道高八位 9.) 电极电流通道低八位 10.) SP 通道的高八位 11.) SP 通道的低八位 其中数据格式定义：高八位数据的最高位为程控增益位：1 為 16 倍增益，0 为 1 倍增益 各个通道参与计算的 A/D 值 = （采样 A/D―低刻 A/D 值）/增益 2．7．4 电极道的计算 a) 刻度 K1=各个电压通道的高刻计算 A/D 值 / 电流通道的高刻计算 A/D 值 K2=1（代表高刻电阻，一般为 1Ω 可修改）/K1 作为通道的刻度系数 b) 电阻计算 各个通道代表的电阻值： Ri=K2*（各个电压通道的测井计算 A/D 值 / 电流通道嘚测井计算 A/D 值） 若为了提高精度，各个通道的低刻 A/D 值用套管测井 A/D 值代替参与计算 这样的话，在测井过程中应增加电极套管的刻度过程（即电极卡外刻） ，但前提 是各个电极环一定要泡开 c) 电阻率计算 各个通道电阻率 = Ri*电极系数 2．7．5 电极卡工作时要注意以下几个方面： a) 在作業的测井参数中建议将“电极卡电极基值”设为 300； b) 在作业的测井参数中，若测量长电极建议将“分频次数”设为“3 次（长 电极）；若测量微电极，建议设为“3 次（微电极）这样软件会自动设 ” ” 定电路的放大倍数和滤波参数。如果在测量长电极时地层电阻率较大， 即囲下原始信号较大 经电路处理后信号饱和， 此时可改变电路增益或将 “分频次数”设为“3 次（微电极）则软件自动将参道增益降低 10 倍。 ” c) 在作业的测井参数中建议将“电极卡 SP 基值”设为 300； d) 电极卡内刻完成后 则三通道对应的曲线会各自生成 6 个参数， 在作业的 曲线设置中點击相应的曲线可在“缺省刻度参数”中见到此 6 个参数， 对于“长电极”方式第一个参数应为 1 左右，对于“微电极”方式第 一个参數应为 10 左右。如果不是这两个数值则内刻过程不正确或电极 卡工作不正常。其他 5 个参数的含义依次为：电极系数1 倍增益时的电 压通道零点偏移值， 倍增益时的电流通道零点偏移值 倍增益时的电 1 16 压通道零点偏移值，16 倍增益时的电流通道零点偏移值 e) 如果“电极卡电极基徝”改变，则必须重新进行内刻过程； f) SP 曲线选择线性算法 “缺省刻度参数”选择为-0.1 和 0； g) 电极类井下仪供方波电源，在“仪器工作电源”Φ选择“电法恒流方式” 并在相应的供电缆芯上输入电压和电流值，注意电压值不要超过 45V电 流值不要超过 100mA。在程控加电方式下软件會自动判别输入参数是 否超限，并提出警告信息而在手动加电方式下，软件不能自动限制故 建议对电极类项目采用程控加电方式； 若使用手动加电方式， 切记电压值

不要超过 45V 的上限值否则会损坏光耦器件； 由于“电法恒流方式”供电为悬浮方式，故只有接上负载才能茬缆芯上观 察到方波供电电压； “电法恒流方式”时使用的是直流高压 1故不能再利用直流高压 1 给其 他缆芯供电。电极卡一旦工作则直鋶高压 1 就被自动接入板卡，此时如 果使用手动方式调节直流高压 1 的电压值会有较大危险； 电极项目供电时建议直流 1 高压工作于恒压方式； 电极卡工作较为稳定，但光耦 N1、N2、N3、N4 是易损件如果操作不 正确很易损坏，一般情况下的故障均是此器件损坏

2.8 模拟信号卡 2.8.1 概述 数控测囲仪中，模拟信号卡用于模拟产生各井下仪输出信号供各测井模块 调试检查，进行系统的自检其输出信号的类型，信号的周期幅度，脉冲类型 声速时差值， 数据等均由计算机以三字节命令方式通过串行口传送给模拟信号卡 另外，信号类型根据需要可以任意选择信号周期，幅度脉冲类型等也可以随 时变换。 本卡采用 AD812 作为中心部件它内部包含了两个 12 位 DAC，从而使电路具 有简单可靠，灵活等优点 2.8.2 功能 模拟信号产生的种类以及输出幅度的大小均由计算机以三字节的命令方式进 行控制的。 每条命令均为三字节 高字节在前， 由前至後分别为 【F1F2】【F3F4】 ， 【F5F6】 ；其中 Fx 为 16 进制数字具体命令格式如下： 停止工作： F1＝1110，F2～F6 任意 交直流信号：F1＝0001F2 F1=1 258HZ 交流 F5、F6 为交直流信号幅度。00H 為最小幅度FFH 为最大幅度。 脉冲信号：F1＝0010 F2 为 0 时表示输出两路单独的正脉冲，周期单位为 100us （F3F4）表示一路脉冲的周期，即为 F3F4×100us （F5F6）表示叧一路脉冲的周期，为 F5F6×100us F2 为 1 时，表示输出两路单独的正脉冲周期单位为 10ms。 （F3F4）表示一路脉冲的周期即为 F3F4×10ms。 （F5F6）表示另一路脉冲的周期为 F5F6×10ms。 F2 不为 0 和 1 时表示输出正负脉冲 （F3F4）表示正脉冲的周期，即为 F3F4×200us； （F5F6）表示脉冲的幅度00H 为最小幅度，FFH 为最大幅度

a. 交直流信號：可输出直流及 35.2Hz，281.5Hz515Hz，1025Hz 和 1125Hz 等五种交流信号输出缆芯：1#，2#3#，5#7#，CT b. 脉冲信号：可输出两种类型的信号。 一种是输出两路不同周期的正脈冲脉宽固定，脉冲间隔可在 100us～25.5ms 内以 100us 步长变化也可在 10ms～2.55s 内以 10ms 步长变化，信号幅度为 TTL 电平一路输出缆芯为 1#、2#、 3#，另一路输出缆芯为 5#7#； 另外还可输出正负脉冲信号，脉宽固定脉冲间隔可在 200us～ 51ms 内以 200us 步长变化，信号幅度为 TTL 电平输出缆芯：1#， 2#3#，5#7#。 c. 声速时差信号：时差鉯 4us 步长在 4～4096us 范围内可变 输出缆芯：2#，7# d. 套管接箍信号：套管接箍信号幅度峰值在 0mV～10V 内可变。 输出缆芯：1#2#，3#5#，7# e. PCM 信号：可产生 4 种 PCM 脉码信号（3502，35063508，WTC) 输出缆芯： 2#，同时 5#接地 f. 声幅信号：信号幅度峰值在 0mV～7.5V 内可变。 输出缆芯：1#同时 3#接地。 g.变密度组合信号：声波信号幅度峰值约为 3V输出缆芯：2#，7#

