核磁共振发射器保护模块.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910116997.X (22)申请日 2019.02.13 (71)申请人 中石化石油工程技术服务有限公司 地址 100101 北京市朝阳区北辰西路8号北 辰世界中心A座703 申请人 中石化胜利石油工程有限公司 中石化胜利石油工程有限公司测井 公司 (72)发明人 葛承河郭红旗刘磊刘春莹 于云华闫永平 (74)专利代理机构 东营双桥专利代理有限责任 公司 37107 代理人 侯华颂李勇 (51)Int.Cl. H02H 3/08(2006.01) H02H 5/04(2。

2、006.01) H02H 3/06(2006.01) E21B 47/00(2012.01) E21B 49/00(2006.01) G01V 3/32(2006.01) (54)发明名称 核磁共振发射器保护模块 (57)摘要 本发明涉及核磁共振测井技术领域， 提供一 种核磁共振发射器保护模块， 包括过流保护单 元、 过热保护单元、 保护状态延时解除单元， 该模 块具有过热、 过流保护功能， 避免核磁发射器大 功率开关管热击穿损坏； 能够实时动态跟踪大功 率开关管的最大允许电流， 并根据跟踪结果实时 调整过流保护门坎， 且同时具备过流、 过热、 保护 状态延时解除功能， 进一步提高其可靠性。 。

3、权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 111564818 A 2020.08.21 CN 111564818 A 1.一种核磁共振发射器保护模块， 其特征是， 所述核磁共振发射器保护单元包括过流 保护单元、 过热保护单元和保护状态延时解除单元； 所述过流保护单元通过检测发射器大功率开关管的漏极与源极之间的电流， 控制大功 率开关管的工作状态， 出现过流时， 快速关断并禁止大功率开关管工作， 使其处于关闭状 态， 避免结温过高而发生热击穿； 所述过热保护单元通过对大功率开关管的温度进行检测， 在大功率管结温到达安全极 限前， 将其迅速关闭并禁止大功率开关管工作， 使其处于关闭状态， 避免结。

4、温过热导致热击 穿； 所述保护状态延时解除单元是当过流或过热发生后， 过流保护单元或过热保护单元切 换到保护状态， 当过热或过流条件解除时， 即满足保护状态延时条件， 保护状态延时解除单 元使过流保护单元或过热保护单元的保护状态继续延时保持一定的时间后才解除保护状 态， 使能发射器控制信号回复到工作状态。 2.根据权利要求1所述的核磁共振发射器保护模块， 其特征是， 所述过流保护单元具备 过流保护动态门坎功能， 能够实时跟踪不同环境温度下大功率开关管允许通过的最大电 流， 并根据这个电流实时动态调整过流门坎。 3.根据权利要求2所述的核磁共振发射器保护模块， 其特征是， 所述过流、 过热、 保。

5、护状 态延时三个条件之间的关系为逻辑 “或” ， 即只要其中任何一个条件成立， 或者两个条件同 时成立， 或者三个条件同时成立， 核磁共振发射器保护模块都会工作在保护状态， 关断并禁 止发射器大功率管工作。 4.一种核磁共振发射器保护模块， 其特征是， 包括电流采样单元1、 温度探头2、 信号处 理单元3、 逻辑运算单元4； 所述电流采样单元1对大功率发射电路进行电流采样； 所述温度探头2即温度传感器， 能将温度信号转化成电压信号； 所述信号处理单元3包括过流保护参考门坎电路和过热保 护门坎电路， 根据大功率开关管允许的最大工作电流和最大工作温度设定电流保护门坎值 和温度保护门坎值； 所述逻辑。

6、运算单元4包括延时逻辑电路和逻辑运算电路， 所述延时逻辑 电路是当过热或过流保护状态解除后， 即使仪器的过热和过流状态已经改变， 也要延时一 定的时间才解除过流、 过热保护； 所述逻辑运算电路是当过流、 过热、 保护延时未结束三个 条件中任何一个有效， 就关闭大功率开关管， 对其进行保护， 直到三个条件完全解除为止。 5.根据权利要求4所述的核磁共振发射器保护模块， 其特征是， 所述信号处理单元3还 包括滤波电路、 调理电路、 快速比较电路， 所述快速比较电路将电流和温度信号分别与过流 保护参考门坎电路和过热保护门坎电路设定的门坎值进行比较， 转化成代表当前电流和温 度状态的逻辑电平信号。 权。

7、利要求书 1/1 页 2 CN 111564818 A 2 核磁共振发射器保护模块 技术领域 0001 该发明涉及核磁共振测井技术领域， 提供一种核磁共振发射器保护模块。 背景技术 0002 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。 核磁共振可以利用核磁共振原理对井眼周围的地层信息进行探测， 能够对 地层流体进行定量和定性识别和评价。 0003 核磁共振在测井过程中要通过大功率发射电路发射射频电磁场， 使得拉莫尔频率 相同的H质子产生共振， 实现对流体性质的的探测。 0004 当前大功率发射电路是由大功率开关管为核心组成的处于开关模式的全波功率 。

