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　　　20世紀(jì)90年代以來,國外測井公司陸續(xù)開發(fā)研制了以DSI（Schlumberger,1990）、MAC（Western Atlas,1992）和LED（Halliburton,1994）為代表新一代多極陣列聲波測井儀器,這類測井儀具有其它聲波測井儀器不可替代強大功能。它可軟、硬層中測量充液井孔中縱波、橫波和斯通利波波速,可以記錄反射斯通利波和反射縱波。這些波形數(shù)據(jù)中包含大量有應(yīng)用價值質(zhì)信息,如橫波和反射斯通利波信息可以評價低角度裂縫;反射縱波可對井周近10米范圍內(nèi)質(zhì)結(jié)構(gòu)進行成像;交叉偶極資料可用于層各向異性評價。近幾年來,我國斥巨資直接請斯侖貝謝測井公司服務(wù),并引進了幾十套包括MAC內(nèi)ECLIPS2000系統(tǒng)。借鑒國外聲波測井儀器研制方面成功技術(shù),開發(fā)新一代偶極聲波測井儀器是提高我國測井裝備水平重要途徑。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是決定偶極子聲波測井儀能否取合格數(shù)據(jù)關(guān)鍵部分之一,對整個儀器系統(tǒng)性能有重大影響。聲波信號頻率及數(shù)據(jù)處理對數(shù)據(jù)精度、動態(tài)范圍要求是決定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計主要因素。適應(yīng)廣泛層條件和保證數(shù)據(jù)能進行高精度數(shù)值計算（如聲速衰減等）,要求該儀器系統(tǒng)有大動態(tài)范圍和高分辨率測量,

并適合井下高溫、高壓工作環(huán)境。采集通道控制器有多種方案實現(xiàn)。傳統(tǒng)中小規(guī)模數(shù)字電路功耗大、體積大,走線太多,給印刷板布線帶來困難,一種好方案。是多通道并行高速采集,且數(shù)據(jù)間隔精度直接影響到對數(shù)據(jù)分析精度,一般微控制器難以滿足要求。而大規(guī)模復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD具有集成度高、速度快（通常比單片機用軟件控制至少提高兩個數(shù)量級以上）優(yōu)點,并能重新編程來修改和增強系統(tǒng)功能,不必重新設(shè)計印刷板,是優(yōu)選方案。本設(shè)計選用Lattice公司ispLSI1k系列低端器件ispLSI1016E,可滿足系統(tǒng)控制功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計

　　交叉偶極測量聲系設(shè)計要求,采用四組接收換能器,四組數(shù)據(jù)采集通道完成多道數(shù)據(jù)同時采集任務(wù)。使各通道具有較好一致性,并滿足系統(tǒng)擴展需要,把采集系統(tǒng)分為四個功能*相同獨立數(shù)據(jù)采集通道。每個采集通道主要由ADC、采集通道邏輯控制單元、存儲器等幾個部分構(gòu)成。它們位置可以互換,并一個井下控制微處理機MPU統(tǒng)一控制。

　　偶極子聲波測井儀接收信號zui高頻率是14kHz左右聲波信號（偶極子發(fā)射換能器為500Hz～4kHz,單極子發(fā)射換能器為2kHz～14kHz）,Nypuist定律,ADC采樣頻率zui少是28kHz。為保證對采集波形頻域分析,本系統(tǒng)使用zui高采樣頻率為100kHzADC。當(dāng)偶極模式工作時,聲波頻率上限4kHz左右,可采用較低采集速率。利用外部時鐘進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換ADC可控制采集時鐘頻率來控制采集速率。要進行如聲速衰減等計算,對數(shù)據(jù)采集精度和動態(tài)范圍要求較高,采用16位ADC和1000倍程控前置位大器,使系統(tǒng)具有150dB以上動態(tài)范圍,可以滿足設(shè)計要求。ADC采用ADI公司AD676TD,它具有片內(nèi)采樣保持功能,輸入量程由參考電壓決定,zui大為鹵10V。AD676采用電容陣列和電荷重新分配技術(shù)取代傳統(tǒng)對薄膜電阻陣列進行激光修整方法,消由溫度變化導(dǎo)致電阻值不匹配帶來線性誤差;用片內(nèi)微處理器和刻度DAC測量并補償電容失配誤差,利用刻度電容失配誤差修正采集結(jié)果,使測量精度達到了較高水平。
　　高速數(shù)據(jù)緩存采用IDT公司8K字節(jié)FIFO存儲器IDT7205。FIFO存儲器有兩個數(shù)據(jù)端口,寫入端口數(shù)據(jù)采集端,讀出端口接MPU端,內(nèi)部址計數(shù)器寫入數(shù)據(jù)次序有序?qū)?shù)據(jù)寫入相應(yīng)RAM單元中,讀出數(shù)據(jù)時按數(shù)據(jù)存入先后依次取出。
　　如上述,本設(shè)計以AD676、ispLSI1016、IDT7205為主構(gòu)成優(yōu)化數(shù)據(jù)采集通道。選用87C51作為井下控制單片機MPU,控制四個采集通道進行并行數(shù)據(jù)采集,并完成單、偶極控制發(fā)信號接收處理等其它功能。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
2.1 硬件部分

　　整個并下聲波采集系統(tǒng)由四個*獨立、功能相同、可以互換數(shù)據(jù)采集通道及控制各個通道工作井下單片機87C51（MPU）構(gòu)成,如圖1所示。MPU外部GAL譯碼電路產(chǎn)生采集通道控制信號,將采集通道數(shù)據(jù)讀入單片機外部RAM,并加上一些輔助信息后,由遙測電路上傳給面系統(tǒng)。
　　數(shù)據(jù)采集通道原理如圖2所示。每一路數(shù)據(jù)采集通道主要由模擬開關(guān)、放大器、高精度ADC AD676、采集通道控制器ispLSI1016、FIFO數(shù)據(jù)緩存器IDT7205、光耦等構(gòu)成。
　　二選一模擬開關(guān)DG419具有高精度、低導(dǎo)通電阻、快速導(dǎo)通截止等優(yōu)點,采集通道控制器控制下切換聲波模擬信號。放大器采用高性能運放AD845,以放大和緩沖來自模擬開關(guān)模擬聲波信號。高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD676采集通道控制器控制下,對聲波信號進行數(shù)據(jù)采集。采用高速大容量FIFO及其采集通道控制器,可以保證不占用MPU系統(tǒng)資源情況下,完

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