γ辐射测井仪范文

γ辐射测井仪范文（精选3篇）

γ辐射测井仪 第1篇

关键词：γ辐射测井仪,曼彻斯特码,网络型家居辐射测量

0 引言

我们在完成海南省教育厅科研项目“网络型家居辐射测量系统”时,为扩大市场及解决经费不足的困难,应《西安首创科技工程有限公司》的要求,将该系统采用模块化结构,换用高温器件,配上“曼彻斯特码通信模块”,就能作为γ辐射测井仪,用于井下γ幅射测量。

传统的γ辐射测井仪是由井下探头和井上仪器两部份组成。井下探头,将接收到的γ辐射转换为电脉冲信号,通过长线电缆传输给井上仪器。随着微电子工业的发展,将井下探头智能化,采用井下存储回放及井下、井上数据传输就成为必然。

由于曼彻斯特编码属高速的同步传输,具有传输时无直流分量、时钟提取方便等特点,所以,在γ测井时,我们采用曼彻斯特码同步通信。

1 γ能谱测井仪的总体结构

γ能谱测井仪属于嵌入式网络仪器,其由控制部分和网络部分组成。控制部分实际上是一个小型的简单的数据采集控制系统,实现仪器的控制和数据的采集。网络部分实现网络通讯功能。这两者都属于“嵌入式系统”的范畴,两部分之间通过8位单片机系统相连,再加上一些扩展结构,其总体规划如图一所示。

环境多道γ能谱仪各个部分的主要功能如下:

(1)MCU:主要完成程序控制、数据采集和数据通信。

(2)NaI探测器、放大成形、A/D变换:对γ幅射进行能量分析和比活度的测量。

(3)曼彻斯特通信模块:和井上PC机远距离曼彻斯特码通信。

(4)以太网通信模块:嵌入式以太网测控网关,可将测量数据实时发送入以太网。

(5)数据存储模块:存储测量数据,以便测量结束后回放分析。

2 曼彻斯特编/解码

如图二所示,将基带信号“101100100”(a)与同步时钟信号(b)“异或”就得到了单端、单极性的曼彻斯特编码信号(c),其特点是在每一位的中间都发生了跳跃,上跳为“1”,下跳为“0”。为了能远端高速传送,还需要通过硬件电路转换为双极性曼彻斯特编码信号(d)或双端曼彻斯特编码信号(e)。

3 用软件实现曼彻斯特编/解码

用硬件实现曼彻斯特编码,有专用芯片,但结构较为复杂,成本高。在核辐射测量中,由于传输速率不高,帧长度较小,完全可采用软件实现曼彻斯特编码。这样有利于简化系统结构,减少成本。但这种方法的缺点是:为满足定时需要,编译码程序运行时要求独占主机。

在环境辐射测量仪中,我们采用的是网络型仪器架构。微处理器工作任务简单,仅数据采集、数据储存和数据通信。这三项任务在时间上可互相独立。所以完全可采用软件实现曼彻斯特编/解码。

曼彻斯特编码是一种自同步的编码方式,即时钟同步信号就隐藏在数据波形中。在每一位的中间都有一跳变,在位中间的跳变既做时钟信号,又做数据信号。双端传输,一个端口输出下跳沿脉冲为1,一个端口输出上跳沿脉冲为0。当出现连0和连1时,在相同位的连接边沿,插入一个相反极性的跳变。

软件实现曼彻斯特编码,就是用微处理器对基带信号判读,然后用两个I/O端口输出双端曼彻斯特编码,即在每一个半位处,一个I/O端口输出1脉冲,另一个I/O端口输出0脉冲,而当出现连0和连1时,在相同位的连接处插入一个相反极性的脉冲。

(1)时钟信号

曼彻斯特编码通信的同步时钟信号可由定时中断方式获得。选用定时计数器0工作在2工作方式,CPU在1拍工作方式,该时钟最高频率几乎可和时钟频率一致。为减少误码率,我们将同步时钟频率选为200K,此时数据传送速率为100Kbit/s。

