基于电磁感应的多层管柱电磁探伤测井系统

，MC1403的输出电压波动在25mV以内，能够达到1%的精度，且应用电路简单，性价比高。如图 14所示为精密基准电压转换电路。

图 9 2.5V精密基准电压转换电路

发射机模块

双极性脉冲产生原理

根据上述原理，基于瞬变电磁法(TEM)进行电磁探伤,必须在发射线圈中双极性电流脉冲作为激励,这可由全桥电路产生实现，如图 10所示:

图 10 双极性脉冲产生电路

当S1，S4开启，S2，S3断开时,负载发射线圈两端电压为+U,产生双极性方波的正1/4周期波形；当S2，S3开启，S1，S4断开时,负载发射线圈两端电压为-U,产生双极性方波的负1/4周期波形。

故可通过控制开关周期性地开启和断开，来获得双极性脉冲。其理想波形如图 11所示。

图 11 全桥电路产生的理想波形

假定采样间距为1cm，测井速度为144m/h，则一个测量周期T = 1cm/(4cm/s) = 250ms。因此，我们将每段脉冲宽度定为125ms。

发射机模块的实现

四路单刀单掷应该具备开启/关断可靠，延迟小，驱动电路简单的特点，同时具备一定的功耗特性。综合以上各点考虑，我们选用IR公司的小功率MOSFET管IRF630N。

相应的驱动芯片我们选用同是IR公司的IRS2110。其为高速双通道电压型开关驱动器，配置简单，只需2块芯片就能驱动整个全桥电路，节约成本。

电桥的负载为发射线圈。我们小组通过查阅资料，以文献指标为参考，采用0.6mm漆包线，将发射线圈和接收线圈密绕在同一根空心塑胶管上，实物如图 12所示：

图 12 自制发射线圈实物图

经测量，发射线圈和接收线圈的指标为：D=2.6cm，L=0.31mH，R=2.7Ω。 发射机电路连接如图 13所示，其中负载为发射线圈。

图 13 发射机电路原理图

IRS2110的输入与PIC32单片机的RD9，RD11两脚相连。通过RD9和RD11电平的交替变化，时序如图7所示，就可以产生交替变化的栅压，进而控制MOSFET开关的开启，在发射线圈两端产生双极性脉冲。

图 14 发射机模块时序图

然而，在实际应用中，电流脉冲总存在一定的上升延迟和下降延迟，使电流达到稳态的时间变长，尤其是当下降沿陡度不够时，接收线圈对二次场的感应受到一次场的干扰；除此之外，电流脉冲呈线性下降，能够在油管中产生稳定的感生电流。

故对发射线圈电流脉冲要求：上升沿尽量陡，下降沿陡且线性度好。

衰减曲线的模拟及模型解释

鉴于比赛的时间紧迫和缺少不同损伤类型油井管道等硬件条件，我们小组经过讨论，决定用可变电阻和瓷片电容并联充放电地形式来模拟接收线圈中的指数衰减曲线，电路如下图所示：

图 15 衰减曲线模拟电路

模拟的衰减曲线衰减速率与可变电阻的阻值有关。根据前述衰减速度同管壁损伤的关系和

电容充放电公式：和,当滑动变阻器的阻值变小时，模拟的是管壁较薄（有损伤）的情况；当滑动变阻器的阻值增大时，模拟的是管壁较厚（无损伤）的情况。

接收机模块

接收机模块由接收线圈，前置放大电路，可编程放大电路以及模数转换器组成。其中，接收线圈如前文所述，和发射线圈密绕在同一根空心塑胶管上。

前置放大电路

在瞬变电磁法套管检测中，信号源是不接地的接受线圈，感应的电压信号衰变同指数曲线的形态相似，幅度的变化范围很大，且在时间上早、中、晚期的衰变速度相差相当大。信号的频带宽度较小，频谱能量主要集中在低频部分。就信号的动态范围考虑，前置放大电路的放大倍数应该很小，信号中、晚期属弱信号，必须考虑放大器的性能：信号的频带宽度要求放大器是低频放大。为了提高瞬变电磁信号数据采集的精度，减少系统的噪声，可以从两个方面着手，一方面是尽量减少前置放大电路的噪声系数，因为前级放大对噪声的影响最大；另一方面必须考虑信号源阻抗与前置放大电路源阻抗的匹配，以提高额定功率的增益。此外，放大电路输入阻抗应使接收线圈处于临界阻尼状态的匹配。按照以上要求，根据瞬变电磁信号的特点，选择多运放组合的测量放大器作为前置放大电路是较适合的。测量放大器具有很高的共模抑制比，可抑制各种共模干扰引入的误差。

瞬变电磁法套管检测系统的前置放大电路如图 16所示，选择普通放大器集成芯片OP07来设计通用的测量放大器，三运放组成的测量放大器如图中所示。

上面设计的三运放组合式测量放大器由两级构成，第一级为对称的同相放大器，第二级为差动放大器。

图 16 前置放大电路

为了提高电路的抗共模干扰能力和抑制漂移的能力，设置测量放大器上下对称，根据虚短虚断，可以推出测量放大器闭环增益为：

由上式可知，通过调节电阻R1,可以很方便的改变测量放大