录井仪器原理

一、填空题（13分）

1.光生电子：当有光照射在P型半导体上，由光电效应产生电子-空穴对（光生电荷）。在外加的栅级电场作用下，空穴流入衬底，此时的电子被称为光生电子。

2.步进电机的驱动电路一般由变频信号源、环形分配器、功率放大器三大部分组成

3.X射线录井包括X射线荧光光谱（XRF）录井和X射线衍射光谱（XRD）录井

D图像器件在既无光注入又无电注入的情况下，光耦合器件的输出信号称为暗信号，由暗电流引起的。

二、简答题（20分，每小题5分）

1a. 什么是热电偶的热电效应？

当两种不同的导体A和B相互紧密连接在一起，组成一个闭合电路时，若两个接点的温度不同（设t>t0），回路中就会产生大小和方向与导体材料及两接点温度有关的电动势，从而形成电流，这种现象称为热电效应

1b. 热电偶是利用中间导体定律来测量温度的，请简要说明什么是热电偶的中间导体定律？

在热电偶的测温回路中引入第三方导体，只要其两端温度相同，则第三种导体对回路的总电动势没有影响，这就是热电偶的“中间导体定律”

2.超声泥浆体积计算（A、B数据不同）

h=ct/2 H=Ho--h=Ho--ct/2

3a. 什么是岩屑成像录井？岩屑成像录井有什么作用？

岩屑成像录井是利用光电技术、机电控制技术和图像处理技术，将岩屑转化为以图像为核心的数字信息储存在计算机中，能够对具有高保真度的岩屑图形进行永久保存和有效管理，便于研究人员观察和分析，现场识别录井岩屑岩性和含油性，实时自动生成岩屑成像分析报告和成像录井综合图，为建立岩屑数据库管理系统提供信息化数据

3b. 什么是岩心成像录井？岩心成像录井有什么作用？

岩心成像录井指在钻探现场或岩心库房，应用岩心成像录井仪采集岩心表面彩色数字图像，并通过专业软件的图像处理技术构成三维立体图像。实现岩心的定量分析（包括裂缝、孔洞、粒度）及沉积构造分析，永久性保存宏观岩心图、文资料。充分利用岩心图像资料并于其他资料结合，为地层解释评价、研究复杂的地下地质结构、构造等提供更加丰富、可靠的原始资料，为决策部门正确决策提供更科学的依据。

4a. 下图是硫化氢检测仪敏感元件的测量示意图，请简要描述其检测原理。

硫化氢气体扩散入传感器后在感应电板上发生氧化还原反应，两板间产生电流，该电流值对应于硫化氢浓度，外部电路中接入负载电阻即可检测到该电流。

感应电极发生的氧化反应:负极发生的还原反应

总反应：

三、电路分析（22分，第一图10分，第二图12分）

1. 放大调理（电路各部分的功能、两个电位器的作用），电压/电流转换（分析电压/电流转换的原理）

铂电阻采用三线制接法接入测量电桥中，以减少铂电阻的连接线引起的测量误差。电桥输出的电压先运算放大器A1构成的差分放大电路进行放大，然后经A2构成的有源低通滤波器调理、滤波，除去无用的杂波后送后级电力处理。在t=0时，调节RP1使电路输出Uo=0.4V ；在t=150℃时，调节RP2使电路输出Uo=2.0v 。

两线制V/I 变换电路的作用是将输入0.4~2v 的电压转变成4mA~20mA 的电流信号，其工作原理为：当输入端为V o 时根据运算放大器虚短的原理，A 点的点位为0，B 点的点位为-Vo ，则有S R RS S R V R V I I I //0202+=+=,因为R2>>RS ，则100//00V RS V I S =≈。则当V o=0.4v ，Is=4mA ，当V o=2v ，Is=20mA

2. 分析脉冲宽度调制测差分电容的原理并画波形图（A 、B 的波形要求不同）

电路通电前，电容C1、C2未充电，M 、N 点的点位为0。刚通电时，由于M 、N 点的点位为低电平，则两个比较器的输出都为高电平，双稳态触发器的两个输入都为1，输出保持原来的状态不变。假定刚通电时，双稳态触发器的输出Q=0，Q 非=0，则A 点的为高电平、B 点的是低电平。A u 经过R1对电容C1充电，使M u 升高。随着充电过程的延续，M 点的点位逐渐升高。当充电到使M 点的点位高于参考点位r u 时，比较器A1的输出变为低电平，是双稳态触发器翻转。这时，A1为低电平，C1通过D1迅速放电，使M 点电位很快变为低电平，比较器A1的输出变为高电平，使双稳态触发器稳定在原来状态不变。此时，由于B 点为高电平，则电路通过R2对C2进行充电，过程与R1对C1充电和放电过程一致。（图手画）