(2)软件曼彻斯特编码

由于曼彻斯特信号在每一位的中间都要跳跃一次(同步时钟信号),所以曼码信号的带宽是基带信号的2倍,软件曼彻斯特编码的方法如下。

传统软件曼彻斯特编码是将1位数据编成2个字节的曼码(图三中的差分数据),占用存储空间太大。我们改进了编码方法,将1位数据编成2位的曼码(图三中的曼码数据)。8位原始基带数据转换为曼彻斯特编码数据后是16位。原始基带数据转换为曼彻斯特编码数据的关系是:

(1)每一位原始基带数据和曼彻斯特编码数据相同,即原始基带数据为1,转换为曼彻斯特编码数据也是1;原始基带数据为0,转换为曼彻斯特编码数据也为0。

(2)曼彻斯特编码在每一位的前边沿要插入一位。前沿插入位和本位相反。如本位为0,则前沿插入位为1;如本位为1,则前沿插入位为0。

编码软件流程图如图四所示。读出一字节原始基带数据,右移出1位(Kn),非运算求出前沿插入位(Kn-1),向曼码缓存字节右移存入前边沿位和本位。4位原始基带数据编码成一字节的曼彻斯特编码数据,存入曼码缓冲区。

4 发送双端曼彻斯特码信号

在定时器0每次中断时,即位周期的中间或边沿,微处理器判读曼彻斯特数据,在I/O端口P1.4、P1.5输出双端曼彻斯特编码信号。这时有三种情况:

(1)在每一位的中间,曼码是1,P1.5就输出一个单极性脉冲;曼码是0,P1.4就输出一个单极性脉冲。

(2)在每一位的边界,若Kn=Kn-1,P1.3、P1.4都不输出脉冲。

(3)在每一位的边界,若Kn≠Kn-1,则Kn=1,P1.5就输出一个单极性脉冲;Kn=0,P1.4就输出一个单极性脉冲。

数据的双端曼彻斯特编码数据预先存放在扩展RAM中,其地址指针用R1。每次定时中断,从RI地址取数判读输出。其软件流程如图五所示。

5 帧结构

曼彻斯特编码属于同步通信,它的帧结构如图六所示。一个通信帧由起始、类型、数据、校验、结束五部分组成。

起始场:1位半0;

类型场:8位;标志帧类型;

数据场:每种类型传送的定长数据;

校验场:8位累加和校验;

结束场:3位1;

在曼彻斯特码通信中,帧间隔均为1电平。

6 曼彻斯特解码与接收

在接收过程中,通信线路上接收到双极性曼彻斯特码,采用幅度甄别器进行分离,分离出的正负脉冲经触发器合成单极性曼彻斯特码送往单片机的P3.5口(外部中断1脚)。

帧起始的识别:在复位、空闲、及帧间隔,线路属于高电平。帧的起始场是1位半0,而在后续曼彻斯特编码格式的数据中,任何数据位不可能在1.5个位周期保持0电平或1电平。所以,如图七所示,只要检测到1位半0就标志着一帧的开始。

数据位的接收:当0电平宽度等于1.5个位周期,我们确认接受数据第一位是“0”。当0电平宽度为2个位周期,我们确认接受数据第一位是“1”。随后,单片机启动曼码时钟开始定时,微处理器按曼码时钟采样,读取每一位的数据。每次读取都采用三次取二的数字滤波法,取两次相同者为真。

7 结束语

本论文是根据本人参与海南省教育厅2008-2009年科研项目“网络型家居辐射测量系统”的研究工作,以及应《西安首创科技工程有限公司》的要求,增加“曼彻斯特码通信模块”用于井下γ幅射测量的开发工作编写的论文。

在“曼彻斯特码通信模块”的开发中,针对在单片机中传统编码方式占用存储量太大的缺点,改变编码方式,极大地减少了存储容量。设计并研究出环境多道γ能谱仪样机,完成了各模块的单独调试,目前,正在进行总体调试,并准备模型测量。

参考文献

[1]海南省教育厅高等学校科研项目申请评审书.网络型家居辐射测量系统研制.2008.

[2]常序祥,康宜华,王培烈.用软件实现曼彻斯特编译码的方法[J].石油机械,2002,(05).

[3]李会银.用AT89C2051实现的曼彻斯特编码译码器及应用[J].石油仪器,1999,(05).

[4]何为民.智能放射性勘查仪器[M].北京:原子能出版社,1994.

