雙側向測井儀1239 DLL-S的故障維修思路及方法

唐聯級，張 志

（中海油田服務股份有限公司 河北 燕郊 065201）

1239 DLL-S[1]是基于ATLAS 1229XA雙側向電流聚焦測井儀的改進型，有標準和增強兩種工作模式。

在增強模式下，1239 DLL-S在大尺寸井眼、泥漿電阻率極低和高阻地層的情況下，解決了1229XA的淺屏流聚焦作用嚴重削弱而導致淺側向測值偏低的問題，較好地改善側向的測井響應。

1239 DLL-S通過電路改進和探頭的優化，消除了側向在泥巖的“雙軌”現象[2]。從而在泥漿電阻率大于1Ω而地層電阻率低到0.6Ω的泥巖測井中，仍可以得到好的測井曲線。而儀器的格羅林根（Groningen）電極在測井遇到儀器頂部大段高阻圍巖時，通過格羅林根（Groningen）回路電極仍然可以測得較好的測井曲線。

1 1239EA的基本電路構成

1239EA總體分為LOGIC 32/128 Hz振蕩電路、屏流（參考）聚焦電路、主電流BUCKER電路、電流前置放大、電壓探測及前置放大電路、PSD相敏檢波輸出電路、VEQ（VOLT EQUAL）板、ZERO/CAL/LOG換擋和深側向標準/格羅林根回路切換繼電器控制電路等。

2 特色電路分析

2.1 斬波電路

斬波電路的作用是將直流信號變換成交流信號。

1239EA利用斬波電路，產生側向的屏流信號。深、淺側向一般都是將固定的直流偏置和反饋控制的直流電平相減得到的直流電平經過斬波電路后，輸出與深、淺側向同頻率，幅度與疊加的直流電平一致的方波信號。

圖1是1239EA的淺屏流斬波電路。

圖1的U1是一個淺增強/淺標準選擇的模擬開關[3]，用于選擇淺屏流的信號源組成。圖中的位置是淺增強模式，即淺側向工作于淺增強模式下。此時，淺屏流的信號一部分來源于+15 V通過R2和R3的分壓V0，R3是電位器，所以V0可以調節，在ATLAS的信號設置步驟里，電壓V0設置為11.5 V DC左右。淺屏流信號另一部分來源于反饋信號V2S，這兩路信號通過如圖1中U3構成的加法器疊加輸出V1，如下：

設模擬開關U1（AD7512）的Pin14電平為V0，運放的U3-Pin1 為 V1，U3-Pin7 為 V2。

當 SH_CLK在正半周時，U2-14腳接地，V1通過 R12，R13進入U3的PIN5，即同相端，

當SH_CLK在正負半周時，U2-12腳接地，V1通過 R10，R11進入U3的Pin6，即反相端。

所以通過本斬波電路，就可以把直流信號V1變成方波信號 V2輸出。 V2的頻率與 SH_CLK（128 Hz）相同，V2的幅度受V1（固定偏置V0及反饋信號V2S的合成信號）控制。

圖1 1239EA淺屏流（SHALLOWREF）斬波電路Fig.1 Chopper of 1239EA shallow reference

2.2 PSD相敏檢波電路

1239EA 最后輸出的電壓（ED、ES）、電流（ID、IS）都是直流信號，為了把檢測到的正弦波變成直流信號，1239EA采用了PSD（相敏檢波）電路，通過QD、QS的參考信號的同步，它可以剔除相位移動而產生的接收誤差信號，提取出真正有用的深淺側向電壓、電流信號。圖2是ED輸出的相敏檢波電路。

圖2 1239EA DEEPVOLT PSD相敏檢波電路Fig.2 Phase sensitive detector of ED

圖2 所示的相敏檢波[4]器采用深側向QD（32 Hz方波信號）作為同步信號，通過U1-Pin3控制U1（AD7512）上半組模擬開關的切換，如圖2所示。深電壓前置放大交流信號經T5變壓器耦合輸入，它的頻率與QD相同。T5的次級為帶中心抽頭的兩繞組，T5ORG對T5YEL的波形與T5GRN對T5YEL的波形相位正好相差180°，如圖2所示。