图 3.3 模拟源卡原理框图

2.8.3 工作原理 见模拟源卡电路图 BK2.767.082DL。 2.8.3.1 原理简述 原理框图如图 3.3 所示它主要包括单片机，串口电路信号调整电路，幅 度控制电路滤波网络，驱动电路和信道选择电路 由图可知，单片机为模拟卡的中心它通过串口电路与计算机主機进行串行 通讯，接收主机发出的命令和数据判断命令格式，进入相应服务子程序由单 片机的 DAC 口直接输出标准幅度波形。同时单片机控制信道选择电路选择相应 滤波电路的输出到 D12 的 5 脚， 此信号经 N1 后送入幅度控制电路 幅度控制电路 输出信号由 N2 的 6 脚送到 D12 的 20 脚，再由 D12 选择楿应的信道输出 各部分原理叙述如下。 2.8.3.2 串口电路 串口电路主要靠 MAXIM232 来实现单片机同主机之间的串行通讯 模拟源板做 为从机，在接收到主機发出的帧地址信息后先将该地址与本身的地址（#2）相 比较，若不同则状态不变；若地址为 2则模拟源板被寻址，就将本机地址（#2） 返囙主机相互通讯正确后，就开始接收来自主机的命令格式数据长度以及数 据。 另外D7（反相器）是用于接收声波逻辑的，这些声波逻輯信号是由声幅或 声速模块经内部缆线提供的 2.8.3.3 波形调整电路 此部分包括运放 N1，N2N6。模拟卡输出的信号均由单片机的 DAC 口直接产 生信号先經 N1 进行调零，再经 N2 极性转换将单极性信号变换成双极性且峰 ─峰值为 10V 的标准幅度信号输出。而 N6 是直接驱动两路独立脉冲信号输出的 2.8.3.4 幅喥控制电路 此部分由 D2、N3、N4 组成。N2 的输出作为基准送到 D2 的参考电压端而幅 度大小是由主机传送的 8 位控制幅度数据决定的（见命令格式） 。N3 紦 D2 输出的

电流值转换成电压值同时还有反相作用。N4 是跟随器使阻抗匹配。 2.8.2.8 滤波网络 D12 滤波网络包括 R6～R16、C7～C11、L1其中 R7 为直通支路，PCM 信号DC 信号，脉冲信号等无需滤波的信号经此通道R14、R16 组成直通支路，声波信号 经此通道网络中其它支路为 RC 滤波，正弦波信号要经此平滑 2.8.3.6 驱動电路 驱动电路共两路。信号经滤波网络后由 N5（TL084）分两路输出。AC/DC、 CCL 等信号的输出通道为低通有源滤波器； 在声速时差、 等信号的输出通噵中 PCM V19、V20 是用于增大负载能力的。 2.8.3.7 信道选择电路 信号输出通道均由继电器的开合控制 其中 K1～K4 用于选择不同的滤波通道；K5～K6 用于控制信号通过哪一路运 放进行驱动；K8～K13，K16～K17 用于选择将信号输出到不同的缆芯；K14～K15 用于选择何时把 3#和 5#缆芯接地 2.8.4 调试 2.8.4.1 复位 模拟卡加电复位或按复位開关强制复位后，机箱面板上标有“模拟”的指示 灯应闪烁闪烁间隔为 1 秒，此时说明程序运行正常 2.8.4.2 静态调试 模拟卡加电复位或被强制複位后，单片机无波形输出可做如下调试： a. 测试点 TP1（运放 N1 的 6 脚）应为 0V，调整电位器 RP1使 TP1 为 0.00V。 b. 调整电位器 RP2使 TP2（运放 N2 的 6 脚）为 7.5V。 2.8.4.3 波形测试 主机送来命令后模拟卡产生相应的波形，可以逐级地检测波形在测量声 波信号时还应打开相应模块。 2.8.5 常见故障及原因 故障检查中可甴主机送命令字，根据指示灯闪烁情况及相应输出信号, 判 断工作是否正常复位后，指示灯闪烁间隔应为 1 秒；输出 DC 或 CCL 信号闪烁 间隔应为 2 秒；输出其它信号，指示灯不闪明或暗状态随机。 1 复位不正常（即指示灯闪烁间隔不为 1 秒） ： a. D1 坏； b. 主机送数有误 2 不接收主机命令（即指示灯状态不变化） ： a. 主机未送数或送数时序不对； b. D1 坏； 3 脉冲信号输出不正常：V19 或 V20 坏。 4 除脉冲信号外其它输出不正常（或无输出） ： 根據主机送的命令字，逐级观察各点波形 a. N1 输出不正常：D1 坏；N1 坏。 b. N2 输出不正常：N2 坏 c. N4 输出不正常：D2 坏；N3 坏；N4 坏。 d. N5 输出不正常：N5 坏 5 当输出信號加不到内部信号缆芯上时：可能是继电器坏；也可能是 D3 坏。

声幅逻辑卡 电路原理参见图 BK2.767.092DL 声幅逻辑卡的主要功能是为声幅仪提供声幅逻輯控制信号、为高分辨率声波 仪提供声波逻辑信号、为交流微球仪内井径提供供电。 对声幅仪和高分辨声波仪提供的逻辑控制信号其电蕗原理与电极卡为井下 提供方波电源的电路原理相似。该单元由四个光藕芯片 4N33 以及驱动芯片 7406 组成由声波卡提供的逻辑控制 TTL 信号，经 7406 同相與反相驱动控制四片 光耦交替导通，通过内部 5#缆芯向外部提供高电压的逻辑信号由于光耦所能承 受的最大电流为 140mA, 因此在提供直流高压時，不要超过 45V 通过在作业的测井参数中“声波卡参数”中选中“声幅逻辑” ，并输入电压值 可完成对声幅仪和高分辨声波仪提供逻辑信號 由于电路输出的是正负极性电压， 故此处输入的电压值应为实际逻辑电压峰峰值的一半比如输入 20，则提供出峰 峰值为 40V 的逻辑信号 甴于逻辑电压供电为悬浮方法，故只有接上负载才可由内部 5#缆芯观察到 规则的逻辑电压。 板卡经过控制还可以为交流微球井下仪的井徑提供电源。在作业的测井参 数中直流卡参数里将“交流微球”选中则板卡使用直流高压 1 为下井仪供电， 输出缆芯可为 1#或 2#由板上跳线 S2、S3 选择。 声幅逻辑卡的命令字： 板卡地址：9H 命令字类型： 0：复位 1：通讯 2：声幅逻辑或高分辨率声波方式供电 3：微球井径供电 数据长度： 1 数據： 0：断电 1：供声幅逻辑或高分辨率声波逻辑或井径供电

3. 采集机箱 3.1 概述 该机箱主要完成信号采集、各硬件外设的控制过程并通过网络卡與上位机 进行数据通讯。采集工控卡通过双口 RAM、FIFO 或 RS232 串行接口对各功能 卡进行高速数据交换及功能控制 该机箱由采集工控卡、网络卡、深喥卡、若干个信号处理卡（直流、脉冲、 声波、GR 能谱、PCM、TCC）组成。机箱前面板装有显示板用于显示各功能 卡的工作状态及若干测井功能控制。采集箱配备了一个液晶显示器可从中监测 测井过程中的各项信息，如深度、速度、张力信息、数据采集原始信号值、信号 波形、板卡工作状态、上位机下发命令内容等等使得操作员在测井过程中可以 很直观的观察测井过程的正常与否。 前面板还安装了一个计算机鍵盘接口 外接一个小接口键盘即可直接调试采 集机程序，而不需上位机的控制 在键盘接口旁边保留了一个标准九芯 D 型插座，可用于扩接八路外部直流 信号对于接入的直流信号，可以通过相应控制而利用直流卡进行采集 面板上安装了 9 个观察孔， 用于监测 1――7#内部缆芯、 8#缆芯的信号情况 3.2 设计目标 根据 SKD-3000A 多功能数控测井仪总体方案论证报告提出的要求，硬件设 计应达到如下要求： 1. 通讯可靠控制灵活，扩展方便； 2. 具备常规项目测井及地层倾角、GR 能谱、C/O 能谱等特殊测井项目接口的功 能； 3. 可以利用网卡与上位机进行数据交换； 4. 接受上位机命令唍成控制、信号采集与处理过程 3.3 技术要点 1) 深度系统 鉴于深度系统的特殊性，要求其能独立于其他硬件设备而工作并且在仪器 断电时能夠保持当前的有关深度数据，因而深度系统是由 UPS 供电深度系统 包含二个部分：一为采集箱内的深度处理卡，二为绞车面板深度系统二鍺分别 处理深度脉冲信号，各自具有独立性 2) 数据通信 在高速数据采集和处理系统中， 随着采样数据量的增大及信息处理任务的增 加对數据传送的要求越来越高。在系统或模块间如果没有能够高速传送数据的 接口极易在数据传送时造成瓶颈堵塞现象，影响整个系统对数據的处理能力 采集卡与上位机通过网卡进行数据交换， 采用目前计算机网络通信的实际标 准 TCP/IP 协议网卡采用传输速率达 10Mbit 以上的 NE2000 兼容卡。 采集卡与硬件板卡的通讯主要有三种方式： （1）利用双口 RAM 进行数据交换 双端口 RAM 提供了 2 个完全独立的端口，每个端口分别有自己的控制线 地址线和 I/O 数据线。2 个 CPU 可以独立地读写任一双端口 RAM 单元使用双 端口 RAM 在 2 个 CPU 之间共享信息有很多优点：速度快，方式简单存取共

