童然

（杭州瑞利聲電技術(shù)公司，杭州，310023）

現(xiàn)有的單芯直流供電水泥膠結(jié)綜合測井儀中，GR/NGR(自然伽馬/中子伽馬)信號處理電路，一般是通過電平檢測、整形、放大、加法運算等步驟進行處理，將GR/NGR與CBL/VDL(聲幅/變密度)信號疊加在一起后經(jīng)長電纜上傳至地面系統(tǒng)，電路相對比較復(fù)雜，并且在一個周期中只統(tǒng)計部分時間段的GR/NGR的數(shù)值，造成GR信號起伏較大，與裸眼井GR曲線對比，重合較差。尤其是小井眼儀器，由于GR晶體本身尺寸的限制，其原始統(tǒng)計起伏就較大，如果按原有 GR/NGR信號處理電路進行處理，誤差會被進一步放大。本文采用一種新的GR/NGR信號處理方法，簡化了原電路，同時減少GR/NGR信號在電路處理中造成的誤差。

1 總體設(shè)計

電路設(shè)計為電平檢測、信號處理、信號疊加三部分，電路框圖見圖 1。電平檢測電路用來檢測GR/NGR信號，將GR/NGR信號與干擾信號進行分離，整形后送入CPLD芯片中進行處理。信號處理部分，是將送入CPLD芯片的信號，進行計數(shù)運算，按一定的協(xié)議從引腳輸出，保持了GR/NGR計數(shù)的完整性。信號疊加部分，將CPLD引腳輸出GR/NGR信號與同步信號、CBL/VDL信號等信號一起，通過一個運放，疊加在一個通道上。

圖1 總體設(shè)計電路框圖

2 電平檢測部分電路

電平檢測電路，是以一個或兩個比較器為主體(單個GR信號，則只用一個，GR/NGR混合信號則用兩個)，輔以外圍電路，形成一個信號鑒別電路，用電平比較的方式，將干擾信號排除，將有效GR/NGR信號經(jīng)處理后送至CPLD芯片中。原理圖見圖2(按輸入GR/NGR混合信號設(shè)計)。

圖2 電平檢測電路原理圖

3 信號處理電路

在原有的GR/NGR信號處理電路中，信號記錄周期一般為64 ms，但由于GR/NGR信號與聲波信號共用一個通道，信號傳輸時只能分時上傳，所以，實際只能采集56 ms的GR/NGR信號，其中有8 ms信號缺失，從而導(dǎo)致GR/NGR實際檢測到的信號統(tǒng)計起伏變大。而這種新的GR/NGR信號處理電路，將經(jīng)過電平檢測的GR/NGR信號送入CPLD，通過芯片內(nèi)部的計數(shù)處理，存儲在寄存器中，并在將64 ms內(nèi)檢測的GR/NGR信號送入到56 ms的時間范圍內(nèi)輸出，保證GR/NGR信號不缺失。

信號處理電路以CPLD為CPU，對輸入CPLD的脈沖信號 POSCNTS(NGR經(jīng)處理后的信號)和NEGCNTS(GR經(jīng)處理后的信號)進行計數(shù)，并存放到寄存器中，并在下一個計數(shù)周期前將GR/NGR信號分別從 CPLD的兩個端口輸出(MINUS6和PLUS6)，信號按設(shè)計規(guī)定等間隔輸出，正負(fù)GR、NGR信號輸出時間錯開，避免在信號疊加時相互抵消。原理圖如圖3所示。GR信號輸出程序如下[1]：

4 信號疊加電路原理

信號疊加電路是將 CPLD輸出的 MINUS6、MINUS12V、PLUS6、PLUS12V和另外一路SONIC信號在一個運放 N2上進行疊加。其中，MINUS6和PLUS6分別代表 GR和NGR，MINUS12V和PLUS12V是同步標(biāo)記信號，SONIC則為聲波信號。信號MINUS6、MINUS12V和SONIC信號從運放N2的負(fù)端輸入，而信號PLUS6和PLUS12V從運放的N2的正端輸入。由于CPLD輸出信號都為正信號，所以，從N2負(fù)端輸入的MINUS6、MINUS12V將反向為負(fù)信號，而PLUS6和PLUS12V仍舊為正信號。因此，MINUS6和PLUS6正好代表了GR和NGR的信號輸出，而MINUS12V和PLUS12V則形成了同步標(biāo)記的先負(fù)后正或者先正后負(fù)的信號。以上三種信號又和輸入的 SONIC信號一起疊加，在一個通道上傳。電路中的電阻R4與電阻R3、R5一起，起到信號放大作用，其中R4與R5組成的放大倍數(shù)是R4/R5倍，而R4與R3組成的放大倍數(shù)是R4/R3+1倍。原理圖如圖3。

圖3 信號疊加電路原理圖

5 數(shù)據(jù)比較

檢測輸出 GR信號，統(tǒng)計計數(shù)。使用原信號處理方法，得計數(shù)見表1；使用新的信號處理方法后測得GR計數(shù)見表2。表格中，“電壓”是給GR探頭提供的高壓值；“GR計數(shù)”是每10 s測得的GR計數(shù)；平均值=(計數(shù) 1+計數(shù) 2+……+計數(shù) 10)/10；百分比=(計數(shù)1～ 計數(shù)10中與平均值最大的差值的絕對值)/平均值×100%。由表1、表2中的百分比的比較中，我們可以看到，使用了新的信號處理方法后的GR/NGR信號處理電路，明顯比原電路統(tǒng)計起伏要小很多，也說明新的信號處理方法確實減小了GR統(tǒng)計誤差，降低了其統(tǒng)計起伏，提高了測量精度。

表1 原信號處理方法測量數(shù)據(jù)

表2 新方法測量數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

新的GR/NGR信號處理方法，在工作周期內(nèi)采集了GR探頭和NGR探頭檢測到的信號，并按照系統(tǒng)協(xié)議要求，在規(guī)定時間段將信號計數(shù)正確無誤地送到地面系統(tǒng)，避免了信號的缺失，降低了GR/NGR信號計數(shù)的統(tǒng)計起伏，保證了測井的準(zhǔn)確性。這種新的信號處理電路，充分發(fā)揮了CPLD在電路中的核心作用，對進入CPLD的有用信號進行計數(shù)，并按時序邏輯的設(shè)計要求，將GR/NGR信號從CPLD的引腳輸出，在后續(xù)電路中與其它信號進行疊加輸出。該電路可以調(diào)整GR/NGR信號寬度、間隔適應(yīng)地面系統(tǒng)需要，同時，也簡化調(diào)試維修人員的操作。

[1]夏宇聞.Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計教程[M]. 2版. 北京: 航空航天大學(xué)出版社, 2008.