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NP-5型中深井碳氧比能谱测井仪器控制电路是?

发布时间:2019-10-12 11:40 来源:未知 编辑:admin

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  商品靶中子管的缺点是工作寿命短(60h)、工作温度低(125℃)和易自然放气。商品靶中子管因其制造时,排气温度低于200℃,排气不充分,无用的杂气仍然残留在制管材料中,线℃的中子管难于买到。由数据表明,自成靶中子管不仅工作寿命长,而且因制管时排气温度高达450~500℃,排气较干净,耐温高,性能稳定,很少自然放气,比较适合井下使用。同样尺寸的自成靶中子管一般情况下都比商品靶中子管中子产额低,这对测井又是不利的。为解决中深井碳氧比能谱测井仪器的需要,20世纪80年代,大庆油田测井公司地球物理研究所与东北师范大学物理系原子核研究室合作研制自成靶测井小型中子管,经过十余年的努力,终于获得成功,可以生产φ60mm、φ55mm、φ50mm三种尺寸中子管,在125℃时性能稳定,在150℃时中子产额降低10%~25%,中子产额不低于同样尺寸的商品靶中子管,发生自然放气的几率非常低。由于国产自成靶中子管外壳是陶瓷的又称为自成靶陶瓷中子管。自成靶陶瓷中子管由于性能稳定,在使用七芯电缆测井时,氘贮藏器不用自动控制电路,测井也很顺利,所以在以后研发的碳氧比能谱测井仪器中就省掉了氘贮藏器自动控制电路。所谓控制电路只是中子管离子源的阳极、阴极之间的脉冲电路——阳极脉冲电路,如图2-2-16所示。

  因该仪器是中深井仪器,振荡器、单稳态选用了原北京电子器件三厂的CMOS军用产品,并带自动保护电路的CC4069六反相器。如图2-2-16所示大功率晶体三极管MJ16010A,小晶体三极管3DG6D、3CG122F、3DG181J,电阻、电容都是在125℃环境中老化,经严格挑选。变压器T选用R2KB材料铁氧体。应用2支CC4069形成一个10kHz振荡器和三个单稳态,第一个单稳态输出宽度5μs、幅度15V的正脉冲,输入给G1、G2、G3组成电缆驱动器,经4000m电缆传到地面,作为同步测量信号。第二个单稳态输出宽度15μs、幅度15V的脉冲作为阳极脉冲延迟信号,输入给第三个单稳态。第三个单稳态形成宽度12μs、幅度15V的脉冲作为阳极的成形脉冲,输入给G4、G5、G6组成的大功率管推动器去推动大功率晶体三极管MJ16010A,MT16010A平时截止,当成形正脉冲到来时,突然导通12μs,变压器T次级高压绕组产生宽度12μs、幅度2000V的正脉冲,加到中子管离子源的阳极上,阴极接地。在变压器T的初级低压绕组接有电阻(2.4kΩ)、二极管2CN1B,用以消除负反冲尖子,保护大功率三极管,防止产生高频振荡,改善阳极脉冲波形。

  1.CC4069六反相器多谐振荡器CC4069六反相器构成的多谐振荡器原理图如图2-2-17所示。

  用CC4069六反相器中的两个反相器构成一个多谐振荡器,产生10kHz或20kHz的方波,其余的四个反相器构成两个单稳态,一个做阳极脉冲延迟单稳态,一个做阳极脉冲成形单稳态。这样只用一个CC4069构成碳氧比能谱测井仪器需要的打中子时序就够了。

  图2-2-17是用两个反相器构成的多谐振荡器,只要一个电阻、一个电容便可以。图2-2-17a中,若非门F1输入端③为低电位(“0”电平),则F1输出端①为高电位(“1”电平),电容C被充电,充电电流方向为①→②→③,致使②点电位变高。此时非门F2输入端也处于高电位,F2输出端③则为“0”电平,并保证①点为高电位,电路呈现暂时稳定状态。但是随着电容C上充电电荷的增加,②点不再是高电位,F2输入端变成低电位,并使其输出端③变为高电位。经过F1,①点变为“0”电平,这时电容C反向充电,充电回路仍是经过电阻R,并在其上产生电压降,使③点电位比②点高,③点为高电位,②点为低电位,从而①点为低电位,出现另一个暂稳过程。如此循环不止,便构成多谐振荡器。改变电阻R或电容C,振荡频率便发生变化。不少CMOS电路输入端加有二极管组成的保护电路,此时增加一个电阻R1,如图2-2-17b所示,并使R1>2R,就能使振荡器工作稳定,振荡频率受电源电压、温度影响很小。

