能加载伪随机编码的可控信号发射仪.pdf

能加载伪随机编码的可控信号发射仪，用于油田勘探，包括输出电路，输出信号控制电路，频率和/或时域信号产生电路，以及发射极；其中伪随机编码发生单元产生伪随机编码并传输至中央控制器，由中央控制器处理并传输至输出信号控制电路，输出信号控制电路将处理后的伪随机编码加到输出电路的控制信号中，形成伪随机编码控制信号发送至发射极。输出信号控制电路还可接收频率和/或时域信号产生电路生成的频率和/或时域信号并加到输出电路的控制信号中；因此本发射仪可发射三种信号，使用非常灵活，本发明特有的伪随机编码控制信号向地层加载后，可在接收仪端只接收这种伪随机信号，从而避免其他信号的干扰，达到清晰分辨深层低阻异常体的目的。

1.  一种能加载伪随机编码的可控信号发射仪，用于油田勘探，至少包括：
输出电路，输出信号控制电路，频率信号产生电路和/或时域信号产生电路，以及发射极；
其中所述输出信号控制电路与所述输出电路、所述频率信号产生电路和/或时域信号产生电路连接，接收所述频率信号产生电路和/或时域信号产生电路生成的频率信号和/或时域信号，并将该频率信号和/或时域信号加到所述输出电路的控制信号中，形成控制信号经所述发射极发射给被测目标；
其特征是：
所述可控信号发射仪还包括中央控制器以及伪随机编码发生单元，与所述输出信号控制电路相连接，所述伪随机编码发生单元产生伪随机编码并传输至所述中央控制器，由所述中央控制器处理并传输至所述输出信号控制电路，所述输出信号控制电路将所述处理后的伪随机编码加到所述输出电路的控制信号中，形成伪随机编码控制信号发送至所述发射极。

2.  如权利要求1所述的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，其特征是：所述可控信号发射仪还包括一个外同步接口，与所述输出信号控制电路相连接，接收所述中央控制器处理后的伪随机编码并传输至所述输出信号控制电路。

3.  如权利要求1或2所述的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，其特征是：所述伪随机编码控制信号是一种方波直流电源信号。

4.  如权利要求1或3所述的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，其特征是：所述伪随机编码发生单元包括计算机和电平转换电路，所述中央控制器包括单片机和通讯电路；
其中所述计算机发出的所述伪随机编码由所述电平转换电路传输至所述单片机，由所述单片机处理转化为电压变化信号，再由所述通讯电路通过所述外同步接口发送至所述输出信号控制电路。

5.  如权利要求4所述的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，其特征是：所述单片机型号为C8051F236，所述单片机转化生成的电压变化信号为±5V电压变化信号；所述通讯电路采用MAX485电路，所述电平转换电路采用MAX232电路。

6.  如权利要求5所述的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，其特征是：所述伪随机编码发生单元产生的伪随机编码为15位。

7.  如权利要求5或6所述的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，其特征是：所述MAX232电路和所述MAX485电路通过串行口进行驱动和通信。

8.  如权利要求1所述的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，其特征是：所述输出信号控制电路包括IGBT驱动电路和信号输出电路。