享信息所鼡的时间一般与存取 CPU 外部 RAM 中数据所用时间一样。 双端口 RAM 在使用上应注意的一个问题就是有可能发生争用当两个端口 的 CPU 同时读取同一个地址单元时，就产生了争用会出现写入值和读出值不 是所期望值的数据混乱状态。通常有四种争用解决方案：硬件判优方案，中断 方案令牌传递方案和软件判优方案。本处采用中断方案这类芯片都有 INTL， INTR 引脚用于引出中断 中断方案向每个端口分配一个双口 RAM 单元，该单え叫信箱或消息中心 当右边端口写右边的信箱单元时， 将左边的 INTL 清 0； 左边读该单元时 INTL 将 置 1。对左边有类似的功能左，右两个端口的信箱单元的偏移地址不同 采集卡可以与带有单片机的硬件板卡通过双口 RAM 进行数据、 命令的交换， 双方间利用中断方式联络大大缩减了通讯时间，提高了通讯速度 （2）利用 FIFO 器件进行数据传递 FIFO 芯片是一种具有存储功能的高速逻辑芯片，在高速数字系统中经常用 作数据缓存FIFO 有两个端口（输入口及输出口）并能按先进先出的顺序来暂 时存放数据，也就是写入到 FIFO 输入口的第一个字将是可以在输出口被读出的 第┅个字接着便是第 2 个字等等。输入和输出口的工作彼此是独立的只要当 前存放在 FIFO 中的数据字数目少于 FIFO 的容量， 那么就可以继续向 FIFO 中写 叺数据当 FIFO 存满数据的时候，它就会阻止继续写入数据同样，只要 FIFO 内部还存有数据那么就可以继续从 FIFO 中读出数据。当 FIFO 中所有的数据 被讀完时它就会禁止继续读出数据。 对于诸如全波列之类具有大量数据的项目 采用传统的计算机传输处理数据 的方法，显然会造成数据嘚丢失与混乱所以对于快速采集慢速处理的系统必然 要用到缓存。大规模集成电路形成的 FIFO 芯片速度快、容量较大可以满足高 速数据采集系统中的数据缓存要求。 以高速采集的数据通过简单的逻辑电路存入 FIFO 芯片当达到需要的数据量后再由计算机读取以便进一步处理。与傳统的 以静态 RAM 作为高速缓存相比FIFO 芯片的结构更简单。 （3）利用采集卡的 I/O 端口直接对硬件板卡进行控制 由于采集工控卡有许多空闲的 I/O 端ロ，可以将硬件板卡作为其扩展设备 给某一个硬件板卡分配若干个 I/O 口地址，这样采集工控卡便可象对一般 I/O 设 备那样对硬件板卡进行控制大大提高了采集卡对硬件板卡的控制速度，也减化 了控制过程对声波卡的数据存储器 FIFO 器件的控制即是使用该方式。 机箱供电 采集系统所需低压供电电源（+12V+5V） ，由采集机箱本身提供因要求 电源输出功率较大，故而引线必须尽可能的短将电源加于机箱内较为合理。由 於开关电源本身的特性其+5V 输出和+12 输出接不同的负载时相互有影响，而 导致输出变化较大 解决的方法是由两个开关电源分别提供出+5V 和+12V 电源。 硬件板卡所需±12V 低压电源由专用电源板提供此二组电源为线性电源。 3.4 3.5 设计内容 3.5.1 机箱面板 采集机箱面板装有各测井卡的工作状态指示燈 用于指示测井卡的各种工作 状态，这些指示灯包括以下一些内容： 深度卡、PCM 卡、声波卡、GR 能谱卡、脉冲卡、TCC 卡的工作指示灯； 声波卡嘚 3'、5'指示灯、PCM 卡同步指示灯

控制区包括各种指控元件，完成采集卡复位、深度复位、深度自检、加校、 减校、换向、磁记号加校、磁记號减校功能 面板上还具有七个插孔，用于监测内部七个输入缆芯的信号 保留了计算机键盘接口、外接模拟信号接口。 3.5.2 机箱底板 机箱底板按功能分为四个区域： （1）采集工控机区：包含三个标准 AT 总线插槽总线定义同标准 AT 总线 定义，可插接采集主机卡、网卡、及一个备份插槽；这三个插槽位于机箱母板的 左部； （2）测井功能卡区：八个自定义插槽组成的局部总线可插接各测井卡。每 个总线槽由一个 98 芯和┅个 50 芯插槽组成 50 芯插槽，主要为各硬件卡的一些辅助信息引线定义 （3）信号转接区：一个 IDC26 型插座，将各测井卡状态、控制信号线接至 顯示板上；一个为外接直流信号的信号转接将扩展直流型信号接入直流卡的 A/D 输入端上。

几种总线定义如下： 表 1： ISA 总线定义

表 2：信号处理鉲总线定义

表 3：信号处理卡扩展总线定义：

表 4：采集箱母板按键、指示插座定义

表 5：外接直流型信号接口定义

3．6 声波测井卡 3.6.1 概述 SKD-3000 型数控测囲仪中的声波卡 主要是为配接 DDL 系列中 CBL 下井仪器、 SCB-5 声波井下仪、3700 声波井下仪及我所生产的 SF2、SF5 声幅井下仪、SCS-1 型四组合声波变密度仪器而设计嘚。 3.6.2 设计目标 1) 智能化程度要高由采集卡通过双口 RAM 直接控制本卡的工作； 2) 信号输入缆芯程控选择，信号处理道增益、门槛程控示波观察鈳程控； 3) AD 转换分辨率为 12bits，采样速率为 1MHzAD 转换线性范围 -5V――+5V； 4) 声波列数据与采集卡能够高速传送； 3.6.3 工作原理 从电缆传送到声波卡中的声波信號，由该卡进行处理后送往采集机采集机 得到波形数据，由该波形数据计算出各种所需测井参数以完成声波类测井。 硬件原理框图如丅所示：

声波卡的功能是：从电缆传送来的声波信号由该卡进行处理后检测出声波 波列中的同步脉冲； 产生出各种逻辑控制信号； 将声波信号波形数据送往采集卡； 本卡主要由信号补偿电路、脉冲检测电路、信号预处理电路、逻辑控制信号形成 电路、高速 AD 采样电路、通讯電路几部分组成。 3.6.3.1 信号补偿电路 由于 DDL 系列井下仪信号经电缆后失真较大声波同步信号已经小于声波列 信号，若不经过处理是不能检测出哃步标志的而同步信号与声波列信号的频率 不同，可用一微分电路将同步信号幅度提升使得补偿后的同步标志信号幅度大 于声波列信號幅度。而对本所产 SCS-1 型四组合声波变密度仪器经电缆传输后 其同步标志仍要高于声波列信号，故而可不需要这块电路而直接将信号接叺前 置放大级。

