冯爱莉

摘 要：DSC单芯多功能测井仪包含中子氧活化、中子寿命、自然伽马、CCL、温度和压力测井仪。一次下井可以完成井温、压力、自然伽马、CCL、远/近俘获Σ及各种条件下的流量参数测量。仅中子氧活化测井在河南油田东部市场每年有100多井次的工作量，是测井公司主要的施工项目之一，其原理是通过对中子活化伽马射线时间谱的测量来反映油管内、环形空间、套管内外水的流动状况，通过解析时间谱计算出水流速度、进而计算水流量。本文对井下仪器电路原理进行了介绍，对2006年到2010年五年间该仪器的阳极脉冲变压器损坏的原因进行了分析（共17只），针对这一多发故障提出了解决方案。

关键词：氧活化；离子源电路；阳极脉冲变压器；TVS二极管

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.170

1 仪器的构成

仪器由便攜式地面系统和井下仪器组成。地面系统包含主机/数据采集处理及电源/打印机两个箱体。井下仪器由温度/压力/伽马/CCL的遥测短接、上中子发生器短接、采集短接、和下中子发生器短接共四大部分组成。

阳极脉冲变压器是采集短接中离子源控制电路的组件，其作用是将90V脉冲信号变成1800V脉冲信号、通过开关模块分别给上、下中子发生器阳极供电。

2 井下仪器简介

遥测短接是仪器的核心，其功能是与地面仪器通讯，接受命令并上传数据；与其他短节通讯，传递命令并接受数据；实现温度、压力、CCL、自然伽马的信号采集；提供90V直流稳压电源。采集短接的功能：产生中子发生器工作所需的灯丝电流和阳极脉冲；定时序对4个伽玛探头信号进行采集计数；遥传短节来的地面命令，按命令改变工作模式；短节内的数据和状态通过串行口上传至遥传短节。发生器短节功能是根据命令加减靶压（0-110KV），使靶压稳定在所需大小。当靶压到一定值，灯丝电流正常，在来阳极脉冲时，中子管就打出中子。

仪器命令及数据信息均以脉冲编码（PCM）形式在测井电缆上传送，属半双工通讯。井下仪器每隔50mS发送一组数据并接收一次命令，称一帧，每秒传20帧。

井下仪器内部通信是由井下仪器各个单片机通过串行口或并行口互相传递数据和命令的过程。

3 阳极脉冲变压器（T2）相关电路的作用

电路功能介绍（见上图）。C17、R1构成微分电路，将NB1的正脉冲转化为负脉冲。R2、VT7构成脉冲放大电路，将-5V负脉冲放大为-15V负脉冲。R3、R4、C19、C18、U1、C3、R5构成脉冲整形电路。对放大后的-15V脉冲整形、使其为+15V标准方波。L2、C5构成抗干扰电路。防止振荡电路对90V稳压电路的干扰。VT1、C4、阳极变压器T2的初级（1、2脚）构成震荡电路。+15V脉冲让VT1导通或截止、使通过阳极变压器T2的初级加载的90V直流电压变为90V脉冲信号。

阳极脉冲变压器T2的初级（1、2脚）90V脉冲经阳极变压器耦合、在次级（5、6脚）输出1800V脉冲。

开关模块功能：开关模块NBD控制端是和1800V脉冲有90度相位差、NBD脉冲上升沿通过开关模块内部控制电路使阳极高压1800V脉冲下降沿快速导通、这样可以使阳极高压1800V脉冲无拖尾现象、避免了发生器产额拖尾、影响计算值。

R30、VD5、R6、VD4阳极变压器T2的次级（3、4脚）产生阳极电压状态码Vam输入到单片机IU3最终反馈到地面系统。

R10、R11、R12、C7、C8、U2A 及R13、R16构成阳极电路采样电路。将采样电压通过IU3的17脚Vin输入单片机比较、计算最终将阳极电流Ia反馈到地面系统。

U4、VD14、R26和U5、VD15、R27上下中子发生器选择电路。由地面系统下发的命令、最终通过离子源控制电路的单片机IU314脚和13脚来选择上、下中子发生器哪个工作。

4 阳极脉冲变压器损坏的原因分析

4.1 原因分析

（1）匝间击穿：经过对阳极脉冲变压器的拆解、我们发现漆包线层间绝缘胶带有损伤、属于产品制造过程中的瑕疵，发生过一例。（2）外层磨损：由于仪器的外径是43mm、内径仅32mm，且内部元器件多，而阳极脉冲变压器的尺寸较大，在仪器维保时很容易和外管接触造成变压器绝缘层磨损。我们用ZC-7型绝缘电阻表测量了有磨损的变压器，其耐压值在1600V～2000V之间，远小于额定值2500V。（3）阳极脉冲变压器输出瞬间电压过高：变压器输出电压是90V，但在我们的实际测量中发现，仪器工作中阳极脉冲电压瞬态干扰经常可以达到2700V。（4）变压器引线处焊点问题：在厂家仪器装配或仪器维修时由于人工操作容易造成变压器引线处焊点处理不好导致绝缘下降。

4.2 降低阳极脉冲变压器损坏的措施

（1）外层绝缘处理：对外层磨损的问题，我们将变压器外层绝缘层材料更换成3M公司生产的高温聚胺脂胶带。其特点是耐磨、耐高压，用2500V绝缘电阻表对单层试验多次均未击穿。（2）增加保护电路：经过我们分析发现阳极电压明显存在瞬态干扰，其特点作用时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大、破坏性很大。经和厂家协作，我们在阳极电压输出端加接4只450V的TVS管、使电压钳位在1800V。（见图2）。TVS二极管是一种在稳压管工艺基础上发展起来的一种高效能的电路保护器件，当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度（最高达10-12次方秒）使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。（3）引线绝缘处理：对阳极变压器初、次级引线的焊点全部进行重新焊接和绝缘处理。

2011年底我们对4只采集短接采取以上措施后，至今仅损坏一只阳极脉冲变压器，大幅度降低仪器了的故障率。

参考文献：

[1]西安奥华电子.DSC单芯多功能测井仪维修手册[K].2006：26-30.

[2]www.datasheet5.com元器件参数查询.