能加载伪随机编码的可控信号发射仪
技术领域
本发明涉及油田勘探技术领域，尤其是一种能加载伪随机编码的可控信号发射仪，主要应用于油田勘探开发中的压裂、注水、调剖过程监测，能够在施工过程中根据需要向地层加载伪随机编码的大功率可控电场信号。
背景技术
油气开采生产井压裂作业后基本上都需要裂缝方位监测，深层气井也需要进行压裂裂缝监测。目前，应用于油田勘探开发的电法接收仪在地面测试人工电位场时，由于强干扰背景，致使其不能提取微弱电信号，而实际应用中要达到清晰分辨深层低阻异常体的目的，必须使仪器达到微伏级的测量精度，现有发射仪器采用频域或者时域信号发射，在采集过程中无法排除干扰信号的影响，因此需要可排除干扰背景的、可加载伪随机编码的大功率可控信号发射仪，配合电法信号接收仪(已经另行申请专利)共同使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种能加载伪随机编码的可控信号发射仪，在油田勘探开发中当井内深层发射，在地面测试人工电场时，能够排除干扰背景，使得地面接收设备可达到清晰分辨深层低阻异常体的目的。
实现本发明目的的技术方案是：
1、一种能加载伪随机编码的可控信号发射仪，用于油田勘探，至少包括：
输出电路，输出信号控制电路，频率信号产生电路和/或时域信号产生电路，以及发射极；
其中所述输出信号控制电路与所述输出电路、所述频率信号产生电路和/或时域信号产生电路连接，接收所述频率信号产生电路和/或时域信号产生电路生成的频率信号和/或时域信号，并将该频率信号和/或时域信号加到所述输出电路的控制信号中，形成控制信号经所述发射极发射给被测目标；
其中所述可控信号发射仪还包括中央控制器以及伪随机编码发生单元，与所述输出信号控制电路相连接，所述伪随机编码发生单元产生伪随机编码并传输至所述中央控制器，由所述中央控制器处理并传输至所述输出信号控制电路，所述输出信号控制电路将所述处理后的伪随机编码加到所述输出电路的控制信号中，形成伪随机编码控制信号发送至所述发射极。
2、所述可控信号发射仪还包括一个外同步接口，与所述输出信号控制电路相连接，接收所述中央控制器处理后的伪随机编码并传输至所述输出信号控制电路。
3、所述伪随机编码控制信号是一种方波直流电源信号。
4、所述伪随机编码发生单元包括计算机和电平转换电路，所述中央控制器包括单片机和通讯电路；
其中所述计算机发出的所述伪随机编码由所述电平转换电路传输至所述单片机，由所述单片机处理转化为电压变化信号，再由所述通讯电路通过所述外同步接口发送至所述输出信号控制电路。
5、所述单片机型号为C8051F236，所述单片机转化生成的电压变化信号为±5V电压变化信号；所述通讯电路采用MAX485电路，所述电平转换电路采用MAX232电路。
6、所述伪随机编码发生单元产生的伪随机编码为15位。
7、所述MAX232电路和所述MAX485电路通过串行口进行驱动和通信。
8、所述输出信号控制电路包括IGBT驱动电路和信号输出电路。
本发明具有积极的效果：
本发明的能加载伪随机编码的可控信号发射仪可发射三种信号：伪随机编码控制信号、时域信号或者频域信号，使用非常灵活，能为电法勘探寻找地下深部地质构造、了解地质结构提供大功率可控信号源，尤其是本发明特有的伪随机编码的大功率可控电场信号向地层加载后，可在接收仪端只接收这种伪随机信号，从而避免其他信号的干扰，达到清晰分辨深层低阻异常体的目的，解决了油田压裂井裂缝方位监测、注水井水驱范围监测、调剖井调剖效果评价以及蒸汽驱井汽驱范围等问题。
附图说明
图1是本发明能加载伪随机编码的可控信号发射仪的电路功能方块图；
图2是本发明一个实施例的中央控制器的功能框图；
图3是本发明一个实施例的中央控制器详细电路图；
图4是本发明一个实施例的外同步接口详细电路图；
图5A是本发明一个实施例的IGBT驱动电路的详细电路图；
图5B是本发明一个实施例的信号输出电路的详细电路图；
图6是本发明一个实施例的时域信号电路的详细电路图；
图7是本发明一个实施例的频域信号电路的详细电路图。
具体实施方式
以下结合附图并以具体实施方式为例，对本发明进行详细说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。
本发明的原理为：除了能向被测目标发射常规的时域和/频域信号外，还能够发射伪随机编码控制信号，三种不同方式的控制信号通过信号输出控制单元控制高压发射电源，使发射电源信号成为与它们一致的高压时域和/或频域信号、或伪随机编码控制信号，这种高压信号能够在施工过程中根据需要向地层加载。本发明特有的伪随机编码的大功率可控电场信号向地层加载后，可在接收仪端只接收这种伪随机信号，从而避免其他信号的干扰，达到清晰分辨深层低阻异常体的目的。因此本发明的创新在于利用外同步接口引入与接收端一致的伪随机信号来控制发射电源信号，使发射信号与接收信号一致，排除了随机信号的干扰，同时又保留了原有技术上所用的时域和频域信号方式。