  2.CC4069反相器单稳态图2-2-18是CC4069六反相器中的两个反相器构成的单稳态。

  CC4069反相器的工作过程如下(图2-2-18a):输入一个正脉冲,用后沿触发。稳态时,当存在输入的正脉冲时,①点为高电位,②点为低电位,③点为低电位,④点为高电位。当输入正脉冲后沿突然下跳时,①点突然下跳,②点突然上升给电容C2充电,③点突然上升,并充电到高电位,④点突然下跳。①点低电位,维持时间宽度C1、R1,②点一直为高电位,③点C2通过R2放电,当放电到反相器2关门电平时,④点突然上升为高电位④点负脉冲的宽度受C2、R2控制。④点通过R1给C1充电,C1充电到反相器1开门电平时,②点又突然下跳到稳态,延迟宽度受C1、R1控制。所以②点输出的正脉冲宽度比④点的负脉冲要宽一些。由于后沿触发,此电路可做延迟电路。

  3.带有控制端的多谐振荡器如图2-2-19所示,当控制端A处于高电位时,振荡器工作;A为低电位时,振荡停止。将“与非”门换成“或非”门也可。但此时控制端A为高电位时停止振荡,A为低电位时振荡。

  如图2-2-20所示,输入脉冲前沿触发的单稳态工作过程如下:稳态时“或非”门输出端①为高电位,“非”门输出端③为低电位,此时电容C基本上没有被充电,当输入信号发生正跳变时,“或非”门输出端①将变为低电位,经电容耦合,“非”门输入端电位下降,“非”门输出端③变为高电平。它回馈到“或非”门的输入端能维持“或非”门输出低电位,暂稳态开始。此后电容C不断被充电,②点电位逐渐上升,经历一定时间后,②点电位升到门槛电平Vm附近,“非”门又翻转,输出为低电位,经过回馈,“或非”门输出又变成高电位,暂稳态结束,而恢复为稳定状态,待下一个输入信号到来时,又重复工作一次。单稳态输出脉冲宽度,主要由R、C来决定,延续时间可以做得较长。

  5.NP-5型连续测量碳氧比能谱测井仪器改进的阳极脉冲电路在现场测井中CC4069六反相器有时会损坏,为保护CC4069,阳极脉冲成形改为3DG6D分离元件单稳态;同步信号电缆驱动器改为TD823功率放大器;推动大功率晶体三极管也改用TD823功率放大器。改进后的电路如图2-2-22、图2-2-23所示。

  在制作印刷电路板时,把CC4069置于板的中间,两边是分离元件,其目的是防止120kV高压电源偶然打火时,高压串到阳极脉冲电路击穿CC4069。这收到了一定效果,但没有解决根本问题。

  图2-2-24是图2-2-22、图2-2-23中用到的共发射极单稳态原理图,工作过程叙述如下:G1是一个射极跟随器,当输入方波时,电容C1、电阻R1将方波微分成正负尖脉冲,通过二极管D1负脉冲传到G2集电极电容C2,使集电极电位下降,G3的基极b3电位下降,G3向截止方向发展,集电极电容C3电位上升,通过电阻R6使G2基极b2电位升高,G2向导通方向发展。这一雪崩过程很快使G2导通,G3截止。这是一个暂稳态,宽度主要决定电容C2和电阻R4。负脉冲过后,暂稳态结束。G2集电极电容C2电位升高,C2被充电,G3基极b3电位升高,G3向导通方向发展,G3集电极C3电位下降,通过R6至G2的基极b2,使b2电位下降,G2向截止方向发展。这一雪崩过程,很快使G2完全截止,G3饱和导通,形成稳态,G2截止,G3饱和导通。

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