一种63伽马能谱三探头测井仪
技术领域
本实用新型实施例涉及测井设备领域，具体涉及一种63伽马能谱三探头测井仪。
背景技术
自然伽马能谱测井仪器可以测量地层中伽马总计数率和钍、铀、钾三种天然放射性元素含量。钍(Th)、铀(U)、钾(K)三种元素的含量占地层中放射性元素总量的99％以上，其它天然放射性元素只占不到1％，完全可以忽略不计。根据钍、铀、钾的地球物理性质，利用自然伽马能谱测井资料和其它相关资料结合，追踪这三种元素的存在规律，可以识别火成岩，区别岩相，确定黏土含量，帮助划分储集层。
目前，国内常规尺寸
自然伽马能谱测井仪的测井或坏完全取决于探测器质量的好坏。自然伽马能谱测井仪所测能量跨度大，从60KeV到3000KeV，在整个能量跨度都要求探测器有很好的线性。由于自然伽马能谱测井仪所测对象是自然界的放射性物质，计数率本来就很低，为了得到更多的计数以减少统计涨落的影响，提高仪器测速，就要求探测器有较高的探测效率。
但为了适应更小井眼和水平井的测量，仪器外径自然会相应变小，同时所用晶体尺寸也会变小，但晶体的体积缩小将导致探测效率大幅下降。
实用新型内容
为此，本实用新型实施例提供一种63伽马能谱三探头测井仪，通过采用三组伽马射线探测器和三组处理电路进行测井，可以将测量结果进行叠加，用这种方法来弥补小直径探测器探测效率低的缺点，以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：一种63伽马能谱三探头测井仪，包括承压壳体、安装于承压壳体内的芯体以及安装于芯体内的三组伽马射线探测器和三组处理电路，每组处理电路均包括高压电路、信号处理电路、数据存储电路、通讯电路和开关电源电路；
伽马射线探测器输出端与信号处理电路输入端连接，用于信息的采集转换；
通讯电路包括CAN通讯板、COM通讯板、以太网接口和遥传短节；
数据存储电路包括存控短节和接口板，所述信号处理电路通过CAN通讯板与存控短节进行通讯，通过存控短节将测量数据自行存储到接口板上，并同时备份到COM通讯板上；
数据存储电路存储的数据传输给仪器COM通讯板，并通过以太网接口与遥传短节进行通讯，将测量数据上传给遥传短节，所述遥传短节输出端与地面系统连接，用于数据的上传；
开关电源电路包括电源板和电源转换开关，所述电源板通过电源转换开关连接电池和地面交流主电。
进一步地，所述伽马射线探测器、高压电路、信号处理电路、数据存储电路、通讯电路和开关电源电路均与电源板连接，所述电源板通过开关电源电路由电池和地面交流主电供电。
进一步地，所述信号处理电路包括前置放大器、FPGA芯片、A/D转换器、D/A转换器和数字积分器，所述前置放大器用于将伽马射线探测器产生的电脉冲滤波放大输送至A/D转换器，所述A/D转换器用于将检测的模拟量信号转换为数字量信号进行存储，D/A转换器将数字量转换为模拟量用于数据传输，所述FPGA芯片用于根据D/A转换器的脉冲波形转换结果，完成脉冲成型、幅值分析以及实时峰值计算，所述数字积分器用于计算峰面积，从而来算脉冲幅度。
进一步地，所述高压电路包括变压器和高压板。
进一步地，所述测井仪内部使用SPI通讯协议进行数据传输，与其他仪器之间采用网络通讯。
进一步地，所述芯体由芯体上段、芯体中段和芯体下段组成，所述芯体上段顶部与承压壳体之间固定安装有组叠簧，所述伽马射线探测器连接前置放大器和高压板，三组伽马射线探测器、前置放大器和高压板均安装于芯体中段内，三组处理电路和变压器均安装于芯体下段内部，所述芯体下段底部与承压壳体之间固定安装有减震弹簧。
进一步地，三组所述伽马射线探测器呈一字型均匀分布于芯体中段内，所述伽马射线探测器包括安装座、减振轮、波形弹簧、垫片、探测器壳、晶体、光电倍增管、绝缘衬套、弹簧、过线管、减震垫和AM源；
所述光电倍增管和晶体并排设置于探测器壳内部，所述光电倍增管和变压器与高压板连接，所述安装座和过线管分别设置于探测器壳的两端，且光电倍增管靠近安装座设置，所述减振轮设置为两个且分别固定设置于安装座和过线管端部，所述减震垫固定设置于探测器壳底部，所述AM源固定嵌设于底部一侧；
