基于电磁感应的多层管柱电磁探伤测井系统

器的闭环增益。

可变增益放大电路

在瞬变电磁法套管检测系统中，欲测量的二次场信号的基本特点就是信号弱，且动态范围较大，而且要对三路磁探头信号进行分时处理。为了满足瞬变电磁信号动态范围大、信号弱，以及要对三路磁信号测量的要求，在电路设计中采用前置放大电路后通过四路单刀单掷开关接可变增益放大电路的方法，在不同的时期对三路磁信号进行分时测量，由PIC单片机控制不同的放大倍数，这样可以减小信号的动态范围，从而使三个磁探头的信号均能实现有效的检测。可变增益放大电路的原理图如图3.8所示，它是由放大器集成芯片OP27和四路单刀单掷模拟开关H1201相配合构成的，OP27具有噪音低、线性好、稳定性高的特点，对于磁探头信号能实现精确的放大。

图 17 可变增益放大电路

由于纵向探头A是主探头，其作用最为重要；横向探头B,C为辅助探头，协助纵向探头A工作，在同一个时期对三路探头进行分时处理时，采样顺序定为A,A,A,B,C,A,A,A,B,C…这是由PIC32的RD1，RD2，RD3三个引脚控制的。

不同时期信号的放大倍数是由PIC32的RD12，RD13，RD4三个引脚控制的：

RD12有效，早期增益

RD13有效，中期增益

RD4有效，晚期增益

通过调节的阻值，即能改变放大倍数。

模数转换芯片的选择

将可变增益放大电路输出的信号送入模数转换器，即完成了对接收线圈信号的采集。根据电磁法管柱探伤的特点，模数转换器应具有如下特点：

较高的采样速率。根据香农采样定律，只有当采样频率不小于采集信号频谱最高频率的2倍，才能不失真地还原出采样信号。瞬变电磁方法实际上是宽频的电磁系统，在理论上，其频谱可以无限延伸，其中包括了频域电磁方法的整个频带(几Hz-几kHz)。因此，模数转换器的最高采样频率最少为10kHz。 支持双极性采样。由于激励信号时双极性脉冲，所以接收线圈产生的信号也应是双极性的。 较高的采样精度。由于采样信号具有动态范围大的特点（几V-几十uV），在采样后期，经过放大的信号幅值仍然很小，这就需要较高的采样精度，模数转换器的转换位数应不小于12Bits。

综合以上各方面考虑，我们选用了ADI公司的14Bits模数转换器AD7894。其采样速率可达到160ksps以上，输入范围为-10V - +10V，1LSB仅为1.22mV，且为单电压供电，使用简单。

主要参数的计算

接收机模块的主要参数包括：前放增益；前，中，后三个时期的划分和增益；采样时隙和点数确定。

设计参数时要遵守以下三点：1. 信号放大后不能超过模数转换器的动态范围-10V--+10V，控制采样的放大倍数 ；1. 为了保证采样的精确性，要合理地划分时期 ；3. 前期衰减快，时隙应较小；后期衰减慢，时隙应较大。经过实验和计算，我们确定以上参数为：前放增益：2，前期增益：2，中期增益5.5，后期增益11。

前期：2ms-11ms A探头采样6*3个点，B探头采样6个点，C探头采样6个点。采样时隙 300us。

中期：11ms-45ms A探头采样12*3个点，B探头采样12个点，C探头采样12个点。采样时隙 400us。

后期：45ms-110ms A探头采样30*3个点，B探头采样30个点，C探头采样30个点。采样时隙 500us。

通信模块设计

油井、气井的一般深度为 3km 左右，有的甚至深达 5km。对于一般的传输方法都不能满足如此大距离的有效传输。CAN-bus协议是一种通用的串行通讯标准，在实际场合中有许多的应用，比如：汽车、煤矿、油田、舰船、电力、生产线等。其具有通信速率高、开放性好、报文短、纠错能力强以及控制简单、扩展能力强、系统成本低等特点。CAN总线短距离通信中的数据传输率最高可达到10Mbps，远距离通信可以达到10km。本系统采用CAN总线实现井上和井下的通信，在中间加入数个CAN中继器后，可以以50kbps的波特率稳定的通信。

PIC32MX CAN模块介绍

PIC32MX795F512L单片机提供有控制器局域网（Controller Area Network，CAN）模块，CAN模块实现了CAN2.0B协议，该协议主要用于工业和汽车应用。该异步串行数据通信协议能在电气噪声环境下提供可靠的通信。PIC32MX器件系列可以集成了两个CAN模块。

图 18 PIC32MX CAN 模块框图

图 18是PIC32MX CAN 模块框图。CAN模块有32个报文FIFO，每个FIFO最多可包含32个报文，总共可包含1024个报文，32 个用于报文过滤的接收过滤器，4个用于报文过滤的接收过滤器屏蔽器寄存器，能够自动响应远程发送请求。并且提供环回、监听所有报文和监听模式，用于自检、系统诊断和总线监视；低功耗工作模式；专用的时间标记定时器等特性。PIC32MX7系列强大的CAN模块能够快捷地实现系统的