當QD的波形為正半周，AD7512 Pin14與Pin13接通，深電壓DEEPVOLT的正半周通過模擬開關。

當QD的波形為負半周時，它控制AD7512的Pin12與Pin13接通，此時深電壓DEEPVOLT負半周信號在T5GRN對T5YEL（信號地）繞組處于正半周，該正半周信號通過模擬開關，所以圖上的U1-Pin13上呈現的全是正脈沖，該正脈沖輸出到濾波電容C5，C6的正極（電容負極接信號地），經過C5、C6的濾波，形成穩定的直流信號ED輸出。

3 常見故障及維修方法

3.1 維修思路

1239 DLL由于是側向電流聚焦測井，有屏流回路和主流回路，輸出信號再負反饋控制屏流，是一個多回路負反饋系統，回路上一個環節出現問題，就會使儀器工作異常。在排除儀器故障時，簡單斷開電路，測試信號輸出的方法往往行不通。

正確的維修思路是將儀器的反饋控信號接地，以此去除反饋控制。用屏流電路的固定偏置來測試信號的逐級輸出是否正常。也可以斷開反饋環路，對每個單元電路的輸入端注入標準信號，測試輸出結果是否正常。用這兩種方法一般都可以順利修復儀器。

結合下面兩個曾經遇到的儀器故障維修，談一談問題的解決思路及方法。

3.2 故障現象及維修方法

3.2.1 故障現象一

特點：深、淺側向輸出信號異常，內部CAL和ZERO檔的ED，ES，ID，IS 輸出為零。

檢查儀器180 V AC供電正常，雙路±15 V DC電壓正常，用示波器檢查 LOGIC&DEEPREFBOARD （181800－000）的QD，QS輸出波形，無信號。圖3是1239EA LOGICQD QS振蕩電路。

如圖 3所示，由于 QD，QS無輸出，檢查 U1輸出的524.288 kHz的方波信號[5]是否正常。經查，發現U1輸出無方波信號。懷疑U1壞，更換U1后，故障依舊。

圖3 1239EA LOGIC QD QS振蕩電路Fig.3 Oscillator of 1239EA and QD，QSlogic

仔細分析該電路，+15 VDC經穩壓二極管D1后輸出10 V DC電壓為 U1，U2，U3，U4供電。U1為晶體振蕩器 IC，在 Pin5輸出524.288 kHz的方波信號，該信號通過計數器U2分頻從12腳輸出128 Hz的方波，該信號分成兩路，一路通過兩級U4的反相器驅動輸128 Hz的方波信號QS；另一路通過U3組成的雙 FLIP－FLOP 觸發器[6]，通過 Q1輸出到 D2，Q2/輸出到D1，產生了128 Hz的四分頻信號，通過兩級U4的反相器驅動輸出32 Hz的深側向方波信號QD。

檢查U1供電，發現10 V DC供電電壓為0 V。測量二極管D1的兩端，發現輸入的15 V DC正常，另一端電壓為0，懷疑D1斷開。更換D1后，10 V DC正常，U1輸出方波信號正常，QD，QS波形也正常，檢查深淺側向的CAL，ZERO檔信號正常，該故障得以解決。

由于1239EA的反饋環路工作模式復雜，維修儀器故障時，往往大家感覺不知從何處下手。其實也不難，把握好上面論述的維修思路，故障現象是輸出信號全無，那就先確定儀器電路供電（兩路±15 V DC，LOGIC電路的+10 V）是否正常，再看振蕩信號源QD，QS有沒有，接著往下查屏流源等，問題可以迎刃而解。本故障就是一個典型的儀器供電引起的問題。

3.2.2 故障現象二

特點：1239EA淺電壓ES輸出隨溫度升高而減小，最后超出范圍。1239EA（深側向常規回路）的ZERO/CAL刻度信號范圍如表1所示。

表1 深、淺側向ZERO/CAL刻度信號范圍Tab.1 List the range of the calibration values of deep and shallow

