[发明专利]一种随钻声波信号处理装置

权利要求书

1.一种随钻声波信号处理装置，其特征在于，包括：

四个相同的差分放大模块，分别接收前端井下声波换能器所产生的四对带有强背景噪声的微弱差分声波信号，并将输入的差分声波信号变成一路单端声波信号输出，以消除差分声波信号中的共模干扰成分并对输入的微弱差分声波信号的幅度进行一定倍数的放大；

四个相同的程控增益控制网络，每个程控增益控制网络由程控3dB衰减模块、前置程控增益放大器、带通滤波器以及后置程控增益放大器组成，用于分别接收来自四个差分放大模块的单端声波信号，通过程控3dB衰减模块衰减、前置程控增益放大器放大、带通滤波器滤波和后置程控增益放大器放大后输出；其中，带通滤波器对前置程控增益放大器增益调节后的声波信号进行带通滤波，以进一步滤除声波信号通带外的高频噪声和直流分量；

根据自动增益控制模块送入不同的控制码字，对程控3dB衰减模块、前置程控增益放大器、后置程控增益放大器衰减倍数或放大倍数进行调节，实现不同的衰减和放大，从而将单端声波信号幅度调节到所要求的范围之内，这个范围是指满足数据采样的幅度范围；

一数据采集模块，四个相同的程控增益控制网络输出的单端声波信号以并行的方式传输到数据采集模块，数据采集模块对四路单端声波信号进行采样，得到四路声波采样数据，并通过数据总线在控制总线的控制之下传输到自动增益控制模块；

一自动增益控制模块，该模块对接收到的四路声波采样数据进行处理，并依据当前的增益值以及四路声波采样数据的最大最小值计算出下一次采样的增益值，并转换为相应的控制码字，在100K时钟下，发送到程控增益控制网络；

一数据压缩模块，利用一定的压缩比例，采用DCT压缩算法，将四路声波采样数据进行适当的压缩，然后把压缩完的采样数据以及数据采样模块的采集参数，比如采样率，采样延时等参数进行打包，封装成标准的系统数据格式，发送到存储板或者上传到测试盒；

一内嵌自测试模块，用于随钻声波信号处理装置的自检，内嵌自测试模块由PWM调制信号产生模块和波形整形放大电路组成，其中PWM调制信号产生模块是用于产生数字的PWM调制信号，波形整形放大电路是用于对产生的PWM调制信号进行整形并需要的幅度，最终产生自检所需频率和幅度的模拟自检信号，通过检测随钻声波信号处理装置对该模拟信号进行处理后得到的信号进行比较，以检验和校准随钻声波信号处理装置声波信号处理的准确性。

2.根据权利要求1所述的声波信号处理装置，其特征在于，还包括，控制码字寄存器用于存放来自自动增益控制模块送入的控制码字，控制码字的不同位与程控3dB衰减模块、前置程控增益放大器、后置程控增益放大器对应，改变控制码字相应位的值即可调节衰减倍数或放大倍数；

所述的程控3dB衰减网络是由一个八选一多路选择器和反相衰减器实现的；其中反向衰减器包括分压电阻R_a、多个衰减控制电阻R_b、输入电阻R_g、反馈电阻R_f以及运算放大器；

来自差分放大模块的单端声波信号经过分压电阻R_a、多路选择器以及多路选择器选择的衰减控制电阻R_b连接到地，分压电阻R_a与衰减控制电阻R_b连接点分压输出并通过输入电阻R_g输入到运算放大器的负端，运算放大器的负端与输出端连接反馈电阻R_f，运算放大器的正端接地，并满足：

Rg=Ra=Rf2;]]>

多路选择器的选择控制端与控制码字寄存器相应位数据连接，根据控制码字寄存器相应位选择对应一路的衰减控制电阻R_b，实现程控衰减倍数的控制。

3.根据权利要求1所述的声波信号处理装置，其特征在于，所述的带通滤波器采用二阶巴特沃兹高通滤波器级联二阶巴特沃兹低通滤波器构成的四阶巴特沃兹结构的带通滤波器，并针对随钻声波测井特点设置带宽为5KHz～23KHz。

4.根据权利要求1所述的声波信号处理装置，其特征在于，所述的下一次采样的增益值为：

S=MAX(|f(i)|),i=1,2,......,N-1,NGnext=Gcurrent+ΔGstep,S<A1Gnext=Gcurrent,A1≤S≤A2Gnext=Gcurrent-ΔGstep,S>A2---(1)]]>

其中S为四组声波采集数据中的最大幅值，f(i)为采集到的四组声波采集数据，A₁为需要进行增大增益处理的最大幅度值，A₂为需要进行降低增益处理的最小幅度值，G_current为当前增益值，G_next为下一次采样的增益值，△G_step为增益步进（step）；

若是接收的四组声波采集数据最大幅度落在[A₁,A₂]范围内，就不需要调整，若是在[A₁,A₂]范围外，则根据给定的增益步进△G_step将信号的四组声波采集数据的最大幅值缩小或放大到[A₁,A₂]范围内。