核磁共振测井仪模拟测试盒设计

【摘要】为了在核磁共振测井仪器研发初期阶段建立电路研发工程师、软件设计工程师和后处理解释软件设计师三方之间的设计交流，同时也为了搭建在仪器初始研发阶段与地面系统进行联合调试的平台，本文提出一种核磁共振测井仪模拟测试盒设计。通过该测试盒可以模拟井下仪器的工作状态与数据传输机制，验证地面测试系统的性能，有利于地面软件的前期编制，大大地缩短了仪器研制进程。该测试盒目前已经成功研制，并应用于实际的地面核磁软件的测试应用中。

【关键词】核磁共振 模拟器 阈值去噪 核磁回波 数字相敏检波

核磁共振测井技术作为一项新兴的技术，现在已经越来越多地应用于现场实际测试作业中[1]。该技术可以通过对地层中氢原子的核磁共振激发与回波采集反演从而直接分离地层中的油、气、水等信息，因而被广泛应用于现场测井作业中[2]。本文主要介绍了一种核磁共振测井仪的模拟测试盒，通过该测试盒可以有效模拟实际真实仪器的井下工作状态与数据传输机制，因而可以有效验证地面软件的性能，大大缩短整个仪器的研制进程。

2 模拟测试盒设计

2.1 模拟测试盒设计方案

核磁共振井下模拟测试盒是利用软件模拟核磁测井的主要过程，并实现与地面系统的通信，模拟测试盒主要分成两个部分：模拟测试盒控制器和模拟测试盒上位机软件。如图1所示为该模拟测试盒结构设计功能框图，地面系统通过AMI脉冲接口或者EDIB总线（一种有线电缆测井总线协议）与核磁共振井下模拟测试盒相连，模拟测试盒上位机软件与模拟测试盒控制器通过USB接口相连，图1中虚线部分为模拟测试盒。

整个核磁共振模拟测试盒的工作过程如下：地面系统发送指令，控制器接收到指令通过USB总线传至上位机软件，模拟测试盒上位机软件接收到指令后根据指令进行相应的操作：测井模式参数的接收，根据参数进行软件的初始化；扫频功能；刻度功能以及根据参数的设置进行回波数据的生成等功能；软件模拟测井过程并生成相应的数据，并将生成相应的数据进行回传至地面系统，由于传输的数据量大，因此对数据传输速率要求较高[3]。

2.2 测试盒流程设计

测试盒是主要模拟井下核磁仪器的实际工作状态，其基本功能是通过接收命令来模拟相应核磁仪器的井下实际工作状态并将模拟处理完成的数据回传到地面系统进行相应的处理显示。

当模拟测试盒在上电时进行上电初始化加载操作，包括复位缓存，当该步骤完成后，进入等待程序等待地面系统下发相应的命令。当收到下发的命令或者仪器参数表数据时，模拟测试盒则将内存中的参数表或者命令存储与更新；如果收到扫频或刻度命令时，测试盒则产生对应的数据回传地面系统；如果测试盒收到相应的采集命令，则由通讯板模块产生测井模拟数据或者通过一定的算法生成扩展测井数据；当收到传数命令后，则将上步准备好的数据回传地面系统。2.3 测试盒上位机软件设计

测试盒上位机软件基于VC++6.0平台下编写，通过对USB接口程序的调用来实现读写操作，按照规定的协议实现与地面系统的高速通信。在软件中采用了多线程技术来实现软件的读和写操作，避免了同时对同一个设备即读又写从而发生的冲突，大大缩短数据的读写时间。在VC++6.0平台上，通过对话框和消息的通知机制实现软件编制，同时调用USB接口的驱动程序实现硬件的读写控制。

在软件编写过程中调用USB接口驱动程序寻找USB硬件并连接上硬件设备，USB接口具有热插拔功能，每次插拔都需要寻找驱动，根据驱动来寻找设备；连接设备后并由软件对USB设备进行配置；根据驱动程序提供的函数来对USB总线进行读和写操作，并利用线程来保证读和写分开操作。VC++6.0是一款基于消息机制的编制平台，该上位机软件采用菜单的结构实现功能。

一级菜单分为：设备管理、扫频管理、刻度管理、回波数据管理、测试模式、对象管理以及帮助。设备管理菜单主要进行对USB总线的控制，在开始工作初期实现对硬件设备的连接，打开设备子菜单查询对应的USB设备接口实现连接，配置通信工作模式，同时发送20个0XFFFF字串来启动软件与控制器之间的通信，实现与地面系统的通讯连接，此后运行新线程程序监听下发的命令，完成USB总线的读操作。值得注意的是USB设备在每次热插拔时需要重新寻找驱动并安装驱动，这需要时间，如果在操作软件是打开设备时打开设备失败，这时可以多试几次打开设备，等USB接口安装驱动后设备即可以正常打开；关闭设备子菜单主要实现断开与地面系统中的连接，此时地面系统的指令接收不到，同时也没有回传数据；退出系统子菜单即退出整个软件，推出前关闭创建的新线程。扫频管理由当前扫频数据、导入扫频数据、修改扫频数据以及导出扫频数据四个子菜单组成，通过四个子菜单实现仪器天线主频扫频数据的管理操作。在修改扫频数据子菜单下可以弹出子对话框，在子对话框中可以完成对仪器扫频数据的相关修改操作，同时可以显示扫频曲线图。刻度管理菜单由当前刻度数据、导入刻度数据、修改刻度数据和导出刻度数据这些子菜单组成，可以完成对仪器住刻度及相关孔隙度刻度数据的管理操作。在修改刻度数据子菜单下可以打开子对话框，实现仪器刻度数据的修改操作。回波数据管理由当前回波数据、导入回波数据、修改回波数据以及导出回波数据四个子菜单组成，实现模拟地层核磁回波数据的管理。修改回波数据子菜单下打开子对话框，实现模拟地层核磁回波数据的修改与显示操作。对象管理中子菜单下弹出来数据生成子对话框，在子对话框中可以选择不同的对象和设置不同的TE、NE、TW来生成新的回波数据，并回传至地面系统[5]。

3 回波数据仿真模型设计

测试盒回波数据的仿真模型分为孔隙度模型与渗透率模型。测试盒通过上述两种模型的计算公式生成模拟地层核磁回波信号所对应的回波数据以及孔隙度与渗透率仿真数据，并发送回地面软件系统进行相关处理与解释分析。这里主要针对孔隙度模型进行相关介绍。

4 结束语

本文主要对核磁共振测井仪模拟测试盒进行了一个简要介绍，从测试盒的设计结构到测试盒的软件设计流程以及上位机程序构架进行了相关说明，最后对该测试盒的相关仿真数据模型进行了介绍。通过该测试盒可以有效模拟实际真实仪器的井下工作状态与数据传输机制，因而可以有效验证地面软件的性能。目前该测试盒已经应用到实际的仪器功能测试中，取得了很好的效果。

参考文献

[1] 立志. 核磁共振测井资料解释与应用导论[M]. 北京： 石油工业出版社， 2001