8、放大器。 发射电路由高压直流供电， 输出RF发射脉冲信号， 幅度可达1500V， 瞬时电流可达 15A。 由于发射电路工作在高压、 大电流模式， 井下高温环境， 发射器中的大功率场效应管经 常热击穿损坏。 在盐水泥浆中工作时， 泥浆电阻率极低， 负载增大， 此时还必须保持足够的 B1磁场强度， 发射电流大幅度增加， 造成大功率开关管热损耗增加， 使得沟道温度过高， 导 致热击穿而破坏； 而有时， 由于井眼环境温度较高， 大功率开关管的耗散功率随着环境温度 增高而降低， 也就是说最大允许工作电流也降低， 而大功率开关管结温急剧上升， 一旦接近 或超过允许的最大结温， 即可造成热击穿损坏。 000。

9、5 因为大功率开关管的耗散功率随着环境温度升高而降低， 因此， 允许的最大工作 电流是随温度增高而降低的， 而当前核磁共振仪器中的过流保护电路的门坎是固定的， 不 能保护大功率开关管。 发明内容 0006 针对上述问题， 本发明目的是设计一个过热、 过流保护模块， 避免核磁发射器大功 率开关管热击穿损坏， 具体为一种核磁共振发射器保护模块， 其技术方案如下： 一种核磁共振发射器保护模块， 所述核磁共振发射器保护单元包括过流保护单元、 过 热保护单元和保护状态延时解除单元； 所述过流保护单元通过检测发射器大功率开关管的漏极与源极之间的电流， 控制大功 率开关管的工作状态， 出现过流时， 快速关断。

10、并禁止大功率开关管工作， 使其处于关闭状 态， 避免结温过高而发生热击穿。 0007 所述过热保护单元通过对大功率开关管的温度进行检测， 在大功率管结温到达安 全极限前， 将其迅速关闭并禁止大功率开关管工作， 使其处于关闭状态， 避免结温过热导致 热击穿。 0008 所述保护状态延时解除单元是当过流或过热发生后， 过流保护单元或过热保护单 元切换到保护状态， 当过热或过流条件解除时， 即满足保护状态延时条件， 保护状态延时解 除单元使过流保护单元或过热保护单元的保护状态继续延时保持一定的时间后才解除保 护状态， 使能发射器控制信号回复到工作状态。 说明书 1/4 页 3 CN 11156481。

11、8 A 3 0009 进一步的， 所述过流保护单元具备过流保护动态门坎功能， 能够实时跟踪不同环 境温度下大功率开关管允许通过的最大电流， 并根据这个电流实时动态调整过流门坎。 0010 进一步的， 所述过流、 过热、 保护状态延时三个条件之间的关系为逻辑 “或” ， 即只 要其中任何一个条件成立， 或者两个条件同时成立， 或者三个条件同时成立， 核磁共振发射 器保护模块都会工作在保护状态， 关断并禁止发射器大功率管工作。 0011 进一步的， 包括电流采样单元1、 温度探头2、 信号处理单元3、 逻辑运算单元4； 所述电流采样单元1对大功率发射电路进行电流采样。 0012 所述温度探头2即温。

12、度传感器， 能将温度信号转化成电压信号。 0013 所述信号处理单元3包括过流保护参考门坎电路和过热保护门坎电路， 根据大功 率开关管允许的最大工作电流和最大工作温度设定电流保护门坎值和温度保护门坎值。 0014 所述逻辑运算单元4包括延时逻辑电路和逻辑运算电路， 所述延时逻辑电路是当 过热或过流保护状态解除后， 即使仪器的过热和过流状态已经改变， 也要延时一定的时间 才解除过流、 过热保护； 所述逻辑运算电路是当过流、 过热、 保护延时未结束三个条件中任 何一个有效， 就关闭大功率开关管， 对其进行保护， 直到三个条件完全解除为止。 0015 进一步的， 所述信号处理单元3还包括滤波电路、 。

13、调理电路、 快速比较电路， 所述快 速比较电路将电流和温度信号分别与过流保护参考门坎电路和过热保护门坎电路设定的 门坎值进行比较， 转化成代表当前电流和温度状态的逻辑电平信号。 0016 本发明的有益效果是： 该发明能够实时动态跟踪大功率开关管的最大允许电流， 并根据跟踪结果实时调整过 流保护门坎， 且同时具备过流、 过热、 保护状态延时解除功能， 能够避免大功率开关管因热 击穿而损坏。 附图说明 0017 图1 过流保护模块功能框图 图2 最大允许电流与环境温度关系 具体实施方式。 0018 参考图1-2， 一种核磁共振发射器保护模块， 主要包括过流保护模块、 过热保护模 块、 保护状态延时。