所述垫片和波形弹簧并排设置于探测器壳与安装座之间，所述绝缘衬套固定设置于晶体靠近过线管的一端，所述弹簧固定设置于绝缘衬套和过线管之间。
本实用新型实施例具有如下优点：
1、本实用新型在电缆测井时，仪器使用地面供的交流主电，通过COM通讯板、以太网接口与遥传短节通讯，将数据上传至地面系统；在存储模式测井时，由电池统一供48V直流电，COM通讯板与存控短节进行通讯，测量数据自行存储到接口板上，并同时备份到该仪器的COM通讯板上，测量、存储等指令由存控短节向下发，测井时间标记由存控短节统一下发记录，整个测井仪可以实现自然伽马能谱数据采集，完成电缆、存储双模式的测井方式；
2、通过采用三组伽马射线探测器和三组处理电路进行测井，可以将测量结果进行叠加，用这种方法来弥补小直径探测器探测效率低的缺点；
3、本实用新型仪器内部使用SPI通讯协议进行数据传输，通过CAN通讯与COM通讯板进行数据传输，与其他仪器之间通讯采用网络通讯的方式，可以达到10M/S，保证仪器可以进行全谱数据和分窗计数的采集和传输，解决常规仪器三总线通讯方式速率较低、误码率高的问题，实现提高自然伽马能谱数据传输速率，降低数据传输误码率的效果；
4、通过选择开关电源电路并实现模块化以最大限度的提高电源转换效率和减小电路体积，合理设计电源输出功率以降低电源本身的功耗，降低电源功耗能够满足长距离的水平井测量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本实用新型提供的整体结构示意图；
图2为本实用新型提供的芯体结构示意图；
图3为本实用新型提供的伽马射线探测器结构示意图；
图4为本实用新型提供的整体系统结构示意图；
图5为本实用新型提供的光电倍增管供电结构示意图；
图中：1承压壳体、2芯体、21芯体上段、22芯体中段、23芯体下段、3伽马射线探测器、31减振轮、32波形弹簧、33探测器壳、34晶体、35光电倍增管、36绝缘衬套、37弹簧、38过线管、39减震垫、310AM源、4高压电路、5信号处理电路、6数据存储电路、7通讯电路、8开关电源电路、9叠簧、10减震弹簧。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参照说明书附图4-5，该实施例的一种63伽马能谱三探头测井仪，包括承压壳体1、安装于承压壳体1内的芯体2以及安装于芯体2内的三组伽马射线探测器3和三组处理电路，每组处理电路均包括高压电路4、信号处理电路5、数据存储电路6、通讯电路7和开关电源电路8；
伽马射线探测器3输出端与信号处理电路5输入端连接，用于信息的采集转换；
通讯电路7包括CAN通讯板、COM通讯板、以太网接口和遥传短节；
数据存储电路6包括存控短节和接口板，所述信号处理电路5通过CAN通讯板与存控短节进行通讯，通过存控短节将测量数据自行存储到接口板上，并同时备份到COM通讯板上；
数据存储电路6存储的数据传输给仪器COM通讯板，并通过以太网接口与遥传短节进行通讯，将测量数据上传给遥传短节，所述遥传短节输出端与地面系统连接，用于数据的上传；
开关电源电路8包括电源板和电源转换开关，所述电源板通过电源转换开关连接电池和地面交流主电。
进一步地，所述伽马射线探测器3、高压电路4、信号处理电路5、数据存储电路6、通讯电路7和开关电源电路8均与电源板连接，所述电源板通过开关电源电路8由电池和地面交流主电供电。
进一步地，所述信号处理电路5包括前置放大器、FPGA芯片、A/D转换器、D/A转换器和数字积分器，所述前置放大器用于将伽马射线探测器3产生的电脉冲滤波放大输送至A/D转换器，所述A/D转换器用于将检测的模拟量信号转换为数字量信号进行存储，D/A转换器将数字量转换为模拟量用于数据传输，所述FPGA芯片用于根据D/A转换器的脉冲波形转换结果，完成脉冲成型、幅值分析以及实时峰值计算，所述数字积分器用于计算峰面积，从而来算脉冲幅度。
进一步地，所述高压电路4包括变压器和高压板。
进一步地，所述测井仪内部使用SPI通讯协议进行数据传输，与其他仪器之间采用网络通讯，可以达到10M/S，保证仪器可以进行全谱数据和分窗计数的采集和传输，解决常规仪器三总线通讯方式速率较低、误码率高的问题，实现提高自然伽马能谱数据传输速率，降低数据传输误码率的效果。
