聲波測(cè)井實(shí)驗(yàn)儀中的發(fā)射電路實(shí)現(xiàn)

　　聲波測(cè)井測(cè)井儀需要在深井高溫高壓的環(huán)境下使用，對(duì)使用條件及組合功能的要求較高?，F(xiàn)今大多數(shù)油田廣泛采用1609補(bǔ)償聲波測(cè)井儀，其發(fā)射電路因?yàn)?609補(bǔ)償聲波測(cè)井儀的發(fā)射電路存在缺陷，原電路中的CMOS場(chǎng)效應(yīng)管易于被擊穿而損壞。因此有些儀器改用可控硅代替CMOS場(chǎng)效應(yīng)管作發(fā)射開(kāi)關(guān)。美國(guó)阿拉斯加公司在1609電子線路設(shè)計(jì)中，最早使用的就是可控硅，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，發(fā)現(xiàn)可控硅抗干擾能力較差，比較容易產(chǎn)生誤觸發(fā)，造成儀器工作不正常;聲波觸發(fā)時(shí)間要求準(zhǔn)確，可控硅作發(fā)射開(kāi)關(guān)時(shí)，觸發(fā)脈沖上升前沿不是非常陡峭，造成發(fā)射誤差;而且由于可控硅關(guān)斷時(shí)間的不確定性，造成儀器工作電流較大，從而影響組合測(cè)井時(shí)其他儀器的正常工作。

　　本研究采用更先進(jìn)的VMOS管作為發(fā)射開(kāi)關(guān)，通過(guò)深入分析測(cè)井儀發(fā)射電路的工作原理及其存在的缺陷，嘗試新的可行的電路組合，調(diào)試成功后，用計(jì)算機(jī)軟件制作電路板模型，并制成電路板，然后將其連接至測(cè)井儀工作電路中，檢驗(yàn)其效能。設(shè)計(jì)改進(jìn)了原有技術(shù)，提高了儀器可靠性，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

　　聲波發(fā)射電路的基本原理

　　該電路是由N溝道增強(qiáng)型CMOS場(chǎng)效應(yīng)管Q1(型號(hào)為IRFD9120)和P溝道增強(qiáng)型CMOS場(chǎng)效應(yīng)管Q2(型號(hào)為IRFD120)，按照互補(bǔ)對(duì)稱的形式連接而成，構(gòu)成反相器。場(chǎng)效應(yīng)管Q1與場(chǎng)效應(yīng)管Q2二者的柵極連接在一起引出輸入端，按邏輯解碼器輸出來(lái)發(fā)射脈沖。兩管漏極接在一起作輸出，Q1的源極接電源，Q2的源極接地。從邏輯解碼器輸出的負(fù)邏輯脈沖送至該電路X3處，一般情況下，當(dāng)X3觸發(fā)為高電平脈沖時(shí)，Q1截止，Q2導(dǎo)通，Q3的輸入端接地，使Q3截止，D1兩端的電壓為0;當(dāng)輸入X3處為低電平，使得場(chǎng)效應(yīng)管Q1導(dǎo)通，Q2截至，Q3的輸入端接5V電源，因此Q3導(dǎo)通，D1兩端的電壓為高壓信號(hào)，導(dǎo)通時(shí)間即為高壓脈沖寬度，從而最終使得圖1中壓電陶瓷換能器將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而產(chǎn)生聲振動(dòng)。

　　該設(shè)計(jì)電路中控制信號(hào)X3要求在一般情況下為高電平輸入，即Q3大部分時(shí)間處于截止?fàn)顟B(tài)，否則長(zhǎng)時(shí)間的導(dǎo)通很容易引起大電流始終存在而引起管子燒壞及工作不正常。為了提高性能，我們改進(jìn)了電路設(shè)計(jì)，采用連續(xù)觸發(fā)的單穩(wěn)信號(hào)作為控制電路，單穩(wěn)信號(hào)的穩(wěn)定脈沖可以設(shè)定，大大提高了電路性能，取得了較好效果。

　　改進(jìn)的設(shè)計(jì)方法

　　555電路是常用的一種最簡(jiǎn)單的電路，具有定時(shí)精確，電路穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，圖2所示為采用555器件設(shè)計(jì)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路圖和所產(chǎn)生的波形圖。當(dāng)?shù)碗娖降耐庥|發(fā)脈沖到來(lái)的時(shí)候，單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生一脈沖寬度為Tw≈1.1(R+RW)C的高電平信號(hào)，信號(hào)的寬度可以通過(guò)調(diào)整RW和C的值得到不同的定時(shí)值。所設(shè)計(jì)的脈沖寬度是由壓電陶瓷的諧振頻率fs確定的，在實(shí)際測(cè)井中為fs=20kHz，因此在設(shè)計(jì)中所選取的電阻電容數(shù)值必須確保脈沖寬度等于Ts/2以滿足諧振頻率的需要。