20世紀90年代以來,國外測井公司陸續開發研制了以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。這些波形數據中包含大量有應用價值質信息,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米范圍內質結構進行成像;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,并引進了幾十套包括MAC內ECLIPS2000系統。借鑒國外聲波測井儀器研制方面成功技術,開發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。

數據采集系統是決定偶極子聲波測井儀能否取合格數據關鍵部分之一,對整個儀器系統性能有重大影響。聲波信號頻率及數據處理對數據精度、動態范圍要求是決定數據采集系統設計主要因素。適應廣泛層條件和保證數據能進行高精度數值計算（如聲速衰減等）,要求該儀器系統有大動態范圍和高分辨率測量,

并適合井下高溫、高壓工作環境。采集通道控制器有多種方案實現。傳統中小規模數字電路功耗大、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,且數據間隔精度直接影響到對數據分析精度,一般微控制器難以滿足要求。而大規模復雜可編程邏輯器件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量級以上）優點,并能重新編程來修改和增強系統功能,不必重新設計印刷板,是優選方案。本設計選用Lattice公司ispLSI1k系列低端器件ispLSI1016E,可滿足系統控制功能。

1 系統設計

　　交叉偶極測量聲系設計要求,采用四組接收換能器,四組數據采集通道完成多道數據同時采集任務。使各通道具有較好一致性,并滿足系統擴展需要,把采集系統分為四個功能*相同獨立數據采集通道。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成。它們位置可以互換,并一個井下控制微處理機MPU統一控制。

　　偶極子聲波測井儀接收信號zui高頻率是14kHz左右聲波信號（偶極子發射換能器為500Hz～4kHz,單極子發射換能器為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,本系統使用zui高采樣頻率為100kHzADC。當偶極模式工作時,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/數轉換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,對數據采集精度和動態范圍要求較高,采用16位ADC和1000倍程控前置位大器,使系統具有150dB以上動態范圍,可以滿足設計要求。ADC采用ADI公司AD676TD,它具有片內采樣保持功能,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取代傳統對薄膜電阻陣列進行激光修整方法,消由溫度變化導致電阻值不匹配帶來線性誤差;用片內微處理器和刻度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果,使測量精度達到了較高水平。
　　高速數據緩存采用IDT公司8K字節FIFO存儲器IDT7205。FIFO存儲器有兩個數據端口,寫入端口數據采集端,讀出端口接MPU端,內部址計數器寫入數據次序有序將數據寫入相應RAM單元中,讀出數據時按數據存入先后依次取出。
　　如上述,本設計以AD676、ispLSI1016、IDT7205為主構成優化數據采集通道。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據采集,并完成單、偶極控制發信號接收處理等其它功能。
2 系統構成
2.1 硬件部分

　　整個并下聲波采集系統由四個*獨立、功能相同、可以互換數據采集通道及控制各個通道工作井下單片機87C51（MPU）構成,如圖1所示。MPU外部GAL譯碼電路產生采集通道控制信號,將采集通道數據讀入單片機外部RAM,并加上一些輔助信息后,由遙測電路上傳給面系統。
　　數據采集通道原理如圖2所示。每一路數據采集通道主要由模擬開關、放大器、高精度ADC AD676、采集通道控制器ispLSI1016、FIFO數據緩存器IDT7205、光耦等構成。
　　二選一模擬開關DG419具有高精度、低導通電阻、快速導通截止等優點,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模擬聲波信號。高精度模/數轉換器AD676采集通道控制器控制下,對聲波信號進行數據采集。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系統資源情況下,完

•