γ辐射测井仪 第2篇

主要介绍了秦山核电基地环境γ辐射连续监测系统的组成.为保证在野外恶劣的`环境条件下,监测系统的稳定可靠运行,采取了温度补偿、防潮、防雷电等保护措施.对所获得的连续监测数据进行了综合分析,讨论了自然环境变化引起环境γ辐射水平升高的原因.探讨了区分核电厂排放引起的环境γ辐射水平升高的方法.

作 者：刘建 李贤良 郑国栋 LIU Jian LI Xian-liang ZHENG Guo-dong 作者单位：刘建,郑国栋,LIU Jian,ZHENG Guo-dong(国家环保总局辐射环境监测技术中心,浙江杭州,310012)

李贤良,LI Xian-liang(秦山地区环保与应急中心,浙江海盐,314300)

γ辐射测井仪 第3篇

关键词：γ-γ密度测井,蒙特卡罗,影响因素,最佳测量条件

0 引言

核测井诞生于上世纪三十年代末, γ-γ密度测井是核测井的一种, 通过对与地层作用的γ射线进行探测和分析, 从而实现确定地层厚度, 对地层进行划分。

核测井实体物理地层模型 (地层模拟井) 在核测井技术中起到至关重要的作用, 但是具有一定的局限性, 主要表现为: 实体地层模拟井数量有限, 模拟井所能模拟的地层条件也有限, 造成其能模拟的地层数量不多, 利用这些地层所测得的离散点进行校正图版的制作, 便很难保证其准确性;地层模拟井很难做到其地层的孔隙度、元素分布的均匀性, 更难做到与实际地层一致;对于一些特殊的地质环境, 地层模拟井难以模拟, 即便可以其所需建设周期长, 技术、投资要求高, 建成后需要维护、监测等。测井仪器的标定、测井数据准确解译的前提大多建立在地层模拟井之上, 地层模拟井的局限性必会影响测井仪器的准确性、解释的正确性。此外测井仪器也会受到多方面的影响:其来源于井下不同地层中不同元素, 测井的水泥环、套管、井液、泥饼等。

计算机的广泛使用, 使得计算机模拟得到广泛的应用, 测井的计算机数值模拟开始兴起。随着计算机技术的发展和测量准确度的提高, 蒙特卡罗数值模拟发展快速。大量节省资金和时间、模拟广泛、可重复性强等是蒙特卡洛模拟的优点, 利用计算机模拟地层可以弥补实体地层井的不足, 借助计算机数值模拟分析地层因素、井参数的影响将是较好的一种方法。

本文准备对以下几个方面进行研究:①如何使用MCNP建立一个密度测井模型;②改变测井参数, 得到有无井液, 有无套管的探测器测线, 对其进行分析与讨论;③对位于源与探测器之间的屏蔽物的厚度做了实验, 找出对于Cs源的合适的屏蔽层材料与厚度。

1 蒙特卡罗模拟

1.1 蒙特卡罗模拟模型

1.2 实验结果

改变铅 (Pb) 屏蔽层的MCNP模拟。

本次模拟对屏蔽层0.5cm-4.5cm以每隔0.1cm一个点进行了模拟测量, 测量结果用Excel以屏蔽层厚度-粒子计数进行了绘制, 观察图3可知探测器随着屏蔽层厚度的增加粒子计数以指数形式减少, 在2.5cm以下粒子计数随屏蔽层厚度的增加而明显减少, 但是在屏蔽层2.5cm以上粒子数随屏蔽层的增加改变不是很明显, 尤其是在4cm之后粒子计数随着屏蔽层的增加几乎不发生改变, 说明如果将屏蔽层厚度定为4cm及4cm以上屏蔽层厚度对于探测器对地层信息的探测结果几乎不造成影响, 但是出于经济方面的考虑, 对于探测器屏蔽层的理想最优厚度应设为4cm。

本次模拟是先从2cm至17cm每隔0.5cm对其进行仿真, 发现从15.5cm以上探测器测得的粒子计数 (total) 随屏蔽层的厚度变化而变化不大, 所以从15.5cm至17cm每隔0.1cm一个点进行了实验, 得到在15.5cm厚度以上满足要求。出于经济上考虑如果选Fe为屏蔽材料的话, 其最优厚度为15.5cm。

由于探测器的原因, 模拟时只能从95cm至-35cm之间进行探测, 由探测所得的结果及所作出的图来看, 探测器对地层的分层较为准确 (第二岩层与第三岩层之间界限较为模糊) , 对不同岩层的计数率有较大的区别。