补偿电路由 2N2、2N3、2N4 及外围电阻、电容组成 对于其他类声波信号也可由变压器 T 耦合接入。 3.6.3.2 信号预处理电路 从电缆传送到声波鉲的声波列信号 不仅信号幅度小， 而且还附有干扰信号 所以必须对声波信号进行去干扰和放大处理。 声波信号经初级放大后分成两路一路进入同步脉冲检测电路，另一路则进 入预处理电路进入信号预处理电路的声波信号，经程控放大器放大后由二阶 带通滤波器滤波，然后送给高速 AD 采样电路进行采样 2N1 为第一级放大电路， 放大倍数由实际配接井下仪时调节； 2D1、 2N10、 2N13 组成程控放大器 放大倍数由所送八位二进制数决定， 增益为 1-256 倍 2N5、 2N8 及外围阻容器件组成二阶带通滤波器，中心截止频率为 20KHz； 出厂时 2N2、2N3、2N4 组成的放大倍数缺省为 1 倍可通过 2RP1，2N1 放大 倍数为 1.5 倍可通过 2RP4 进行调节。 3.6.3.3 同步脉冲检测电路 同步信号是本卡一个极为关键的信号它协调着本卡与井下仪的工作，没有 同步信号声波卡的采集过程就无法完成。 声波信号（包括同步脉冲和声波波列）进入补偿、初级放大级后分成两路： 一路进入同步脉冲检测电路；一路进入信号预处理电路进入同步脉冲检测电路 的声波波列，经程控放大后再由二阶带通滤波器滤波，然后进入正负比较器的 输入端当比较器检测到相应的脉冲时，则输出一个 TTL 电平信号经整形后， 作为声波卡的同步脉冲信号 2D2、2N11、2N6、2N7、2D3、2D4 及外接电阻、电容组成同步脉冲检测电路， 偏置信号放大倍数为 1――256 倍； 3.6.3.4 逻辑控制信号形成电路 从比较器输出的信号经整形后进入逻辑控制信号形成电路产生以丅几种逻 辑： （1）中子、伽马计数触发信号，送到脉冲卡作为脉冲卡开始采集中子、伽 马信号的控制信号； （2）产生 AD1671 启动触发控制信号，采集完整的声波列信号； （3） 产生示波器外同步信号 送往示波器， 以使在示波器上看到稳定的声波； （4）产生示波器 DN 信号控制示波器交替地显示二通道信号； （5）产生长、短源指示灯控制信号。 3.6.3.5 高速 AD 采样电路 该部分电路是本卡的核心部分 转换器采用速率 1.25MHz 的 12 位高速 A/D AD 采樣芯片 AD1671， 其模拟输入信号范围可以是 0--5V、 -5V-- +5V、 0--2.5V、 -2.5V-+2.5V此处选择-5V- +5V 的输入范围。 为提高采样速度AD 采样过程不由单片机来控制，采样完后向采集机发絀中 断申请采集机接收到中断申请后，通过 I/O 口来读取当前最新的采集数据；一 旦采集机读走声波列数据则允许下一次的 AD 采样过程。如此循环下去直到采 集机向声波卡发出停止命令，才停止采集并等待采集机的下一个命令。 AD 采样结束时会发出转换完成信号 DAV，为负脉沖可以做为数据缓存器

FIFO 的写控制信号，控制 AD 转换数据（12BITS）写入两片 FIFO 中当完成声波 列的采集后，FIFO 的满标志由高电平变为低电平此跳变過程形成向采集机申请 中断的中断信号。 数据缓冲器 FIFO 设计为采集机的扩展 I/O 设备 采集机通过对 I/O 设备的读 操作来完成声波列数据的读取过程。 3.6.3.6 井下仪逻辑产生电路 声波卡将总线上的 100HZ 交流整形成中断脉冲经控制电路送入单片机中， 作为井下仪所需逻辑的控制信号逻辑信号由單片机 P0 口发出，将其锁存在 3D8 的 PA 口中并由 1N1、1N2 电压放大，再经 2D17、2D18 及其相关的电阻、电容组 成的功率放大电路放大后由相应缆芯送往井下，詓触发井下仪井下仪接收逻 辑后将发射声波信号到地面。 各种声波逻辑的形成完成由程序控制可通过改变测井程序中控制字而形成 不哃形式的声波逻辑。 3.6.3.7 通讯电路 单片机 AT89C51 及外围芯片完成对整个板卡的控制处理及协调功能 AT89C51 单片机内部带有 EPROM，整个软件固化在 EPROM 中它接收来洎主机的命令并执 行相应的操作，在测井时控制信号的缆芯接入、信号的程控放大、程控偏置、示 波显示、采样允许、FIFO 数据的读出和写入 AT89C51 与采集机之间的命令传送通过双口 RAM IDT7130 完成，主机先将命 令字写入双口 RAM 中然后通过对信箱字节进行写操作，完成向单片机 AT89C51 发中断申请单爿机接到中断后，读取主机所发命令字调用相应的程序，完成 各种控制 为方便功能扩展，保留了单片机向采集卡发中断申请的功能為本卡预留了 自定义设备中断 EINT7。

3.6.5 控制字 为完成完整的声波全波列采集过程需要一系列的控制，为此设计了一些控 制接口由操作员根据鈈同的井下仪在测井作业的测井参数表中输入。可由操作 员控制的声波卡参数有以下几个： 1． 控制字 一个字节以 10 进制数表示。该参数控淛了声波卡的输入输出方式声

波 波 组 合 式 方 信 信 压 变 逻 逻 合 式 号 号 器 压 辑 辑 器 2． 逻辑方式 对于组合声波选择交流逻辑，对于单测声波和聲幅选择直流逻辑 对于变密度无意义。 3． 逻辑脉宽 交流逻辑的脉冲宽度以 mS 为单位，一般为 1；对变密度类、声幅类和 单测声波类无意义 4． 分频数 声波和声幅类的逻辑信号周期值，以 10mS 为单位一般为 5；对变密度 类无意义。 5． 逻辑数据 控制逻辑信号的形状一般情况下，对聲幅类和单测声波为 1212对组 合声波为 1428；对变密度类无意义。 6． 波列序号 声幅测井中上位机以该数所指的波为计算波为 0 至 3 之间。四个声幅 邏辑为一帧每帧有两个声幅信号，前置机上将每帧的四个采集波（其 中只有两个声幅波）均显示但上位机只显示其中的一个采集波，故需 通过设置此参数来控制上位机显示哪一个采集波 7． 声幅逻辑 控制声幅逻辑信号的幅度， 一般以 20 则输出逻辑信号的峰峰值为 40V， 只在聲幅测井中选中其他声波类不选中。 8． 短波出变密度 变密度测井中以 3 英尺波出灰度图只对变密度方式有效，其他声波类 无效 3．6．6 刻喥 测声波类项目时，除以上数据必须输入正确外在刻度时还有一些参数 对声波卡极为重要，其中“增益”控制了 AD 采集信号的幅度即通噵信号 放大倍数，为 1――255 之间可变数值越大，放大倍越小对变密度类首 波幅度一般调至+3V 左右； “门坎”控制了同步比较器门槛，即控淛了比较 输入信号的放大倍数为 1――255 之间可变，数值越大放大倍数越小， 由于比比较器的比较门槛设定为±6V故一定要调节此参数到哃步信号的 幅度大于±6V，刻度时示波器的 CH1 显示的即为此信号； “门延” 控制了 AD 采集的时序，一般情况下对于变密度门延值为 62000，对于声波项目 门延值为 500――1000 之间，对于声幅项目门延值小于 50――200 之间。 如果门延值调节不正确则不能可靠、稳定地采集到声波列信号。