四、气路分析（10分）

气测十通阀气路走向（预分离阶段、进样反吹分析阶段）

预分离阶段：样品气；样品其入口—组份样品气阻—十通转阀1孔—2孔—样气放空

氢气第一路：氢气入口—组分稳压阀—载气1气阻—十通转阀9孔—10孔—定量管—十通转阀3孔—4孔—预切柱—十通转阀8孔—7孔—主柱—组分FID

氢气第二路：氢气入口—组分稳压阀—载气2气阻—十通转阀6孔—5孔—氢气放空

进样反吹分析阶段：样品气：样品气入口—组份样品气阻—十通转阀1孔—10孔—定量管—十通转阀3孔—2孔—样气放空

氢气第一路：氢气入口—组分稳压阀—载气1气阻—十通转阀9孔—8孔—预切柱—十通转阀4孔—5孔—氢气放空

氢气第二路：氢气入口—组分稳压阀—载气2气阻—十通转阀6孔—7孔—主柱—组分FID

助燃空气：空气入口—组分助燃气—组分FID

五、仪器原理描述（20分，每小题10分）

1. 定量荧光（画出二、三维定量荧光总体结构图，说出与另两种的区别）

二维定量荧光只能用激发波长为254nm 的激发光，光栅接受200nm~600nm ，而三维定量荧光可选200nm~800nm 的激发光，可接受200~800nm 范围的发生荧光。单点测定型仪器简单、无荧光光谱，提供的数据信息量有限。

2a. 请画出核磁共振录井仪的基本组成结构，并描述其工作流程。

当仪器工作时，由采集模块控制直接数组合成模块发射特定的脉冲信号，经过功率放大模块，对射频信号进行功率放大，并发给发射线圈，加载一个高电压，大电流的射频脉冲，产生电磁波照射在样品上，然后迅速转变为泄能状态，并由接收模块控制变为接受线圈控制。接受样品返回的电磁波，通过放大后由模拟接收模块接收信号，由控制系统协调对射频信号进行A/D 转换和数据处理，并将数据送给PC 机进行后期分析处理

2b. 请画出气测录井仪的基本组成结构，并描述其工作流程。

当载气混合样品气同时进入气路系统，再将样品气送入色谱柱，样品气被柱内的担体吸附，在载气的冲刷下，逐渐分离，并一次进入检测器，在FID 中燃烧，产生微电流，经过电流放大器的放大，在通过A/D 转换之后送入计算机，经过计算机计算处理，输入到记录仪记录。

载气—气路系统—色谱柱—检测器—电路系统—计算机—记录仪

样品气↑（指向气路系统）

六、综合计算（15分）

大钩高度变化的计算

钻井平台悬吊系统的结构如图所示。悬吊系统的坐标规定：大钩高度为纵坐标（单位m ），脉冲数为横坐标，其坐标原点定义为大钩高度为0（大钩位于转盘面）、计算机的计数值也为0的位置，大钩上升，计算机的计数值增加。若滚筒长度为1.0m 、直径为0.5m ，大绳的直径为0.05m ，绞车每转一圈，传感器输出48个脉冲，大绳在滚筒上预留10圈。假定计算机的计数值为3000，试求现在大绳在滚上属哪一层（10分）？若天车的变速比为8，计算机的计数值增加（或减少）20后，大钩的高度变化多少（5分）？

（1）滚筒上可以缠大绳 )(2005.01圈=÷

第一层缠满计数为 )(480

48*)1020(个=- 第二层缠满计数为 )(1440

480*20480个=+ 第三层缠满计数为 240048*2048*20480=++（个）

第四层缠满计数为 )3400(

48*2048*2448*20480个=+++ 2400<3000<3400 所以大绳缠在第四层。

（2）当计数增加20后，滚筒转过角度为12/524820ππ=⨯÷

则在第四层时，转一圈大绳移动 )05.0336.0(4⨯+⨯=πππD

则技术变化20后大绳移动4212/5D πππ⨯÷=