阅读说明：本技术 核磁共振功率相位控制模块 (Nuclear magnetic resonance power phase control module ) 是由 葛承河 张希瑜 刘磊 于云华 刘春莹 郭红旗 刘增 于 2019-02-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及核磁共振测井技术领域,提供一种核磁共振测井仪发射功率相位控制模块,包括发射电路,核磁共振测井仪发射功率相位控制模块还包括控制单元1和DDS直接数字信号合成单元2；通过软件算法建立幅度量与相位量之间的关系,简化硬件电路设计、降低硬件电路设计难度、增加可靠性。(The invention relates to the technical field of nuclear magnetic resonance logging, and provides a nuclear magnetic resonance logging instrument transmitting power phase control module, which comprises a transmitting circuit, a control unit 1 and a DDS direct digital signal synthesis unit 2, wherein the transmitting circuit is connected with the control unit; the relation between the amplitude quantity and the phase quantity is established through a software algorithm, so that the design of a hardware circuit is simplified, the design difficulty of the hardware circuit is reduced, and the reliability is improved.)

核磁共振功率相位控制模块

技术领域

本发明涉及核磁共振测井技术领域，提供一种核磁共振测井仪发射功率相位控制模块。

背景技术

核磁共振测井技术是目前唯一能够直接测量地层流体特性的测井方法，具有非常明显的优越性。核磁共振测井利用地层流体中H原子核的顺磁性以及H核之间的相互作用的外加射频磁场进行测井。

核磁共振测井仪射频发射电路包括信号参考信号产生电路、激励电路、大功率发射器电路、天线及其泄放电路。其中，发射功率控制是通过对两个大功率发射器电路发射信号的相位控制来实现的。

如图1所示，功率相控电路主要由4个电路单元组成：控制单元1、DDS直接数字信号合成单元2、D/A数模转换单元4以及信号激励单元3。控制单元1的功能是接收来自地面的指令和数据，解析后通过数据线将指令和数据写入DDS直接数字信号合成单元2，控制DDS直接数字信号合成单元2产生sin和cos正交参考信号；同时控制单元1还接收来自地面系统的幅度控制数据,该数据经D/A模数转换单元4将转换成模拟量AM。最后sin、cos、AM三个信号同时输入到信号激励单元3，由该单元中的电路进行模拟运算，输出信号I、Q两个信号。I和Q信号之间的相位差已经携带了AM幅度量的信息。I、Q两个信号控制大功率发射电路输出与来自地面系统幅值AM相对应的幅值。激励电路单元3电路复杂，设计难度较大，可靠性较差。

发明内容

本发明的目的在于采用软件算法建立幅度量与相位量之间的关系，简化硬件电路设计、降低硬件电路设计难度、增加可靠性，提供一种核磁共振功率相位控制模块，其技术方案如下：

一种核磁共振测井仪发射功率相位控制模块，包括发射电路，所述核磁共振测井仪发射功率相位控制模块还包括控制单元1和DDS直接数字信号合成单元2，控制单元1与地面控制系统通讯连接，DDS直接数字信号合成单元2与控制单元1通讯连接，发射电路与DDS直接数字信号合成单元2通讯连接。

进一步的，所述控制单元1用于接收来自地面系统的指令和数据并解析为DDS直接数字信号合成单元2可以识别的指令和数据信号。

进一步的，所述DDS直接数字信号合成单元2用于接收来自控制单元1的指令和数据信号并输出相应的方波信号I、Q。

上述方案进一步包括一种核磁共振测井方法，采用权利要求1所述的核磁共振相控模块并包括以下步骤：

（1）控制单元1接收地面系统发送来的指令和数据；

（2）控制单元1中的嵌入式软件对接收到的指令和数据进行计算，转换成DDS直接数字信号合成单元2能够识别的指令和数据信号；

（3）DDS直接数字信号合成单元2接收步骤（2）中的指令和数据信号产生两路信号I和Q。

（4）发射电路根据步骤（3）产生的信号I和Q输出相应功率的射频信号。

本发明的有益效果是：

采用软件算法建立幅度量与相位量之间的关系，简化硬件电路设计、降低硬件电路设计难度、增加可靠性。

附图说明

图1为现有技术相控功能模块框图，其中1为控制单元，2为DDS直接数字信号合成单元，3为数模转换单元，4为模拟运算单元。

图2为相控功能模块框图，其中1为控制单元，2为DDS直接数字信号合成单元。

图3 为幅度与相位差关系图，图中曲线为理论计算结果，横坐标为相位差，纵坐标为幅度。

图4为幅度与相位差关系的拟合与理论计算结果对比图，其中黑色线为理论计算结果，红色点划线为三次多项式拟合函数的计算结果。

具体实施方式

参照图1-4一种核磁共振功率相位控制模块，由控制单元1和DDS直接数字信号合成单元2构成；

所述DDS直接数字信号合成单元2能够接收来自控制单元1的命令字，输出相应相位的方波信号I、Q；

所述控制单元1能够接收来自地面系统的指令和数据，解析并控制DDS直接数字信号合成单元2的两路输出信号（I、Q）之间的相位差。

运行时，控制单元1接收地面系统发送来的命令和参数，由控制单元1中的嵌入式软件对接收到的参数进行计算、转换成DDS直接数字信号合成单元2能够识别的指令和参数后，控制单元1将携带相位差信息的指令和数据发送给DDS数字信号合成单元2，DDS直接数字信号合成单元2输出两路信号I和Q。I、Q两个信号控制发射电路输出与来自地面系统幅度值AM相对应的幅度值，实现对射频信号输出功率的控制。

射频信号幅度控制量AM是地面工程师通过地面系统输入的射频信号输出幅度控制参数，该幅度参数通过地面软件或者控制单元1的软件转换为相位参数。

这个参数与相位之间的算法如下，两路正交的正弦波信号反相叠加可得：

A=k*(sin(t)-cos(t)) -----（1）

其中，A---射频输出信号幅度；

t----时间；

θ---相位,取值范围为-～；

k---发射电路的增益系数，可以系统设计过程中自己确定。

对式（1）进行积分可得：

A_rms= ------(2)

根据式（2），取k=100，-,，在平面坐标系绘制幅度AM和相位差关系的二维曲线如图3所示。

将算法简化，拟合一个相位差和幅度关系的函数。例如，拟合成二次、三次多项式或者其他函数。

拟合一个三次多项式函数如下：

A_rms=ab cd -----（3）

式中，a、b、c、d为常数；

A_rms---幅度；

θ------相位。

如图4所示，为式（3）与理论计算结果特性曲线对比图。其中黑色的为理论计算结果，红色的点划线为三次多项式的结果，两条曲线在-,区间内，具有非常好的一致性，可以使用式（3）代替式（2），计算更简单。