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1、自然伽马能谱测井仪维修手册21.仪器的规格1.1 仪器物理参数（仪器外型尺寸图）31.2 仪器的技术指标 最高工作温度 ： 400（204）半小时350（177）三小时 最高压力 ： 20000 psi(137.9 MPa) 直 径 ： 3.625 in.(92.1 mm) 最小井眼 ： 4.75 in.（120.7mm） 有效长度 ： 7 ft3.7 in.（2.228 m） 运送长度 ： 8 英尺 9.0 英寸（2.667m ） 重 量 ： 113 lb (51.3kg) 最大测井速度 ： 能谱：10 ft/min （3 m/min） ；伽马：30 ft/min （9 m/min） 测量范
2、围 ： 能谱 0.04 到 3.5 MeV 测量精度 ： 伽马：标准值的3%钾、铀、钍：标准值的4%（标准值与实际值的对比精度） 稳定性 ： 脉冲增益变化规范保障信号在温度变化时稳定 工作电压&电流 ： 电缆头 180VAC 时 3540mA 电缆要求 ： 七芯电缆和电缆遥测系统 可用的接口 ： Mode T2 命令和伽马数据Mode T5 能谱数据 摆动&震动 ： AWS 规格 59832-051 安全 ： 遵循标准，本仪器没有特殊的安全要求 仪器型号使用限制 ： G ：适用于伽马测井 S ：适用于伽马和能谱测井42 自然伽马能谱测井仪测量原理岩石中自然放射性的强度，主要是由钾、铀、钍放射性
3、核素的含量决定的。而钾、铀、钍所放射伽马射线的能量不同，分别为1.46MeV、1.76MeV、2.62MeV。自然伽马能谱测井仪，在测量地层自然伽马射线总水平的同时，对自然伽马射线进行谱分析，即对自然伽马射线的能量进行分析。选定与主要放射性同位素 40K、238U、252Th 相关，能量为1.46MeV、1.76MeV、2.62MeV 的伽马射线谱段分别做记录，运用数字方法对混合谱进行剥谱，求出地层中钾、铀、钍的含量，从而确定地层放射性类型和数量。当一个特定能量的伽马射线和闪烁晶体相互作用时，它就会产生一个光脉冲，光子的强度和伽马射线的能量成正比。光脉冲被转换成一个电子脉冲，被光电倍增管进行放
4、大。脉冲通过前置放大电路输出一个正的电压脉冲，这个脉冲对应着伽马射线的能级。PHA 板采集这个脉冲的峰值，输出一个 8 位的数字化的等值的量。数字化转换后的脉冲被存储在 FIFO 部分，以免丢失数据，释放微处理器处理资源。1K8 位的随机存储器可以为两个谱存储数据。在正常的运转环境下，只要有一个深度中断产生，就会有一个能谱信息被记录，另一个谱就会在同一存储器的不同位置开始被存储，当第二个谱被记录时，已经被锁定的能谱数据就被传输到总线上。谱分析器线路板就会产生一个 256 道的谱，每个能谱信息包括 64K 脉冲数。I/O 线路板对电缆上的转换的数据进行整形，改善，把电缆上接收到信号进行恢复，为曼
5、彻斯特 IC 进行解码。控制板微处理器在 T2 曼彻斯特 IC 上接收指令，通过其串口模块与能谱分析板进行通讯。UC 有一个内部计数器，存储 PHA 板转换的脉冲数。在这种方式下，仪器就是一个伽马测量仪，同时也是一个脉冲高度分析器。UC2 井同时也控制一个双路 D/A 转换器，DA 转换器为 PHA 提供可以区分级别的信号，为高压电源提供电压控制。53 自然伽马能谱测井仪电路描述3.1 WTS 仪器总线WTS 总线为十八芯贯通线，用于向仪器串和马达供电，经 WTS 遥测短节将地面采集系统的指令传送给仪器串，将仪器串测量数据传给 WTS 遥测短节，提供电极和参考引线。所有的 WTS 仪器都需要支