实施场景具体为：在电缆测井时，仪器使用地面供的交流主电，仪器采集全谱数据和全谱数据的分窗计数，传输给仪器COM通讯板，仪器通过以太网接口与遥传短节进行通讯，将测量数据上传给遥传短节，并通过谣传短节上传地面系统；
在存储模式测井时，由电池统一供48V直流电，仪器通过COM通讯板与存控短节进行通讯，测量数据自行存储到接口板上，并同时备份到该仪器的COM通讯板上，测量、存储等指令由存控短节向下发，测井时间标记由存控短节统一下发记录；
在电缆模式下，仪器将250VAC转换成+48VDC～+60VDC，供电源板使用；
在存储模式下，直接使用总线上的+48VDC，然后经DC-DC转换为±12VDC和+5VDC，供仪器的模拟电路和数字电路使用，选择开关电源电路8并实现模块化以最大限度的提高电源转换效率和减小电路体积，合理设计电源输出功率以降低电源本身的功耗，降低电源功耗能够满足长距离的水平井测量。
参照说明书附图1-3，所述芯体2由芯体上段21、芯体中段22和芯体下段23组成，所述芯体上段21顶部与承压壳体1之间固定安装有72组叠簧9，当仪器遇到剧烈的轴向冲击时，可以有效的保护探头，防止芯体中段22内部易碎的晶体34和光电倍增管35损坏，所述伽马射线探测器3连接前置放大器和高压板，三组伽马射线探测器3、前置放大器和高压板均安装于芯体中段22内，三组处理电路和变压器均安装于芯体下段23内部，所述芯体下段23底部与承压壳体1之间固定安装有减震弹簧10，也能够保护内部的处理电路。
进一步地，三组所述伽马射线探测器3呈一字型均匀分布于芯体中段22内，所述伽马射线探测器3包括安装座、减振轮31、波形弹簧32、垫片、探测器壳33、晶体34、光电倍增管35、绝缘衬套36、弹簧37、过线管38、减震垫39和AM源310；
所述光电倍增管35和晶体34并排设置于探测器壳33内部，所述光电倍增管35和变压器与高压板连接，所述安装座和过线管38分别设置于探测器壳33的两端，且光电倍增管35靠近安装座设置，所述减振轮31设置为两个且分别固定设置于安装座和过线管38端部，所述减震垫39固定设置于探测器壳33底部，所述AM源310固定嵌设于底部一侧；
所述垫片和波形弹簧32并排设置于探测器壳33与安装座之间，所述绝缘衬套36固定设置于晶体34靠近过线管38的一端，所述弹簧37固定设置于绝缘衬套36和过线管38之间。
自然伽马能谱测井仪的测井或坏完全取决于探测器质量的好坏。自然伽马能谱测井仪所测能量跨度大，从60KeV到3000KeV，在整个能量跨度都要求探测器有很好的线性。由于自然伽马能谱测井仪所测对象是自然界的放射性物质，计数率本来就很低，为了得到更多的计数以减少统计涨落的影响，提高仪器测速，就要求探测器有较高的探测效率。
但为了适应更小井眼和水平井的测量，仪器外径自然会相应变小，同时所用晶体34尺寸也会变小，但晶体34的体积缩小将导致探测效率大幅下降。实验表明，在同样的井眼下，1.5"的NaI晶体34的探测效率将降到2"的1/3左右，高能段的效率甚至不到2"的1/4。自然伽马能谱测井仪测量对象是地层的自然本底，计数率本来就不高，计数率再降到原来的1/3，测量误差将扩大约两倍，期望达到2"晶体34同样的测量精度是不现实的。
为了提高探测效率，本仪器采用3组探测器，3组处理电路，得到3个独立的谱图，通过后续处理，将测量结果进行叠加，用这种方法来弥补小直径探测器探测效率低的缺点。
本实用新型工作原理：
三组伽马射线探测器3和三组处理电路工作，AM源310发射一个阿尔法&伽马射线对，晶体34接收伽马射线变成光脉冲信号，光脉冲信号经光电倍增管35转换为光电子，并经前置放大器放大后输出电压脉冲至A/D转换器进行模数转换，然后经D/A转换器数模转换后传输至FPGA芯片，完成脉冲成型、幅值分析以及实时峰值计算，将数据处理得到3个独立的谱图，并通过后续处理，将测量结果进行叠加，取平均值后，得到最后结果，用这种方法来弥补小直径探测器探测效率低的缺点。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