由测线及测试数据来看无井液时探测器探测的粒子数 (total) 减少了很多, 地层与地层之间的界限较为清晰, 但是对地层的分层没有全模型准确。

由测线及模拟结果可知在无套管时模拟结果的粒子计数数据比有套管时的数据大很多, 分析可知套管对粒子的吸收非常严重, 但是从所做测线可以看出在没有套管时该模型对不同岩性的反映是比较灵敏的, 但对地层的每一层的划分没有有套管时那么准确。

2 结论

在本次模拟实验中分别对全模型, 无泥浆模型, 无套管模型, 屏蔽层 (Pb, Fe) 厚度做了模拟。在前三种模拟中从95cm至-35cm每隔5cm一个点 (共计81个点) 进行了模拟, 并且做出了测线, 比较三条测线可知无套管与有套管相比, 当有套管时模拟粒子的计数比无套管时粒子计数小很多, 所以可知套管对粒子的吸收是非常严重的, 当没有套管时测井仪对不同岩层, 不同岩性的反应更加灵敏, 但对地层的划分没有全模型准确; 当无井液时, 探测器所探测到的粒子计数非常小, 粒子的吸收是非常严重的, 当没有套管时测井仪对不同岩层, 不同岩性的反应更加灵敏, 但对地层的划分没有全模型准确;当无井液时, 探测器所探测到的粒子计数非常小, 对不同岩性的反应灵敏度没有全模型好, 分析觉得可能是由于粒子的散射较为严重, 粒子不能被探测器探测所造成的, 无井液时由于测井仪对不同岩性的粒子计数反应不太灵敏, 计数差别不大导致其对地层的划分不清楚, 对岩层的划分的准确性也没有全模型时好。综合分析, 全模型比较理想。

做最优屏蔽层 (Pb) 厚度模拟实验时分别对0.5cm-4.5 cm, 每0.1cm一个点进行了模拟, 由图可知不同屏蔽层厚度对探测器的total数值影响很大, 其粒子计数与屏蔽层厚度的关系曲线基本呈指数型分布, 在0.5cm-2cm粒子计数随屏蔽层厚度的增加下降的很快, 在2cm-4.5cm之间粒子计数随屏蔽层厚度的增加改变不是很大, 尤其是在4cm之后, 随屏蔽层厚度的增加粒子计数几乎未发生改变, 所以该全模型选择屏蔽层厚度应选择4cm以上, 出于经济方面的考虑, 对于Pb其最优厚度为4cm。做最优屏蔽层 (Fe) 厚度时模拟实验先从2cm至17cm每隔0.5cm做一次仿真, 发现该种材料的最屏蔽层厚度应该在15.5cm至17cm之间, 再从15.5cm至17cm以每隔0.1cm进行了模拟, 当屏蔽层厚度达到15.5cm以上粒子计数基本不再随屏蔽层厚度增加而减少了, 所以对于Fe这种材料的最优屏蔽层厚度应该在15.5cm。比较Pb与Fe这两种材料, 根据实际情况, 考虑到测井仪实物的便携性, 经济性, 应当选择Pb为屏蔽材料, 其最优厚度为4cm。通过设置最优厚度, 这样就可以避免屏蔽层对测量结果的影响, 只考虑岩性密度对探测器的影响, 做到实验的单一变量。

本次模拟实验用到了MCNP, 节省了大量的时间和资金; 其意义在于找出了伽马-伽马密度测井的最优测井条件, 对有无套管, 有无井液进行了模拟分析找出了各自的优缺点和综合性能, 并对测井仪内部的屏蔽层厚度做了模拟找出最优的屏蔽层厚度避免了探测器的多因素影响并节省了资金。

参考文献

[1]周四春, 核测井原理及应用[M], 成都理工大学, 2008, 55-70。

[2]葛良全, 周四春, 核辐射测量方法[M], 成都理工大学, 2008。

[3]Jun S.Liu, 科学计算中的蒙特卡罗策略Monte Carlo Strategies in scientific computing[M], 世界图书出版公司。

[4]刘军, 唐军胜、周勇、徐亮等, 科学计算中的蒙特卡罗策略[M], 高等教育出版社。