[发明专利]一种用于探测地下电性结构的井中电磁接收机

权利要求书

1.一种用于探测地下电性结构的井中电磁接收机，由井口控制单元、绞车和缆线、井中探管组成，井中探管通过缆线连接绞车，井口控制单元连接缆线并控制绞车实现对井中探管的控制，其特征在于：

所述的井中探管为钛钢管，钛钢管前端设置有前端马龙头，钛钢管内部设置有电源模块、通讯模块、测斜模块、控制电路、采集电路、上电极、三轴感应线圈磁传感器、三轴磁通门磁传感器和下电极；

缆线包括通讯缆及套装在通讯缆外围的铠装缆，前端马龙头将铠装缆与通讯缆分离，实现铠装缆承载钛钢管重力，保证通讯缆不受力；电源模块包括锂电池组，实现为井中探管供给电源，通讯缆仅实现通讯功能；通讯模块用于井口控制单元与控制电路的长距离通讯；测斜模块用于测量地磁场三分量获得探管位于井下作业时姿态方位参数；控制电路读取采集电路输出的数据流并进行预处理组成数据包，在井口控制单元的控制下完成增益、采样率设置、数据读取、本地保存、数据传输和状态提取工作；采集电路将三轴磁通门磁传感器、三轴感应线圈磁传感器、上电极和下电极输出的电压信号进行低噪声放大、滤波、模数转换；三轴感应线圈磁传感器反映磁感应强度变化率，之后输出至后续采集电路；三轴磁通门磁传感器将三轴正交磁场转换为电压信号；上电极和下电极测量Z轴方向的电场Ez。

2.如权利要求1所述的一种用于探测地下电性结构的井中电磁接收机，其特征在于，所述的井口控制单元包括PC和GPS模块，GPS模块外部集成GPS天线；探管下井前，PC通过以太网与井中探管进行通讯，完成GPS对钟、参数设置、探管电路自检工作；探管下井后，PC通过USB转422接口模块，借助通讯缆与井中探管电路进行通讯，查看当前数据采集的状态、进度，获取数据初步处理结果；井中数据采集结束后，探管提升至地面，PC通过以太网实现大量原始数据的快速下载；借助GPS模块实现时钟漂移校准。

3.如权利要求2所述的一种用于探测地下电性结构的井中电磁接收机，其特征在于，所述的采集电路包括七道前置放大器OPA、低通滤波器LP、可编程增益放大器PGA、AD缓冲器BUF、基准电源REF、模数转换电路ADC、IO隔离器ISO；七道前置放大器包括六道磁道前置放大器和一道电道前置放大器；六道磁道前置放大器中前三道放大三轴磁通门磁传感器输出的电压信号，后三道放大三轴感应线圈磁传感器输出的电压信号；一道电道前置放大器放大上电极和下电极测量Z轴方向的电场Ez的电压信号；三轴磁通门磁传感器和三轴感应线圈磁传感器的电压信号输出范围为±10V；磁道前置放大器增益为0.25；电道前置放大器增益为100；

信号经过前置放大器后进入低通滤波器，低通滤波器-3dB带宽设置为10kHz，之后进入到可编程增益放大器，可编程增益放大器的增益可设置为1、4、16、64，之后经过AD缓冲器、模数转换器、IO隔离器到达后端控制电路，IO隔离器实现前端模拟电路与后端控制电路的电气隔离。

4.如权利要求3所述的一种用于探测地下电性结构的井中电磁接收机，其特征在于，所述的控制电路包括微控制单元MCU、现场可编程逻辑门阵列FPGA、恒温晶体振荡器OCXO、温度传感器TS、SD卡、实时时钟RTC和直流电源转换器DC/DC；通过现场可编程逻辑门阵列连接IO隔离器，实现控制电路和采集电路的连接；微控制单元分别连接温度传感器TS、通讯模块、测斜模块、实时时钟RTC、直流电源转换器DC/DC和SD卡，通讯模块连接四芯电缆，直流电源转换器DC/DC连接锂电池组。

5.如权利要求4所述的一种用于探测地下电性结构的井中电磁接收机，其特征在于，所述的上电极和下电极为两个钛金属圆环，它们之间的间隔为50cm。

6.如权利要求5所述的一种用于探测地下电性结构的井中电磁接收机，其特征在于，所述的通讯缆为四芯电缆通讯，RS422标准，借助两对双绞线实现井中探管与地面控制单元的全双工通讯。

7.如权利要求6所述的一种用于探测地下电性结构的井中电磁接收机，其特征在于，所述的电源模块把锂电池组电源转换为+12V、-12V、+5V和+3.3V，其中，±12V给采集电路，+5V和+3.3V给模数转换电路，采集电路通过锂电池单独供电，与后端控制电路的电源隔离。