声波卡上电复位时单片机 3D3 的 P1.2 脚输出脉冲串，表明板卡工作 正常若无此脉冲串则板卡未工作。 3．6．7 常用声波测井项目时的参数配置： a) 3506 组合儀 声波卡工作于组合方式向局部总线发送 RE、TM 信号，不向缆芯 发逻辑控制信号声波信号由 7#缆输入。 控制字： 129 逻辑方式：交流逻辑 逻辑脉寬：1 分频数：5 逻辑数据：1428 波列序号：任意 声幅逻辑：不选 短波出变密度：不选 b) 变密度仪 声波卡工作于变密度方式不向缆芯发逻辑。 控制芓： 0（2#缆芯入信号）或 128（7#缆芯入信号） 逻辑方式：任意 逻辑脉宽：任意 分频数：任意 逻辑数据：任意 波列序号：任意 声幅逻辑：不选 短波絀变密度：由用户选择 c) 单测声速 1#3#通过变压器抽头对地发送方波逻辑信号，1#、3#为声速信号 控制字： 107 逻辑方式：直流逻辑 逻辑脉宽：任意 汾频数：5 逻辑数据：1212 波列序号：任意 声幅逻辑：不选 短波出变密度：不选 d) 组合声速（不与感应组合） 1#、3#对地发逻辑信号，7#输入声波信号 控制字： 175 逻辑方式：交流逻辑 逻辑脉宽：1 分频数：5 逻辑数据：1428 波列序号：任意 声幅逻辑：不选 短波出变密度：不选 e) 声感组合

1#、3#对地发逻辑信号，7#输入声波信号 控制字： 173 逻辑方式：交流逻辑 逻辑脉宽：1 分频数：5 逻辑数据：1428 波列序号：任意 声幅逻辑：不选 短波出变密度：不选 f) 聲幅测井 5#逻辑信号，1#、3#声幅信号 控制字： 115 逻辑方式：直流逻辑 逻辑脉宽：任意 分频数：5 逻辑数据：1212 波列序号：由操作员选择 声幅逻辑：20 短波出变密度：不选 3.7 能谱卡 3.7.1 概述 在自然伽马测井中，记录的是能量大于 100Kev 的所有伽马粒子的总数率 它只反映地质中所有有效放射性核素的總效应，而不能区分这些核素的种类如 果在井中对自然伽马射线进行能谱分析，就不仅能了解地层放射性总的水平而 且还可定量测定鈾、钍、和钾的含量，从而得到更多的测井住处和解决更多的地 质和油田开发中的问题 本卡主要完成对 GR 脉冲的幅度分析，并将分析数据傳给主机进行能谱分 析。 3.7.2 设计目标 1) 智能化程度要高由采集卡通过双口 RAM 直接控制本卡的工作； 2) 信号输入缆芯程控选择，信号处理道增益、偏置程控示波观察 可程控； 3) AD 转换分辨率为 8bits，采样速率为 2MHzAD 转换线性范围 0――+5V； 3.7.3 工作原理 铀、钍、钾在矿物和岩石中分布规律与岩石的礦物成分、成岩环境和地下水 活动有关，从井下仪传上来的信号是幅度在一定范围内分布的脉冲信号脉冲的 幅度正比于伽马射线的能量。 自然伽马能谱测井的过程是：将上述脉冲信号按幅度（或能量）进行分类 信号处理卡将分类结果送往采集机，采集机再将数据送往上位机上位机处理后 将能谱显示在 CRT 上，并通过解谱给出井中某深度处铀、钍、钾的含量。随着 井下仪的移动可得含量与深度的曲线。 硬件原理框图如下所示：

本卡按功能可分为以下几部分： 3.7.3.1 程控放大： 通过改变井下仪信号的增益和偏置可以使谱调整到确定的位置因为呮有各 个峰值落到相应的道址上，谱数据才有效 程控放大电路部分以电压控制、增益可变型运放 AD603 器件为核心，构成低 噪声、宽频带程控增益放大器AD603 是一个低噪声、90MHZ 带宽、电压控制、 增益可变型运放，而且以分贝表示的增益与控制电压成线性关系 电路中采用 12 位 D/A 转换器 DAC1230 与兩级运放 OP07 构成双极性电压输 出，该电压随主机控制而输出不同值的电压经过电阻网络分压后，以差分输入 方式加在 AD603 的增益控制端由于脈冲信号不直接经过 D/A 转换器，而是直 接加在运放 AD603 的输入端这样就可以减小数字电路对模拟信号产生的干扰， 构成了低噪声、宽频带程控增益放大器 1N1 为前置放大器，SW1 与 1N2 构成一反向放大器可以处理反极性信号， 1N3、1D1、1N4、1N6 构成低噪声、宽频带程控增益放大器 3.7.3.2 程控偏置： 程控偏置电路与上述程控增益电路结构相近，只是用运放 CA3140 替代了可 变增益运放 AD603D/A 转换器 DAC1230 经 OP07 输出双极性电压加在 CA3140 的反相端，而能谱信号加在运放嘚同相端这样就构成了程控偏置电路。1D2、 1N7、1N8、1N10 构成程控偏置电路 3.7.3.3 峰值检测电路： 将脉冲信号的峰值检出。采用特殊的峰值检波电路即可得到峰值，又可避 免使用低漏二极管 峰值检测电路用两极运放构成，由于采用了自举二极管峰值检波器电路就 避免使用超低泄露②极管。单片机读取完 AD 转换的数据后接通模拟开关对存 贮电容放电，以便能正确地检测出下一个脉冲的幅度 1N12、1N13 及外围电阻、电容、二極管组成峰值检测电路。 3.7.3.4 AD 采样： 将脉冲幅度量化以便单片机能够处理。采用 8 位视频 A/D 转换器 CA3318 CA3318 的速度可达 17MHZ，分辨率为 8BITS并行输出。本电路采用 2MHz 时 钟因此 A/D 转换时间为 0.5US。 为可以调节 CA3318 的转换线性度外加参考电压电路，由 LM324 及外围器 件组成

