雙側向測井儀中信號調制放大器設計

　　摘要：雙側向測井中需要向地層發射不同頻率的電流，并根據監督電極間電流大小調節發射電流大小，為此需要電壓和頻率可調的信號放大電路。通過把差分放大器實現電壓調節，利用AD7510開關實現斬波式信號調制，產生不同頻率的電流信號，經過有源濾波濾波電路輸出正弦信號，整個電路實現電壓隨反饋信號可調，頻率可控的正弦信號，可用于雙側向測井儀電流發射電路中。

　　關鍵詞：測井儀;調制放大器;信號調制;發射電路

　　信號調制放大器在的應用及意義

　　雙側向測井中，首先由深、淺屏流源電路提供并通過屏流電極向地層發射32Hz和128Hz的屏蔽電流。流入地層的屏流在監督電極1M和1'M，2M和2'M之間產生電位差。顯然該電位差包含了深淺側向的電流頻率。它由平衡放大混合電路放大，用以控制主電流發生器產生包含上述兩種頻率的主電流。所以主電流始終跟蹤屏流的極性和相位變化。正因如此，主電流的產生使監督電極之間的電位差趨于零，相應聚焦了主電流，如圖1所示。

　　深側向屏流源電路實質上是一個受控頻率為32Hz的電流源。其控制信號是DU2，它來自于深側向電壓檢測電壓檢測器，和深側向測量電壓成正比。深側向屏流源的輸出電流加在電極1A('1A)上，其屏流從1A( '1A)流出返回到地面電極B。深側向屏流源電路由信號調制放大器(包括差動放大器、調制放大器、深帶通濾波器)和功率放大器組成。

　　差動放大器的主要作用是用深側向電壓測量道附加相敏檢波器輸出的U2D控制深屏流的幅度。深屏流源電路輸出深屏流的幅度正比于(U2-2U2D)，U2是參考信號。當地層電阻率增加時，如果沒有U2D 控制，深側向屏流將減少的很少。因為深側向主電流和屏流 具有跟隨作用，所以下降也少，相應地，深側向電壓UD上升得較多。又因U2D正比于UD，所以U2D跟隨UD上升。當有U2D控制時，U2D上升會使適當下降得多一些UD上升得少一些。從而使深側向測量電壓和電流的變化范圍都比較適中，這樣有利于擴大深側向測量視電阻率的動態范圍。

　　調制放大器把與(U2-2U2D)成正比的緩變直流轉換成32Hz的交流，然后通過帶通濾波成幅度正比于(U2-2U2D)、頻率32Hz的正弦波，最后經過功率放大后加到屏蔽電極A1或A2上。

　　淺屏流源電路的組成和深屏流源電路相似，也是由信號調制放大器(包括差動放大器、調制放大器、淺帶通濾波器)和功率放大器組成的。差動放大器的作用是用U2D控制淺屏流源源電壓的幅度變化，進而使淺側向測量電壓US和測量電流IS的變化范圍都比較適中，以擴大淺側向測量地層電阻率的動態范圍。

　　由此可看出， 在側向測井中，屏蔽電流應與主電流同相位，而屏蔽電流的大小，則由監督電極之間的電位差來自動控制。相敏檢波器輸出的信號屬于緩變信號，為了控制屏流，就需要把它變成與主電流頻率相同的正弦波信號。采用信號調制放大器就可以實現這個功能。

　　差動式放大器的原理及仿真

　　本研究以淺屏流源電路為例，設計一種斬波式調制放大器，它由方波信號產生電路、差動式放大器、調制放大器和多路負反饋帶通有源濾波器組成，克服了這些缺點，控制比較簡單，輸出穩定而又準確，可以有效實現信號的調制放大。

　　信號調制放大器電路分為四大模塊：差動式放大器，調制放大器，方波產生及反相電路，多路負反饋有源帶通濾波器。其中差動式放大器為信號預處理電路，方波產生及反相電路是調制放大器的控制信號產生電路，調制放大器輸出調制后的方波信號，經多路負反饋有源帶通濾波器后，得到幅度跟隨初始輸入信號的正弦波。所設計的信號調制放大器各個部分的關系如圖2 所示。