超聲波隨鉆井徑檢測儀的數據采集與傳輸

摘要：為了更好地發(fā)揮隨鉆測井儀檢測數據的真實(shí)性和使用靈活性等優(yōu)點(diǎn)，文中基于A(yíng)ctel公司的APA075FPGA數據采集和傳輸系統所涉及到的AD數據采集、FPGA數據緩存、FPGA中數據的串口發(fā)送三部分，在實(shí)驗室自制的一塊FPGA最小系統板上，開(kāi)發(fā)了一種激發(fā)換能器來(lái)對回波進(jìn)行采集、緩存和傳輸。
關(guān)鍵詞：隨鉆井徑檢測；AD數據采集；FPGA；串口發(fā)送

0 引言
在油、氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，測井是必不可少的。在開(kāi)發(fā)初期，有勘探測井，在開(kāi)發(fā)中后期，則有生產(chǎn)測井。傳統的電纜測井存在著(zhù)種種難以解決的問(wèn)題，如在某些大斜度井或特殊地質(zhì)環(huán)境(膨脹粘土或高壓地層)鉆井時(shí)，電纜測井就無(wú)法進(jìn)行。除此之外，電纜測井是在鉆井完成之后，用電纜將儀器放入井中進(jìn)行測量，鉆井過(guò)程中帶出的鉆碎的巖屑和鉆井液會(huì )侵入地層，這樣測量的數據與真實(shí)的數據有一定的差別。因此，隨鉆測井技術(shù)就應運而生，而無(wú)論是在電纜測井還是隨鉆測井中，數據采集和傳輸都是必不可少的。
本文所涉及的超聲波隨鉆測井徑的基本原理是：沿著(zhù)油井的徑向向井壁垂直發(fā)射超聲波，當發(fā)出的超聲波遇到井壁時(shí)發(fā)生反射，反射的回波被換能器接收。這樣，根據超聲換能器發(fā)出超聲波到反射回波被換能器接收所經(jīng)歷的時(shí)間t和已知的超聲波在泥漿中的速度v就可以計算井徑的長(cháng)度。本文運用AD對回波進(jìn)行采集，運用FPGA對AD轉換后的數據進(jìn)行緩存和傳輸，FPGA為AD提供片選信號和轉換時(shí)鐘，轉換之后的數字量再給FPGA進(jìn)行串轉并、FIFO存儲、串口發(fā)送。在本文中，FPGA采用的是Actel公司的APA075，開(kāi)發(fā)平臺采用的是Liber08．5。

1 系統的總體設計
本系統的總體設計思想是：FPGA為AD提供片選及時(shí)鐘等控制信號，AD將數字化后的數據送給FPGA，并在FPGA中進(jìn)行串并轉換、緩存等一系列數據處理后，再通過(guò)MAX232完成TTL電平到RS-232電平的轉換，然后在PC機上運用串口調試小助手顯示數據。通過(guò)分析串口調試小助手上顯示的數據來(lái)判斷是否正確，從而驗證系統設計的合理性。其系統框圖如圖1所示。

2 FPGA主要功能模塊的設計
在本系統中，FPGA的功能模塊主要包括AD控制模塊、FIFO設計模塊和串口數據發(fā)送模塊三部分。FPGA系統與外圍電路的信息交換主要由AD_out、clk、SCLK、CS、TXD等信號線(xiàn)完成。其中，AD_out負責將AD轉換后的數字信號送入FPGA；CS和SCLK是FPGA為AD提供的片選信號和時(shí)鐘信號，用來(lái)控制AD的轉換；TXD是FPGA輸出數據的通道：clk是FPGA的時(shí)鐘信號。系統時(shí)鐘采用50 MHz，其FPGA功能模塊電路框圖如圖2所示。