14、解除模块。 0019 过流保护功能， 通过检测发射器大功率开关管的漏极与源极之间的电流， 控制大 功率开关管的工作状态， 一旦出现过流时， 快速关断并禁止大功率开关管工作， 使其处于关 闭状态， 避免结温过高而发生热击穿。 尤其关键的是， 该模块具备过流保护动态门坎功能， 能够实时跟踪不同环境温度下大功率开关管允许通过的最大电流， 并根据这个电流实时动 态调整过流门坎。 0020 过热保护功能， 主要通过对大功率开关管的温度进行检测， 在大功率管结温到达 安全极限前， 将其迅速关闭并禁止大功率开关管工作， 使其处于关闭状态， 避免结温过热导 致热击穿。 0021 保护状态延时解除功能， 是指过。

15、流或过热发生后， 保护模块切换到保护状态， 一旦 过热、 过流条件解除后， 模块的保护状态继续延时保持一定的时间后才解除保护状态， 使能 发射器控制信号回复到工作状态。 说明书 2/4 页 4 CN 111564818 A 4 0022 过流、 过热、 保护状态延时三个条件之间的关系为逻辑 “或” ， 即只要其中任何一个 条件成立， 或者两个条件同时成立， 或者三个条件同时成立， 模块都会工作在保护状态， 关 断并禁止发射器大功率管工作。 0023 实施方式二： 如图1所示， 一种核磁共振发射器保护模块主要由电流采样单元1、 温度探头2、 信号处 理单元3、 逻辑运算单元4组成。 0024 电。

16、流采样单元1对大功率发射电路进行电流采样。 0025 温度探头2即温度传感器， 能将温度信号转化成电压信号。 0026 信号处理单元3， 包括温度探头、 电流取样电路提供辅助电路， 滤波和调理电路， 还 包括时间延时电路。 本模块中尤其重要的是， 过流保护参考门坎电路的设计， 过流参考门坎 可随环境温度变化， 实时动态跟踪发射器大功率开关管在当前温度条件下的允许最大工作 电流。 电流动态参考门坎电路的设计要根据大功率开关管的具体参数进行计算确定。 电路 的实现方式可以是通过模拟硬件电路实现或者结合嵌入式算法及外围电路共同实现。 而过 热保护电路的参考门坎可以根据大功率开关管允许的最大工作温度进。

17、行设定。 电压和温度 信号经过处理后通过快速比较电路将信号转化成代表当前电流和温度状态的逻辑电平信 号。 延时电路主要是防止仪器处于过流或过热的临界点时状态过度频繁切换给发射器大功 率开关管造成进一步的损坏。 0027 逻辑运算单元4， 包括延时逻辑电路， 主要功能是一旦过热或过流保护后， 即使仪 器的过热和过流状态已经改变， 也要延时一定的时间才能解除过流、 过热保护； 还包括逻辑 运算电路， 过流、 过热、 时间延时未结束三个条件中任何一个有效， 就关闭大功率开关管， 对 其进行保护， 直到三个条件完全解除为止。 0028 参照图1， 所述电流信号、 温度信号由电流采样1和温度探头2两个单。

18、元进入， 经过 信号处理3、 逻辑运算4进行处理后， 输出逻辑控制信号， 一旦处于过流、 过热状态时， 控制核 磁发射器电路进行响应， 关闭大功率开关管。 0029 参照图2， 是根据本发明中算法获得的某大功率开关管的环境温度与允许最大电 流之间的关系曲线， 其中横轴为环境温度， 纵轴为允许经过最大电流。 0030 其中电流、 温度快速比较电路的参考信号， 应该根据电路允许的信号动态范围和 大功率开关管的参数进行计算确定。 算法如下： =-(1) 式 （1） 中， 为大功率开关管当前环境温度下允许的最大电流； -大功率开关管沟道温度； -环境温度； -大功率开关管的热阻； -大功率开关管的导通。

19、电阻； 假设电流取样和信号处理电路的综合增益系数为k （这个很容易测试和计算） ， 则有： = k-(2) 式 （2） 中， -为过流电路的参考门坎电压； 说明书 3/4 页 5 CN 111564818 A 5 本发明实施过程中可以根据实际使用大功率开关管的技术参数进行计算获得， 并根据 计算结果搭建动态门坎电路， 使得其变化趋势与所使用的大功率开关管的环境温度与允许 最大电流关系曲线一致即可。 具体实施例中可以利用热敏元件或温度探头2搭建模拟的函 数电路， 也可以参考温度探头2的信号用嵌入式软件算法计算获得过流动态参考门坎电压 值， 甚至比较功能也可以通过嵌入式软件实现。 0031 所述信号处理单元3的快速比较、 延时功能电路和逻辑运算单元4也可以通过数字 电路实现。 说明书 4/4 页 6 CN 111564818 A 6 图1 图2 说明书附图 1/1 页 7 CN 111564818 A 7 。