随钻伽马探测器自动调校系统及方法.pdf

本发明公开了一种随钻伽马探测器的自动调校系统及方法。系统包括伽马探测器、放大电路、鉴别器、门槛信号数字调节器、整形电路、CPU、计算机、小源。小源放置于伽马探测器中的晶体中心处，小源中的伽马射线进入伽马探测器后，由探测器将伽马光子转换成电脉冲信号，再由CPU完成伽马射线的脉冲计数、存储，并将伽马脉冲计数值通过总线的形式传送到计算机，交由调教处理软件进行处理，通过调教处理软件预设的长时间测量获得最佳的鉴别器门槛电压，并把此时的电阻值返回门槛信号数字调节器，实现了随钻伽马探测器的自动调校，并且电路实现简单，测试结果准确；节约测试时间；减少测试过程中人员受放射源辐射时间和人为干预。

1.  随钻伽马探测器自动调校系统，其特征是：包括伽马探测器、放大电路、鉴别器、门槛信号数字调节器、整形电路、CPU、计算机、小源，其中伽马探测器包括伽马晶体、光电倍增管以及高压电源，鉴别器包括触发器和比较器，所述小源放置于伽马探测器的晶体位置，门槛信号数字调节器设在鉴别器电路中，并通过控制线与CPU连接，放大电路、鉴别器、整形电路及CPU依次连接组成测控电路进行伽马射线的脉冲计数，并通过通讯接口将伽马计数值送到计算机。

2.    根据权利要求1所述的随钻伽马探测器自动调校系统，其特征是：伽马探测器的高压电源采用专用电源模块，输入电压范围为13.5V-16.5V，输出电压在850V-2500V之间连续可调。

3.  根据权利要求1或2所述的随钻伽马探测器自动调校系统，其特征是：伽马探测器晶体采用NAI晶体，在晶体位置标注标志线；小源8采用0.25MDq至2.70MDq的²⁴¹AM，其伽马射线能量为60Kev。

4.  按照上述权利要求1或2所述随钻伽马探测器自动调校系统的随钻伽马探测器自动调校方法，其特征是：上电时将门槛信号数字调节器输出设定为增加或减少模式，计算机从通讯接口接收伽马信号计数值；完成1次测量后，计算机记录当前计数值的同时并将增加1个步长的命令发给门槛信号数字调节器，门槛信号数字调节器接收命令后自动调节，输出调节电阻值；当输出电阻稳定后，电路开始工作，计算机再次进行计数；在完成整个测试后，选择极值时的门槛电压作为随钻伽马探测器的门槛电压，并把此时的电阻值发送至门槛信号数字调节器。

5.  根据权利要求4所述的随钻伽马探测器自动调校方法，其特征是：测控电路采用每10-20秒采样一次伽马脉冲的计数值，在计算机软件中记录5-15组计数并计算平均值作为当前门槛电压的计数。

6.  按照上述权利要求3所述随钻伽马探测器自动调校系统的随钻伽马探测器自动调校方法，其特征是：在上电时将门槛信号数字调节器输出设定为增加模式，计算机从通讯接口接收伽马计数值，其中测控电路中的CPU采用每16秒采样一次伽马脉冲的计数值，在计算机软件中记录10组计数并计算平均值作为当前门槛电压的计数，一个记录需要时间共计160秒；完成1次测量后，计算机记录当前计数值的同时并将增加1个步长的命令发给门槛信号数字调节器，门槛信号数字调节器接收命令后自动调节，输出可调的电阻值；当输出电阻稳定后，电路开始工作，计算机进行计数；在完成整个测试后，选择极值时的门槛电压作为随钻伽马探测器的门槛电压，并把此时的电阻值发送至门槛信号数字调节器。