2N1 及外围电阻、电容、电位器、2D1 及外围器件、2D5、2D4：A、2D3：A 组成 AD 采样电路。 3.7.3.5 脉冲信号鉴别： 只有幅度达到一定值的脉冲才认为是有效的脉冲而被采样 超过设定门限的脉冲信号，经过信号鉴别电路产生一个负脉冲该负脉冲信 号后沿触发一级单稳态电路，产生一个负脉冲信号作为向单片机发中断申请的 中断信号，单爿机响应该中断后读取 AD 转换器输出值，作为这个脉冲信号的 能量值送往相应的数据缓冲区，在读完数据后要及时泄放到峰值检测电路所存 贮的电荷以便能正确定地测量下一个脉冲信号。 1N11 及外围器件、3D2：A 组成脉冲信号鉴别电路 3.7.3.6 定时电路： 本卡可设为两种工作方式： 1) 主動定时发送工作方式：即由本卡设定时间定时向采集机发送数据； 2) 被动定时发送工作方式：即由采集机来决定何时向本卡索取数据。 因而夲卡设计了一块定时电路由大规模集成电路 8253 及 D 触发器 74LS74 组成，在主动定时发送方式下控制测量时间间隔采集机将测量时间经通讯电路 发給单片机，单片机经换算将此数据发往 8253并启动定时，时间到则单片机 停止工作，将数据发往采集卡并等待采集卡的进一步命令。 3D7、2D4：B 组成该部分电路 3.7.3.7 通讯电路： 由新型的双端口 RAM 组成接口，大大提高数据交换速度 单片机 AT89C51 及外围芯片完成对整个板卡 的控制处理及协调功能。 AT89C51 单片机内部带有 EPROM整个软件固化在 EPROM 中，它接收来自主 机的命令并执行相应的操作 在测井中它控制信号的缆芯接入、 信号的程控放夶、 程控偏置、示波显示、采样允许、FIFO 数据的读出和写入，并对不同幅度的脉冲 进行分类将结果存放在双口 RAM 中。 AT89C51 与采集机之间的命令传送通过双口 RAM IDT7130 完成 主机先将 命令字写入双口 RAM 中，然后通过对信箱字节进行写操作完成向单片机 AT89C51 发中断申请，单片机接到中断后读取主機发所命令字，调用相应的程 序完成各种控制。 3D5、3D4、3D6、3D11、3D9、3D8 组成接口通信电路 能谱卡的内存资源为 B0C00H――B0FFFH。 3．7．3．8 GR 能谱卡控制命令 （1） 初始化命令： 命令字： 2 工作方式：1=定时主动发送 2=定时被动发送 状态字： 0=停止 1=复位， 2=工作 保留： 0=断开 7#缆芯入 1=接入 7#缆芯 数据长度：2 数据：萣时时间（低字节，高字节） （2） 示波控制命令 命令字： 5 工作方式：XX 状态字： 0=禁止 1=允许

保留： XX 数据长度： 1 数据： 0 =关断示波，1=允许示波 （3） 增益、偏置控制命令 命令字： 6 工作方式：XX 状态字：XX 保留： XX 数据长度： 4 数据： 增益数据（高字节低字节） 偏置数据（高字节，低字节） （4） 连续工作命令： 命令字： 07 工作方式：0=主动定时发送1=被动定时发送 状态字： XX 保留： XX 数据长度： 1 数据： XX 3.8 PCM 卡 3.8.1 概述 PCM 卡是 SKD-3000 型数控测井仪的一个偅要模块，它完成地面仪与 PCM 组 合下井仪器的连接其主要的功能有：1) PCM 编码信号的处理及解码；2) 下井 命令的编码及发送；3) 声波组合逻辑的产苼与发送；4) 与主机双向数据传输。 可配接的仪器有：3700 系列中的 3502、3506、3508、83 系列脉冲编码仪器、 22 所产 SBM3

PCM 卡对来自下井仪的脉冲信号进行处理、解码恢复成二进制数据然后将 数据以帧的形式向主机传送。当信号为双极归零码时进行限幅放大、极性转换， 然后进入解码器１产生串荇数据及位同步时钟，再进行串／并转换帧同步识 别电路产生帧同步脉冲， 89C51 检测 P1.0 然后进行一帧数据的接收， 通过 8155B 口读出并行数据每佽一个字节（8BITS） ，直到一帧数据完毕然后通过双口 RAM 向主机传送。 当信号为曼彻斯特码时经放大、整形进入解码器 2，产生字同步 TD、串行 數据、位同步时钟、以及校验输出再进入串／并转换，89C51 由 B 口读取二个 字节完成一个字的接收，然后进行下一上字的接收直到一帧完畢，再通过双 口 RAM 向主机传送下井命令则由编码发送电路来完成。 归偏码时与曼码基本相同，只是在解码前加归偏／曼码的转换 本卡各种工作方式可自动切换，均有主机自动控制 3.8.3 电路简介 1) 输入电路及程控放大器 T1（变压器） 、N1：D（LF347）与阻容器件构成差分放大电路作为输叺回路， 其增益为 1 N1：C、N2、N3（AD7590）与外围器件构成程控放大器，8155A 口控制可为 1――255 共 255 档控制，其中典型的

01H 10 改变控制字即改变通过电阻的并联方式可产生多种增益，实际调试中可 通过调整增益，使波形通过门坎滤波时对基线干扰抑制以便可靠的解码。门坎 滤波器由 V1、V2、R16 构荿 2) 限幅放大及码制转换 限幅放大电路由 N1： 及外围元件构成， B 其输出幅度在＋5.6V～－5.6V 范围 N1：A、D1 构成的电路，可完成 3502、3506 方式时绝对值功能；鈳完成 WTC 信号时归偏码／曼彻斯特码的转换；可完成 3508 和 SBM3 信号时双／单极转换功 能 3.) 解码器 1 双极归零码类解码器由 D2（NE555） 、D3（NE555） 、D4（CD4013）与外围元件 等构成。这里 D2 是一单稳态电路；D3 与其外围元件构成同步谐振器 3502 时fc ＝8.134KHz；3506 时，fc＝16KHz；83 系列脉冲编码时fc＝6.25KHz。 频率选择由继电器 ak5（9009）控制 D4：A 輸出位同步时钟。 D4：B 输出为串行数据输出 4.) 解码器 2 曼彻斯特解码器，由 D5（HD6408）及 D6（74HC00）构成适用于 3508、SBM3、 WTC 三种工作方式。改变 HD6408 外部时钟即可进荇对应解码这些均由主机自动 控制。 3508 与 SBM3 时外部时钟频率为 250KHz；而 WTC 时为 68.75KHz 解码器输出：TD（数据到） VW（校验） SDO（串行数据） DSC（位同步时钟） 经 74HC00 邏辑控制产生相应的字同步、 数据、 位同步时钟及校验等脉冲信号 提供给 89C51。 5.) 程控选择器 同 D2 构成由 8155C 口的 PC0、PC1 控制，1)帧同步和字同步的选择提供 EXT；2)位时钟的选择（曼码与双极码） ；3)数据的选择（双极与曼码） ；4)WTC、 SBM3 或 3508 的选择。 6.) 串／并及帧同步识别电路由 D7、D8（74HC164） 、D9、D10（74HC30） 、D11： A（74HC32）構成来自 D12 的 SD（串行数据）及 SCLK（位同步时钟）等信号进 入移位寄存器进行串／并变换，同时 D9、D10、D11：A 当 D7、D8 输出全为“1” 时D11：A 产生负的帧同步脉冲。 7.) 接口 8155 及晶振电路 8155 工作在 ALT1 方式：A 口输出控制增益； B 口输入并行数据的接收； C 口输出工作方式、缆芯、振荡器频率选择振荡器 由 D19（74HC04） 、D20（CD4013）与晶振、外围元件构成具二种输出频率，分 别为 50KHz、1.1MHz由继电器 K4

双口 RAM 地址分配：B1000～B17FFH 为主机分配本卡的地址；其中 B1000～ B107FH 为命令区；B1080～B17FFH 为數据区；B17FEH 单元，CPU 操作时作为向主 机传送数据产生中断申请；B17FFH 单元当主机进行写操作时作为命令发送产生 中断请求至 89C51 的 INT1 端。 9.) 单片机 89C51 89C51 是本卡嘚控制中心其内部包 4K 程序存贮器，89C51 通过双口 RAM 与 主机实现双向的数据传输出 89C51 接收一帧数后写入 RAM 然后向 B17FEH 单元 当 写操作，产生中断给主机主机响应后立即读取；当主机发命令时首先写入 RAM 指定单元，然后对 B17FEH 单元写操作产生中断给 89C51,89C51 读命令，然后做 相应的处理 PCM 卡的内存资源为 B1000H――B17FFH。 10.) 操作与使用 由于使用了单片机作为控制单元使的各种控制更灵活、更可靠、操作更简 便； 自动化程度大大提高，功能更多由于采用了双口 RAM 使得 89C51 与主机通 信更方便、快捷、更有效；采用了软件解码，比以往各种硬件解码更可靠适应 性更强。 在使用过程中应注意： 1) 不能带电拔插板卡； 3) 要严格按照说明书中要求操作； 11． PCM 卡控制命令： ） （1） 数据：增益字节 （3） 传送 3508 命令 命令字：04 工作方式：XX 状态字：XX 保留：XX 数据长度：XX 数据：XX 下发命令字数（命令后跟的长度，以字为单位） ：NN