6、持 WTS-IB 总线，仪器串内的所有仪器与该总线并联。总线短板为无源板，用于接受来自上接头的 WTS 总线信号，并将其转至下接头，此板完成仪器与总线之间的所有连线接口。3.2 探测器电路（13-A-006）PMT 为一传感装置，与闪烁探测器一起用于伽马射线探测，当伽马射线通过 CsI 晶体时，由于晶体内的能量交换而产生闪烁光，而闪烁强度是伽马能量的函数。CsI 晶体经光耦合接到光电倍增管的阴极，产生的电子在电场的作用下射向第一极，从该极又产生大量的次级电子，并射向后续的极，最终得到一个约 10V 的脉冲输出。经最后一级生成的电子汇集到阳极产生信号电流，该电流流经电阻产生一电压脉冲，该负脉冲经
7、耦合电容 C13 加到线性前置放大级。PMT 管座内的其它电阻和电容用于调整 PMT 增益。高压电源为一 DC/DC 转换器，输入端为 315VDC 产生 3001500VDC 的输出，该电路所采用设计，可以对 PMT 增益进行调整，以补偿该电路或其它电路所产生的各种漂移。电源经高压滤波板进行滤波，该板与 PMT 管座相连。3.3 线性前置放大与 PHA 电路（13-A-005）IC2 为一反向放大器。R28、C11、R18 构成一极零消除微分电路，用于消除由于放大器的幅度进行调节，增益的改变由微处理的控制 PMT 高压来完成。IC3 为一同相放大器， 输出-Se 脉冲波形，C15 为输出耦合
8、电容。Q6、Q7、D1、D2 用于设置脉冲的基线，防止基线偏移，基线的漂移会影响数据资料的精度和质量，这一点对谱测量电路尤为重要，因为对于谱测量电路，基线的漂移会导致能级的漂移。PHA 接收到模拟脉冲信号后将其峰值转换成一个数字量，当一脉冲经6J1/P16(SIG-IN)端进入 PHA 板后，加到 IC5 的+Vin 端等待采样，当脉冲达到最大幅度时，采样开始，由 IC1、IC2、IC3、IC4 提供时序逻辑。脉冲宽度约为 8us，最大幅度为 5V。IC1 的输出信号加到 IC2a 的反相端和 IC2b 的同相端， IC2a 的门槛电压为 54mv ，当输入的脉冲幅度大于该值时，输出端变为低电
9、平，该低电平触发单稳态 IC3a，单稳态输出脉冲的持续时间（峰探测）为 3-4us 可变，同时对于每只仪器， VR1 值并不是完全相等。IC2b 的反相输入端信号来自于一软件控制的 D/A 转换器，用于调整低电平鉴别。IC2b 的输出 (LLD OUT)用于使 IC3b（采样逻辑）接通。峰探测的下降沿和 LLD 的高电平到 IC3b/P9 输出为低电平，继而触发 IC4a 和 IC4b。当 IC4a 触发的 Q 端(P6) 为高电平，从而使得：1） IC4aIC4b 不再被触发。2） 将 IC5 置于采样和保持模式，从而捕获到输入的峰脉冲，当 IC4b 触发后，Q 端变为高电平并持续 3us。
10、Q 高电平的下降沿（开始转换）使能 IC7，IC7 将 P1 脚的模拟信号转换为12 位数字量， IC7 的最低有效位 (D0D3)未接，D4 D11 位经 IC8 缓冲。当IC4a Q 输出端高电平结束时(timeout)IC4/P7(HOLD NOT 信号)端产生翻转，从低电平变为高电平，锁定转换结果。3.5 能谱分析电路（13-A-004）来自 PHA 的脉冲被转换成 8 位数据字，经 EOC 读取至 U6。EF 信号显示 U6 的状态，一旦 U6 内有数据存在，EF 保持为高电平，U1（微控制器）时刻监测着 EF 电平的变化，如 EF 高电平，则 U1 产生一个采集(ACQUIRE)脉
11、冲，将数据字从 U6 中读出，输入到锁存器 U3，此时的数据字变成了 RAM RANK1 的低 8 位地址，由 U1 读取 RAM 地址内容，然后将内容值加 1，并写回到同一 RAM 地址。当出现溢出时，U1 将“ 0000 0000”写入地址。对于每一道，存入 RAM 的最大脉冲数为 64K-1。能谱分析板利用 U1/P10 入串行接口接收，来自通讯板的指令，U1 定期接收到一个 FREEIE SPECTRUM 指令，当接收到该指令时，U1 输出一信号到 RANK 在 RAM 中，RANKO 相当于地址位 9(A9)这样，新的谱以 DATA WORD 描述中相同的方式进行累加，在此之前的谱被