随钻伽马探测器自动调校系统及方法
技术领域：
本发明涉及随钻测井技术领域，尤其涉及一种随钻伽马探测器的自动调校系统及方法。
背景技术：
随钻自然伽马测量仪主要用在定向井、水平井、大位移井及多底井等高难度工艺井施工中进行地层评价和评估。即根据不同地层中自然伽马放射性强度的差异，通过测量钻进过程中不同深度地层的伽马值，从而判断地层岩性的变化、计算粘土含量、指示沉积环境。目前随钻自然伽马测量仪已在国内外钻井行业普遍采用，取得了巨大的经济效益。
随钻伽马探测器包括伽马探测器、放大电路、鉴别器、整形电路、CPU、计算机、小源，其中伽马探测器包括伽马晶体、光电倍增管以及高压电源。但是在随钻自然伽马测量仪研制过程中，涉及到随钻伽马探测器中门槛电压的调节都是在电路中预留电阻位置，采用人为更改滑动变阻器的阻值，判断所取门槛电压，这个调校方式费时费力并且误差较大。
发明内容：
本发明目的在于针对现有技术存在的问题，提出一种提供随钻伽马探测器自动调校系统及方法，完成随钻伽马探测器研制过程中门槛电压的自动调节。
为实现此目的，本发明提供的随钻伽马探测器自动调校系统，包括伽马探测器、放大电路、鉴别器、门槛信号数字调节器、整形电路、CPU、计算机、小源，其中伽马探测器包括伽马晶体、光电倍增管以及高压电源，鉴别器包括施密特触发器和比较器。所述小源放置于伽马探测器的晶体位置，门槛信号数字调节器设在鉴别器电路中，并通过控制线与CPU连接，放大电路、鉴别器、整形电路及CPU依次连接组成测控电路进行伽马射线的脉冲计数，并通过通讯接口将伽马计数值送到计算机。
   伽马探测器的高压电源采用专用电源模块，输入电压范围为13.5V-16.5V，输出电压在850V-2500V之间连续可调。
伽马探测器晶体采用NAI晶体，在晶体位置标注标志线；小源8采用0.25MDq至2.70MDq的²⁴¹AM，其伽马射线能量为60Kev。
按照上述随钻伽马探测器自动调校系统的随钻伽马探测器自动调校方法是：上电时将门槛信号数字调节器输出设定为增加或减少模式，计算机从通讯接口接收伽马信号计数值；完成1次测量后，计算机记录当前计数值的同时并将增加1个步长的命令发给门槛信号数字调节器，门槛信号数字调节器接收命令后自动调节，输出调节电阻值；当输出电阻稳定后，电路开始工作，计算机再次进行计数；在完成整个测试后，选择极值时的门槛电压作为随钻伽马探测器的门槛电压，并把此时的电阻值发送至门槛信号数字调节器。
测控电路采用每10-20秒采样一次伽马脉冲的计数值，在计算机软件中记录5-15组计数并计算平均值作为当前门槛电压的计数。
上述随钻伽马探测器自动调校方法的优化方案是：在上电时将门槛信号数字调节器输出设定为增加模式，计算机从通讯接口接收伽马计数值，其中测控电路中的CPU采用每16秒采样一次伽马脉冲的计数值，在计算机软件中记录10组计数并计算平均值作为当前门槛电压的计数，一个记录需要时间共计160秒；完成1次测量后，计算机记录当前计数值的同时并将增加1个步长的命令发给门槛信号数字调节器，门槛信号数字调节器接收命令后自动调节，输出可调的电阻值；当输出电阻稳定后，电路开始工作，计算机进行计数；在完成整个测试后，选择极值时的门槛电压作为随钻伽马探测器的门槛电压，并把此时的电阻值发送至门槛信号数字调节器。
本发明由于采取小源放置于伽马探测器中的晶体中心处，小源中的伽马射线进入伽马探测器后，由探测器将伽马光子转换成电脉冲信号，再由测控电路完成伽马射线的脉冲计数、存储和传输功能，并将伽马脉冲计数值通过通讯接口传送到计算机，交由调教处理软件进行处理，通过调教处理软件预设的长时间测量获得最佳的鉴别器门槛电压，并把此时的电阻值返回门槛信号数字调节器，实现了随钻伽马探测器的自动调校。
所具有的有益效果是： (1) 电路实现简单、易行、可靠；（2）可以节约大量测试时间，整个工作流程自动完成；（3）减少测试过程中人员受放射源辐射时间；(4)减少人为干预，测试结果准确。应用随钻伽马探测器自动调校系统及方法使得随钻伽马探测器测量更准确，同时减轻了工作人员的劳动强度。
附图说明：
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
图1  随钻伽马探测器自动调校系统的示意图
图2  鉴别器示意图
图3  随钻伽马探测器自动调校方法流程图
图4  不同步长计数值示意图
1、伽马探测器    2、放大电路        3、鉴别器     4、整形电路           
5、CPU      6、计算机    7、门槛信号数字调节器     8、小源   