请参考图1，为本发明的能加载伪随机编码的可控信号发射仪的功能原理框图；如图1所示，首先由工作电源100向整流滤波电路200提供电源信号，在本发明的一个实施例中，工作电源为220v、50Hz的交流电，经过整流滤波电路200的处理生成直流电源信号，然后传输至电压调节电路300，电压调节电路300的作用是移相，最后产生线性直流电源信号给输出电路400，经过输出电路400的处理，形成特定的伪随机编码控制信号给发射机500，该伪随机编码控制信号是一种方波直流电源信号，最后由发射机500发射给被测目标。
在传统的可控信号发射仪中，一般在输出电路400上连接有输出信号控制电路600，用于接收频率信号产生电路603和/或时域信号产生电路604传输来的频率信号和/或时域信号，然后把该频率信号和/或时域信号加到输出电路400的控制信号中，形成一种与该频率信号和/或时域信号一致的高压时域控制信号和/或高压频域控制信号并传输给发射极500，在施工过程中根据实际需要，由发射极500将这种高压时域控制信号和/或高压频域信号向地层加载。上述过程中的各电路单元均为本领域技术人员周知，如图6是本发明一个实施例的时域信号电路的详细电路图；图7是本发明一个实施例的频域信号电路的详细电路图，不再赘述。
如图5A和图5B所示，在本发明中，输出信号控制电路600包括IGBT驱动电路和信号输出电路两部分，其中图5A是本发明一个实施例的IGBT驱动电路的详细电路图；输出级采用IGBT大功率场效应器件，输出电流的控制采用恒流和恒压控制模块，完成对输出电流的跟踪调节。时域与频域信号的产生，采用集成电路精密振荡器和精密分频器，频率精度可以达到1/106。使系统输出频率、时间的精度及稳定性大大提高。对输出电流的高次及低次谐波，采用电感和电容组成π型滤波器，以满足滤波效果。图5B是本发明一个实施例的信号输出电路的详细电路图；利用这两部分电路可实现小功率控制大功率，使电压调节电路300输出的高压直流电加载伪随机编码后，由发射极500将这种加载了随机编码信号的控制信号发射给地下被测地质体。
本发明能加载伪随机编码的可控信号发射仪，除了频率信号产生电路603和/或时域信号产生电路604以外，在输出信号控制电路600上还连接有一个中央控制器700以及伪随机编码发生单元710，伪随机编码发生单元710的功能是根据测量精度的要求产生不同的伪随机编码并传输至中央控制器700，伪随机编码位数越长，测量精度越高。而中央控制器700的功能是对伪随机编码进行电路变换，转化为±5V电压变化的信号，并传输给输出信号控制电路600。在一个实施例中，如图2所示，中央控制器700采用了单片机C8051F236，伪随机编码发生单元710由计算机担任，发生了一个15位的伪随机编码序列：{A15}＝1000100110101111000100110101111…，该伪随机编码经过MAX232电平转换电路705和中央控制器700后，处理转化为±5V电压变化的信号，然后通过通讯电路传输到输出信号控制电路600。再经过输出电路400的处理，形成特定的伪随机编码控制信号给发射机500，该伪随机编码控制信号是一种方波直流电源信号，最后由发射机500发射给被测目标。
在上述图2所示的本发明的一个优选实施例中，中央控制器700包括了一个MAX485通讯电路，负责发送单片机C8051F236生成的±5V电压变化的信号。MAX485通讯电路通过本发明的可控信号发射仪上的同步接口720将信号送入。图4是本发明一个实施例的外同步接口720的详细电路图。
在一个具体实施例中，MAX485通讯电路采用MAX485接口芯片，它是Maxim公司的一种RS-485芯片，其采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通讯方式，它完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能，MAX485芯片的结构和引脚都非常简单，内部含有一个驱动器和接收器，R0和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端，当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单。只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100Ω的电阻。
在本发明的一个实施例中，采用串行口取电，可以驱动MAX232与MAX485实现通信。没加负载时电压为5.16V，加负载后降到3V左右。
本实施例的MAX485通讯电路发送的信号就是伪随机编码控制信号，用它来控制发射机发送此类信号，控制发射机时由外同步接口720接入；同时用它控制接收机只接收此类信号，因而就可以排除外界干扰信号，提高仪器精度。
本发明的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，除了能向被测目标发射常规的时域和/频域信号外，还能够发射伪随机编码控制信号，使用灵活，能为电法勘探寻找地下深部地质构造、了解地质结构提供大功率可控信号源，可使接收仪接收到的电信号能清晰分辨深层低阻异常体，解决了油田压裂井裂缝方位监测、注水井水驱范围监测、调剖井调剖效果评价以及蒸汽驱井汽驱范围等问题。
应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本发明的范围。