12、“锁定” ，正常情况下，7一条“TX FROIEN SPECTRUM”指令会紧随“ FREEIE SPECTRUM”其后，为了采集第二个谱并发送第一个谱，U1 交替进行以下内容，先将数据从 U6 锁存到 RAM，然后又将该数据从 RAM 锁存发到输入寄存器 U7/U8，在第一种情况下，由脉冲控制 RAM 地址线，第二种情况下，则由微控制器自身控制地址线，为了获取对地址线的控制权，微控制器使 P2,3 (U1/P24)变为低电平，使 U2 开启， U3 停止工作， U1 对外部存储器的访问采取时间多路传输(time-multiplexed),利用 ALE 将地址位锁存到 U2， RD 和 WR
13、用于锁存器的读取。U1 激活 ENABLE I/O(Pt1)，读取代表谱的第一道的两个字节，然后去激活ENABLE，I/O，从而将第一道的 LSB 和 MSB 分别加载到 U7 和 U8 的输入锁存器。LOAD/CTS(PE2)为低电平，U12 处于 Load 模式，ALE 只起到时钟计时的作用， “111111”加载到 U12 LOAD/CTS(PE2)为高电平，从而使得：a) 单稳态 U17 被触发 (PE5)，U17 由一个八位存储锁存器构成其输出接到一个并入串出 8 位移位寄存器，U17 生成的脉冲使 DATA WORD 从 U7/U8 输入锁存器转移到 U7/U8 移位寄存器 (Pt
14、6)。b) U12 从 LOAD 模式变为 COUNT 模式 U10 被使能，开始一个发送序列。c) 产生一中断信号，INTO(Pt4)，U1 利用该中断信号加载新的一到至输入寄存器 U7/U8，使内部计数器加一。上述 a、b、c、项发生于第一道信号传送之前。此时 U3（曼彻斯特）控制着数据的传送，每发送完 16 位，U12 产生一个中断，U1 将停止脉冲采集，加载并复位新的一道，使内部计数器进位，一直到所有道发送完，U1 然后触发 LOAD/CTS 为低电平，完成发送。3.6 主控制电路（13-A-003）该板功能如下：M2 通讯对来自地面的命令字和数据字进行译码高压输入控制对仪器内部各模拟
15、电压进行采样。如保温瓶温度8以上这些功能均由 U1 微控制器控制，U1 9 为全部程序及数据内存 (EPROM)提供不同的地址空间。微控制器提供了两个外部中断 INTO(P2,3)和 INT1(P3.3)，用于控制 U3 曼彻斯特编码器通讯。两个 16 位内部计数器之一(TOP3.4 )用于从 PHA 采样脉冲，该计数器为总伽马射线计数器，另一个计数器未用。U1 内嵌 1 个全双工串口，用于将通讯板的命令传送到谱分析器板。通讯板上的 TXD (P3.I)，连接到谱分析器板的 RXT(P3.0)。3.7 I/O 通讯（ 13-A-002）I/O 板为 WTS 总线与仪器的接口，主要有三部分电路组
16、成。命令总线Mode 2 数据总线Mode 5 数据总线1 命令总线该部分总线用于接收来自 WTSCR(3514)的命令，两根线 CMD-(P4-6) CMD+(P4/P13)与变压器 T1 的线相连，T1 同时与一电阻偏置网络相连，作为 U1 的输入(DS78C20)，电阻 R1 的作用是使总线的振铃噪声降至最低。电阻 R2、R3、 R4、R5 构成一分压网络与 U1 的差分输入端相连，产生的偏置电压使得 U1 负输入端高压正输入端 100mv，该偏置电压的另一作用是使 U1 输出端在两命令的空位时间内通常为低电平，U1 的输出端接到通讯板的缓冲器，而该缓冲器的输出接到 6408 译码器的 UDI 输入端。2 MODE 2 数据总线该部分总线用于将仪器的 Mode 2 数据传输给 WTS 遥测短节， WTS IB Mode 2+ Mode 2- 连接到