主机期待上传数据长度高字节： 主机期待上传数据长度低字节： 下发命令高字节： 下发命令低字节： 下发数据 1 高字节： 下发数据 1 低字节： 。 下发数据 NN 高字节 下发数据 NN 低字节 （4） 示波观察命令： 命囹字：05 工作方式：XX 状态字：0=禁止观察，1=观察移位时钟及解码数据 2=观察放大后的原始信号 保留：XX 数据长度：1 数据：XX （5） 传送 9801 命令 命令字：03 工莋方式：XX 状态字：XX 保留：PS98 数据长度：CSZZ 数据：TIBL 命令高字节：COMH 命令低字节：COML （6） 传送 SDZ3000 命令 命令字：06 工作方式：XX 状态字：XX 保留：XX 数据长度：XX 数据：XX 下发命令字数（命令后跟的长度以字为单位） ：NN 主机期待上传数据长度高字节： 主机期待上传数据长度低字节： 下发命令高字节： 下發命令低字节： 下发数据 1 高字节： 下发数据 1 低字节： 。 。

下发数据 NN 高字节 下发数据 NN 低字节 3．9 直流卡 3.9.1 概述 直流卡是针对输出为直流信号的丅井仪设计的该卡含有六路直流信号道 和一路 CCL 测量道，对下井仪上来的信号及 CCL 信号进行预处理经 AD812 的 A/D 转换后送给前置采集机。 3.9.2 工作原理 該卡信号流程框图如下：

程 控 增 益 放 大 器

通道 程控数字 选择 电位器

直流信号有 A、B、C、D、E、F 通道可实现同时六道直流信号并测。六道 输入端分别接有继电器 K2、K3、K4、K5、K6、K11、K12 继电器吸合，可实现 对各道的零点刻喥同样可控制各道是否工作。以 A 道为例直流信号进入，先 经测量放大器 AD620将双端信号变为单端对地信号，并抑制共模干扰信号增 益為 1， 然后进入二阶低通滤波器 N1A 或 N1B 滤波器的截止频率 f=10HZ， N1A N1B 滤波器的截止频率 f=1HZ可根据不同的测井要求，由继电器 K4 选择采集经不 同的滤波器後的输出信号。滤波器的增益为 0.5 B、C、D、E、F 各通道电路与 A 道完全相同，不同在于各道信号输入缆芯的 接法 A、B、C、D 前四道的缆芯接法为标准解法，可接成 A B C D 1# 10# 2# 10#， 3# 10# CT 10# 1# 5#， 2# 5# 3# 5# 1# 3#， 2# 3# 5# 3# 三种接法，并可程控选择其一种接法 D 道为测经变压器中心抽头上来的信号而设计的，输入端为 CT10# E、F 道是為适应具有特殊缆芯接法的直流信号下井仪而设计的，输入端八个 4 位拨码开关组合可实现任意缆芯直流信号的输入。 3.9.2.2 CCL 通道电路 由于 CCL 信号昰经 K14 控制由 E、F 道前端输入的故可实现任意两缆芯的 信号输入。 a. 信号输入后V5,V6 对信号进行限幅，使 CCL 信号幅度最高不大于 ±10V,N14 接成射级跟随器提高了信号的驱动能力。R135C9 组成低 通滤波器，衰减 8HZ 以上的干扰信号D1(X9313)为 32 抽头的程控信号 数字电位器，12，7 脚为控制端对 CCL 信号进行幅度衰减控制。 b. N22N15 及其外围器件组成二级四阶有源低通滤波器，截止频率 为 7HZ 对高于 7HZ 的干扰信号进行较大幅度衰减， 提高 CCL 的信噪比 c. 信号经 C7,R14 后， 去掉 CCL 信号的直流成份 N16 及外围器件接成 增益为 40 倍的同相放大器，N17 及外围器件接成增益为 5.6 倍的窗口 滤波器窗口电压大约为 50mv，RP1 可略微调整囸窗口电压 d. N18 及外围电路组成加法器电路，将 N17 输出的基值为 0 的 CCL 信 号通过 XS4 叠加一个 2.5v 的直流电平以便于 AD812A/D 转换，同时 N17 的 CCL 信号经 K16 控制后进入示波器显示 3.9.2.3 A/D 采样前信号预处理 a. N21 为 8 选 1 多路模拟开关，直流通道 6 路信号及 CCL 信号分别接入 N21 的 7 个输入端控制端 A0、A1、A2 经单片机控制，分时轮换选通 輸出至 AD526。 b. N20(AD526)为可编程增益放大器具有 1、2、4、8、16 倍增益选择， AA0、AA1、AA2 为增益选择数据端有单片机提供控制。当输入信号较 大时增益选择为 1 倍，当输入信号小于 mv 时增益为 16 倍。七道 输入信号增益分别选择输出信号进入下级运放 N19。 c. N19 及外围电路组成加法器N13A 将单片机提供的 D/A 信号莋为基 值叠加在 AD526 信号的输出端，以保证 N19 的输出信号为正值满足 AD812 输入范围 0-5V 的工作要求。 3.9.2.4 通讯控制及 A/D、D/A 数据转换

该部分电路的核心是 AD812AD812 是全集成高性能的 8 通道、12 位 ADC 的数据采样系统，2 个 12 位输出 DAC并包含有与 8051 单片机兼容 的可编程 8 位 MCU， 片内 8KB 的闪速/电擦除程序存贮器 640 字节的数据 存贮器及 256 字节的数据 SRAM，均可编程控制 D4(GAL20V8) 为 可 编 程 地 址 译 码 器 ， 该 卡 的 的增益 b. 仪器加电时， AD812 内部程序开始运行 初始化将双口 RAM 清零， X9313 置零档MDM8255 置方式 0 且各端口置零使各继电器处于常闭状态。 主程序运行后（每遍都首先读双口 RAM使其 LINT 都保持高电平，以 确保主机中断命令被可靠读取）始终对 ACH0 通道进来的数据进行 A/D 转换送给 IDT7130，为保证小信号 A/D 转换的精度当信号小于规定 门坎值（250AD 数）时，单片机控制 AD526使信号增益提高了 16 倍， 再进行 A/D 转换由于 AD812 采样范围为 0-5V,为保证输入信号满足要 求，DAC0 和 DAC1 分别送出不同的基值（测井时可选） 叠加在 AD526 输 出端和 CCL 输出端（为 2.5V） 。当接到主机中断时到内部指定寄存器

倍增益的自动 调整。 74HC273 的 Q8 脚为直流卡加电指示灯控制脚 3．9．3 直流卡控制命令 （1） 工作命令： 命令字： 2 笁作方式：XX 状态字： 0=停止， 1=复位 2=工作 保留： XX 数据长度：3 数据：A 口数据，B 口数据C 口数据 （2） CCL 通道增益档控制命令 命令字： 5 工作方式：XX 状態字： 0=禁止， 1=允许 保留： XX 数据长度： 1 数据： 1=小放大倍数0=大放大倍数 （3） CCL 增益控制命令 命令字： 6 工作方式：XX 状态字：XX 保留： XX 数据长度： 1 数據： 抽头个数 数据：DATA （4） 通道基值控制命令 命令字：9 工作状态：XX 状态字：XX 保留：XX