9、标志线      10、施密特触发器   11、比较器
具体实施方式：
如图1所示，本发明提出的随钻伽马探测器自动调校系统包括几部分模块：伽马探测器1、放大电路2、鉴别器3、整形电路4、CPU5、计算机6、门槛信号数字调节器7、小源8。在随钻伽马探测器调校开始时，把小源8放置于伽马探测器1中的晶体中心处，小源（即伽马射线源）8中的伽马射线进入伽马探测器后，由探测器1将伽马光子转换成电脉冲信号，再由放大电路、鉴别器、整形电路及CPU组成的测控电路完成伽马射线的脉冲计数、存储和传输功能，并将伽马脉冲计数值通过总线的形式传送到计算机6，交由调教处理软件进行处理，通过调教处理软件预设的长时间测量获得最佳的鉴别器门槛电压，并把此时的电阻值返回门槛信号数字调节器7。
伽马探测器1包括伽马晶体、光电倍增管以及高压电源，小源8发射的伽马射线进入伽马探测器1后，由探测器将伽马光子转换成电脉冲信号。小源8采用0.25MDq至2.70MDq的²⁴¹AM（伽马射线能量为60Kev），放置于伽马探测器1中伽马晶体位置，为了便于对比测量，在此位置明显标注标志线9。由于随钻伽马探测器1位于钻铤中，受钻铤影响较大，因此选用分辨时间短、探测效率高的NAI晶体。高压电源采用专用电源模块，它能够在高温、强振动等恶劣环境下提供输出可以调节的高压电源。它的输入电压范围为13.5V-16.5V，输出电压在850V-2500V之间连续可调，并且在井底高温条件下输出电压稳定。
如图1所示，本发明提出的测控电路包括几部分模块：放大电路2、鉴别器3、整形电路4、CPU5。测控电路可完成伽马射线的脉冲计数、存储和传输功能，并将伽马脉冲计数值通过总线的形式传送到计算机6。来自探测器1的信号是一个负的尖脉冲，放大电路2除了能够对伽马信号放大之外，还通过电容隔离伽马探测器1的直流高压．以及低通滤波电路剔除信号中的高频于扰成分。经过放大后的信号波形前沿拖长．而且仍然包含一些于扰信号，因此由鉴别器3及整形电路4对信号进行幅度鉴别、整形以及压制干扰噪声。利用鉴别器3中施密特触发器10的滞后电压传输特性使信号波形展宽，并通过选择适当的的门槛电压，使伽马脉冲信号可以通过比较器，而噪声信号电平低于该门槛电压不能通过。通过脉冲整形电路后尖脉冲变成一个标准的脉冲，送给CPU5处理进行脉冲计数。CPU5利用内部计数器对其计数，并且每16秒采样一次伽马脉冲的计数值，同时将伽马脉冲计数值通过总线的形式传送到计算机6，交由调教处理软件进行处理，通过调教处理软件预设的长时间测量获得最佳的鉴别器门槛电压，并把此时的电阻值返回鉴别器3中的门槛信号数字调节器7。
如图2所示，本发明提出的鉴别器3由施密特触发器10、比较器11、门槛信号数字调节器7及外围电路组成。经过放大电路2放大后的信号经过电容耦合至施密特触发器10的输入端，经过施密特触发器10后，信号被变换成方波。施密特触发器10的输出信号再输入到比较器11的输入端，可以进一步对脉冲信号整形，压制噪声干扰。通过设置比较器11的门槛电压使得噪声信号电平低于该门槛电压而不能通过。其中通过门槛信号数字调节器7进行门槛电压的自动设置。门槛信号数字调节器在数字输入信号的控制下，用于输出可调的电阻值或电压信号。门槛信号数字调节器7输出滑动端的位置由寄存器的值控制，输入信号通过CPU5改变寄存器的值，从而改变输出。与机械电位器相比，由于采用了数字控制技术，门槛信号数字调节器7具有以下优势： 分辨率高，调节速度快；可靠性高：抗振动、抗干扰能力强，并且无机械磨损；调节不需要机械工具，器件不需要调节孔。
    图3是本发明的随钻伽马探测器自动调校方法的流程图。所述控制过程如下：在上电时将门槛信号数字调节器输出设定为增加模式，计算机3从通讯接口接收伽马计数值。其中测控电路中的CPU5采用每16秒采样一次伽马脉冲的计数值，在计算机软件中记录10组计数并计算平均值作为当前门槛电压的计数，一个记录需要时间共计160秒，完成1次测量后，计算机记录当前计数值的同时并将增加1个步长的命令发给门槛信号数字调节器7，门槛信号数字调节器7接收命令后自动调节，输出可调的电阻值。当输出电阻稳定后，电路开始工作，计算机进行计数。如图4可以看出，在调节过程中，相邻两个平均计数之差应该经历由小到大，增大到极值后又减小的过程。在完成整个测试后，选择极值时的门槛电压作为随钻伽马探测器的门槛电压，并把此时的电阻值发送至门槛信号数字调节器7。从图中可以看出整个调试过程如果采用手动调节耗时很多，另外，由于人为干预，所取电阻会发生错误。