在對電子線路進行加溫測試時，發現淺電壓ES輸出隨溫度增高而減小，ES最后超出了表1的3 700～4 050 mV的范圍。當用熱風槍對儀器進行局部加溫時，如圖4所示，發現淺參考板的電容C6、C7超過100℃后，ES下降得很快，130℃時就超出了范圍，如表2所示。

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表2 儀器直接加溫到130℃Tab.2 Heat the tool to 130℃

從表2加溫記錄發現，加溫到130℃時，ES電壓值明顯下降，ZERO檔已下降了162 mV，越出了范圍。

考慮到淺側向的電流及電壓探測的前置放大電路都用到了這種濾波電容，對這些電容進行局部加溫，發現電壓前置放大板的 C15，C16也有同樣的溫度問題。 更換 C6，C7，C15，C16后，對儀器進行加溫，結果如表3所示。

表 3 更換 C6，C7，C15，C16，儀器加溫到 175℃Tab.3 Change capacitors C6， C7， C15， C16， then heat to 175 ℃

從表3加溫結果看，淺側向工作已很穩定，所有值都在范圍的中間，解決結果很好。

現在分析一下 C6，C7，C15，C16對 ES 的影響。 以如圖 4 所示的由U3，C6，C7及電阻網絡組成的1239EA屏流電路帶通濾波器[7]為例來做分析。

圖4 1239EA淺側向帶通濾波器Fig.4 Band pass filter of 1239EA shallow

由于 R21在0～100Ω之間可調，根據（4）式可以算出 R0在 199.3～298.4Ω之間。

濾波器的中心頻率：

所以，調節R21，可以改變濾波器的中心頻率f0，它可在124.65～152.52 Hz間變化，符合淺側向的128 Hz的要求。這就是1239EA經常用到的微調相位，它的實質是把長期電路參數改變引起偏移的中心頻率調到128 Hz上。

在維修過程中發現：當溫度超過100℃，升得越高時，測量C6，C7的電容值增加越多，根據上式（5）得知，濾波器的中心頻率f0會降低，一旦中心頻率偏離了128 Hz，根據前面講的PSD相敏檢波的原理可知，ES的PSD相敏檢波輸出必然降低。

1239EA深、淺側向的帶通濾波器對電容溫度性能要求很高，電容值的細微變化都會直接引起濾波器中心頻率的偏移，在信號輸出進行PSD相敏檢波時就會由于頻偏使輸出信號降低，頻偏到一定程度信號輸出就超出范圍。所以在對儀器進行三級保養時或要下高溫井時，就要對儀器根據要求進行加溫，驗證儀器的溫度指標合格，以排除溫度對儀器測井質量的影響。

4 結束語

1239 DLL由于是側向電流聚焦測井，有屏流回路和主流回路，輸出信號負反饋控制屏流，是一個多回路負反饋系統。在進行側向測井時，不但要注意1239EA電路調節刻度正常，還要確保1239MA電極的導通和絕緣良好，更要確保儀器串中10#芯及DLL REMOTE遠回路的導通和絕緣一定要良好，這樣才能避免測井曲線雙軌、測井曲線尖跳等現象，確保順利完成測井作業。

[1]ATLAS B.Atlas online technical manuals OTM Issue26[S].2003.

[2]楚澤涵.地球物理測井方法與原理[M].北京：石油工業出版社，2007.

[3]閻石.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2003.

[4]唐海，行鴻彥，季鑫源.大氣電場儀中相敏檢波器的分析與設計[J].現代電子技術，2009（13）：8－10，17.TANGHai，XINGHong-yan，JIXin-yuan.Analysis and design of phase sensitive detector in atmospheric electric field mill[J].Modern Electronic Technique,2009（13）：8－10，17.

[5]李全利.單片機原理及應用技術[M].北京：高等教育出版社，2004.

[6]李廣第.單片機基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，1999.

[7]陳惠開.無源與有源濾波器－理論與應用[M].徐守義，譯.北京：人民郵電出版社，1989.