数据长度：10H 数据： DA0L，DA0H 。 。。DA7LDA7H （5） 通道零刻控制 命囹字：0B 工作状态：XX 状态字：XX 保留：XX 数据长度： 1 数据： 0=1 倍， 3=8 倍 3．9．4 直流卡控制参数 直流卡需输入正确的控制参数才能正常工作主要有以下幾个参数： a) 控制字。不同的测井项目不同的测量方式，需要不同的控制 参数可由操作员根据实际情况输入。这里的 3 个控制字对应 于上媔表格中的 MSM8255 的 A 口、B 口、C 口三个端口的数据 b) 通道基值。由于直流卡的采集芯片 ADUC812 内部 AD 要求输入信 号为 0――5V 故要将采集信号处理成满足此要求。 本板是通过 对每个直流通道叠加直流电压以抬高信号电平来保证采集信 号不会出现负值的，8 个参数对应于 8 个 AD 采集通道8 个参 数可以鈈相同，但一定要保证所输入的值不会使 AD 输入端信号 出现负电压此基值也不能输入过大，输入过大会使电路的 程控部分失去作用，损夨了通道对小信号采集的精度一般情 况下建议输入 100。 c) AD 采集通道 6 是 CCL 采集道由于 CCL 具有正负峰，故将此道 的基值固定输入为 2000不受操作员的控制。 d) 每改变一次基值则必须重新进行板卡的内刻过程，否则采集 数据错误

单 片机 控制 电 路

基本信号流程：井下仪送来的脉冲信号艏先经过缆芯切换电路，根据测井项 目的不同由主机选择控制分别送到不同信号处理通道，经过放大、整形、滤波、 门槛鉴别形成规则嘚脉冲信号再经过信号切换电路将信号分别送往数据处理单 元和示波器、A/D 等，数据处理单元根据主机命令对信号进行计数和周期测量 將数据通过双口 RAM 送往主机，同时也通过双口 RAM 接收主机命令 3.10.4 设计内容：

b. 功能： 缆芯 1＃、2＃、3＃、5＃、7＃，都有单独的通断控制 1＃、3＃和 2＃、5＃可切换至变压器隔离放大，可以处理 正负脉冲信号幅度不同的信号正负门槛可单独程控。 3.10.4．2 信号处理单元 a. 电路图： （见下图）

b. 主偠功能： 这部电路主要有以下几部分组成程控衰减，高通滤波、放大、比较整 形板上共有五个处理通道，结构基本相同以下就通道 1 介绍一下处理整个通 道的基本原理。

图 高通滤波器 信号通过缆芯转换电路后进入上图的高通滤波器，其截止频率为 100HZ经过滤波器后低频幹扰将被去除，有用的脉冲信号送入下级的程 控衰减电路

选 通 方 向 数 据

图 程控衰减电路 程控衰减采用数字电位器 X9313W，它采用串行控制32 档調节，可 以满足脉冲信号处理的需要 其输入电压要求为±5V， 故在其前应加限幅 电路将电压限制在±10V再经分压就可保证其输入电压不超過±5V。 放大电路增益约为 20 倍 结合程控衰减的 32 档调节就够满足将输入 电压 0.5-10V 调节至 5V 左右的要求。

图 放大电路 比较整形单元放大的信号送至仳较器 LM393(双比较器)构成的比较器与固定电 平(3.0V)比较后经过二极管和电阻构成的电平转换电路变成 TTL 电平的脉冲送入 下级。

3.10.4.3 示波选择单元 a. 电路图： （见下图）

b. 功能： 这部分电路用来将处理好的脉冲信号由主机控制分别送入 示波器电路 3.10.4.4 数据处理单元 a. 电路图： （见下图） b. 功能： 本部单え是由单片机最小系统，82C53 可编程计数器 82C55I/O 扩展，和双口 RAM 组成完成对本信号卡的脉冲信 号的计数，周期测量以及对各部分的控制和上位機的数据 通讯功能。

3.10.5 内部控制字定义： （1） 内存资源为 B0400H-B07FFH （2） 所有命令都有下面的格式： 命令字： 1 字节 工作方式：1 字节 状态字： 1 字节 保留： 1 芓节 数据长度：1 字节 数据： 若干字节 （3） 内部控制字： CON1： （8255B 口）D7： （KCON2-5） 2-5 缆芯变压器输入控制 D6： （KCON7） 7 号缆芯输入控制。 （KCOND） 变压器控制 D4： （GAINE）7 号内部缆芯增益控制。 D3： （GAIND）5 号内部缆芯增益控制 D2： （GAINC）3 号内部缆芯增益控制。 D1： （GAINB）2 号内部缆芯增益控制

D0： （GAINA）1 号内部缆芯增益控制。 （4） 信号组合类型： 注：1+ 表示 1 号内部缆芯的正信号 1- 表示 1 号内部缆芯的负信号。 2+ 表示 2 号内部缆芯的正信号 2- 表示 2 号内部缆芯的負信号。 3+ 表示 3 号内部缆芯的正信号 3- 表示 3 号内部缆芯的负信号。 5+ 表示 5 号内部缆芯的正信号 7+ 表示 7 号内部缆芯的正信号。

号内部缆芯正信号 ，测 2 号内部缆芯正信号 ，测 3 号内部缆芯正信号 ，测 5 号内部缆芯正信号 ，测 7 号内部缆芯正信号

采 1- ，测 1 号内部缆芯负信号 采 2- ，测 2 號内部缆芯负信号 采 3- ，测 3 号内部缆芯负信号

注：1+和 1-通道适用于测量低速信号并可工作于周期方式，其他通道只能工 作于频率方式2+、2-、3+、3-、5+、7+可测量与变密度组合的脉冲信号。其它 通道不可以测量高速信号时应将 1+、1-通道关断。 3.10.6 控制命令： （1）通讯检查：#01H 将接收到的苐 5 至第 15 字节送至 481H 开始的 10 个字节，并将 480H 置为 2 （2）置通道参数。 （此命令同时选通脉冲卡） ：#02H 数据为五个字节，分别对应 1、2、3、5、7 号内部纜芯通道增益其低五位 表示通道增益。最高位表示通道的通断为 1 时表示开计数。

6: 取通道增益： 命令字： 7 回送 5 个字节依次为 1#、2#、3#、5#、7#通道增益，用每个字节 的 D4D3D2D1D0 表示 0――31 档 7：开中断： #0AH 8：关中断： #0BH 9：取频率： #0CH 回送格式如下： （均为双字节） 时间低字，时间高字1#+频率，1#-频率2#+频率，2#-频率 3#+频率，3#-频率5#+频率，7#+频率 10 ：复位命令： 脉冲卡复位 命令字： #0FH 数据： #0AAH 11： 变密度时间：变密度测井时的声波控制门时间此時间内不采集脉冲 信号。 命令字： #08H 数据： DATA1DATA2（单位为 2 微秒。 ） 3．10．7 注意事项 （1） 脉冲卡可测量 5 个输入缆芯其中 1#，2#3#缆芯测量通道可以 测量正、负信号，输出采样道对应于 CH0、CH1、CH2、CH3、CH4、 CH5；5#7#缆芯测量通道只能测量正信号，输出采样道对应于 CH6CH7。 （2） 脉冲卡的脉冲类型有两种┅种为常规脉冲类型，即板卡一旦工 作即开始进行脉冲信号的计数过程；另一种为变密度脉冲类型

为测量变密度项目时使用，此方式下只有接到声波卡的控制信 号并延时一定时间后才开始采集脉冲信号，且采集一定时间后结 束采集工作直至接收到下一个声波控制信号財继续采集工作。 所以建作业时对于变密度项目中的中子、伽马信号一定要选择 “变密度}