基于电磁感应的多层管柱电磁探伤测井系统

应答帧结构定义如表格3所示。令帧包括起始标志字节、帧序号字节、类型字节、校验和字节和结束标志字节。其中接收成功ACK应答帧类型字节为‘A’，接收失败NAK应答帧类型字节为‘N’。

表格 3 应答帧结构

除了帧结构的定义以外，整个系统的通信还需要遵守以下规则： 数据传输的双方以100kbps的速率传输数据，使用主从式通信，主机发送数据，从机接收数据； 从机在接收完数据帧后，将根据最后的校验结构判断数据接收是否成功，若校验正确，则向主机发送ACK应答帧，标志接收成功，若校验错误，则发送NAK应答帧，表示错误，请求重发； 主机接收到ACK应答帧，则通信结束，否则主机将重新发送这组数据。

表格4是测井数据传输模型，为整个测井过程中数据传输模型。

表格 4 测井数据传输模型

辅助测量模块

温度探头

温度传感器的选择主要是要考虑被测量物体的温度范围、电阻材料的化学稳定性、电阻值与温度变化要保持线性关系等。

一般来讲，地壳中温度与深度成正比，深度每增加100米温度便要上升3℃左右。除此之外，还要考虑油井的深度。早期油井只有几十至几百米深，近年来油井深度逐渐加深，大部分石油生产并的深度在1000米至3000米之间。石油生产井的最深记录是6500米。由于地温梯度的存在，井下的温度将随深度的增加而升高，由此可以对温度传感器的所需测温范围进行估算。

井底最高温度可由下式进行计算确定：

式中为井底最高温度(℃)，为地温梯度(℃/100m)，h为井深(m)。

当取为℃/100m，则在6500米处温度则为23+4．5×6500/100=315．5℃。因此，测温部分的温度传感器测量范围选在0-320℃即可满足绝大多数条件下的测温要求。

在此温度范围内可供选择的有热电偶、热电阻及集成测温元件等。考虑到其使用环境等因素，选用热电阻作为系统的测温元件较为适合。

铂电阻具有测量温度范围大、精度高、稳定性好、性能可靠等优点，而且具有高熔点、高稳定性，因此被我们选为系统的测温元件。

具体的测温电路如下图所示:

图 21 温度测量原理图

TL431为OP07提供恒压源，由于电压源也不是纯粹的恒压，为消除电压波动，添加R5和C1作为电源滤波。R2，R3，R4，RT作为测量电桥，通过检测C端和D端的电压差来计算温度的变化，根据集成运算放大器工作在线性区域的输入端虚短特性，OP072端电压等于3端电压；由于TL431为OP07提供了相对稳定的电压源，根据集成运算放大器工作在线性区域的输入端虚断特性，流过R4的电流只流经RT，所以相当于有一个恒流源流经R4和RT。当电桥达到动态平衡时，有：。通过计算可知，，从而求出RT的变化量。通过查铂电阻温度表，即可得到温度值。

伽马探头

自然伽马测井仪测量由地层中放射性元素衰变所产生的自然伽马射线的强度。自然伽马资料可以用来划分地层岩性、求地层的泥质含量。在套管井测井中，自然伽马曲线、套管接箍定位曲线与裸眼井资料的对比可以保证地层定位和射孔深度的准确性。一般自然伽马电路分闪烁探测器、输入极、选择整形级、放大输出级和高压电源部分。结构图如图 22所示。

图 22 自然伽马探测结构图

软件系统设计

下位机软件设计

主程序流程图

图 23 主程序流程图

主程序进入之后首先对各模块进行初始化，包括全局变量、单片机I/O口、CAN总线等模块。其后进入系统工作状态判断，根据不同的工作状态，系统执行不同的内容。系统的工作状态由系统和上位机控制切换，上位机