MRIL—P型核磁共振成像测井仪器发射器模块故障分析

李 胜 张 利 唐松安

(中国石油集团测井有限公司吐哈事业部 新疆鄯善)

MRIL—P型核磁共振成像测井仪器发射器模块故障分析

李 胜 张 利 唐松安

(中国石油集团测井有限公司吐哈事业部 新疆鄯善)

MRIL—P型核磁共振测井仪器电子仪线路检测仪(MREE)中,发射器模块是最容易发生故障的部件之一。文章介绍了发射器模块在整个发射系统中的功能,并对其故障进行了分析。

MRIL—P型核磁;发射器模块;瞬态电压抑制器

0 引 言

在MRIL—P型核磁共振测井仪系统中,有两块发射器模块,其作用就像一个工作在开关模式的全波功率放大器,它为天线提供一个大功率的RF发射脉冲信号,幅度可达1.5 kV,15 A。产生如此大功率的脉冲信号对发射器模块的性能要求十分严格。本文介绍了发射器模块的维修过程和经验[1、2]。

1 发射器模块的工作原理

发射器模块由一个浮地电源板、四个场效应驱动板、四组功率场效应管和若干保护机构组成。浮地电源板为四个场效应管驱动板提供+15 V隔离电源。场效应驱动器板为发射器功率场效应管提供+15 V的栅极控制脉冲信号。场效应漏极接到±600 V的直流电源,源极的输出受栅极控制信号的控制。发射器的输出接到一个调谐至基频的发射滤波器,信号经过一系列的滤波、变压最终将一个在功率的RF发射脉冲信号送到天线。其中RF脉冲幅度的大小由激发器模块输出的两个RF脉冲幅度控制信号的相位移来决定。

2 故障现象与分析

2.1 故障现象

吐哈事业部的MRIL—P型核磁共振仪自2006年引进使用中就一直存在发射器模块频繁被烧坏的情况,其现象表现为如下几个方面:

(1)故障频率高。平均三口井发射器模块就会被烧坏一次。

(2)故障的不可控制性。发射器模块A和B都有烧坏的现象,有时甚至两块模块同时被烧坏。故障具有随机性和不可控制性。

(3)故障现象又具有一致性。在烧坏的发射器模块中,每次都是其内部的功率场效应管被烧坏,有时是场效应管漏极和源极被激穿,有时是元件直接炸裂,同时伴随着二极管MBR3045ST被激穿的现象。

2.2 故障分析与查找

发射器模块被烧坏的情况在各个测井公司都曾发生过,但是这种高频率的仪器故障还是极其罕见的,说明仪器的某个环节存在故障隐患。通过对仪器故障的分析认为,能够直接导致发射器模块被烧坏的因素有三个方面,分别是:(1)功率场效应管栅极控制脉冲信号不正常;(2)探头上波段继电器性能下降;(3)发射器内部保护电路存在问题。

针对以上因素,我们对可能引起仪器故障的因素进行深入的查找,逐步排除,最终锁定并解决了问题。发射器模块部分电路图如图1所示。

首先,在仪器发射期间,利用高分辨率示波器检查激发器模块的输出信号XLL—A1+/-和XLL—B1+/-,信号的相位差和波形均正常。说明功率场效应管栅极控制脉冲信号工作正常,直接排除了DSP模块和激发器模块的问题。

图1 发射器模块部分电路图

其次,探头上波段继电器的寿命平均在10万次左右,相当于测25口井。我们的仪器在投产的初期就一直存在发射器模块被烧坏的隐患,加上仪器每次扫频都正常。所以波段继电器性能在理论上没有问题。

最后,将问题基本锁定在发射器内部保护电路上,电感L2(0.3μH)的作用是当功率场效应管ATP1001RBN(Q1、Q2、Q3)导通时,限制吸收对原已放电的另一组功率开关的输出电容的充电电流峰值,起到保护作用。瞬态电压抑制器D1(1.5KE24CA)和二极管D2的作用是避免当出现在功率场效应管源极的尖峰电压为正时,场效应管内部的二极管导通,起到保护作用。二极管串(D11～D15)和瞬态电压抑制器(D5～D7)的作用是当功率开关关断中止了输出电流时,贮存在限流电感L2中的能量将在功率管(Q1、Q2、Q3)的源极产生一个负的尖峰脉冲,此时通过二极管串(D11～D15)和瞬态电压抑制器(D5～D7)的浪涌电流将在200ns中吸收此能量。二极管(D61～D64)的作用是减少仪器工作在接收方式期间可能由发射器注入天线的噪声。以上各元器件都有严格的检验技术指标,二极管D2(MBR3045ST)的准确压降为+0.157V(0.15V～0.16V为正常),二极管(MGR2025CT)串(D11～D15)的准确压降为+0.383V(一般大于0.35V为正常),二极管(MGR2025CT)(D61～D64)的准确压降为+0.4V,瞬态电压抑制器(1.5KE24CA)D1和D5～D7是对管,其两极阻值理论上为无穷大。针对问题,结合各项技术指标,我们对两块发射器模块保护电路进行了深入的检查。结果发现两块发射器模块中瞬态电压抑制器D5～D7两端都导通,失去了保护作用,造成功率管(Q1、Q2、Q3)频繁被烧坏。

所以说发射器模块被烧坏的原因为:瞬态电压抑制器D5～D7坏,当功率开关关断中止了输出电流时,储存在限流电感L2中的能量在功率管(Q1、Q2、Q3)的源极产生的尖峰脉冲不能及时进行吸收,导致功率管被高压烧坏。

2.3 解决方案

首先更换瞬态电压抑制器D5～D7,恢复完整的保护电路结构。其次,由于一组功率管烧坏可能影响其它组的功率管性能,为了达到最优化仪器性能,需更换发射器模块中的所有功率管。最后,根据仪器各项技术指标,对仪器的保护电路进行整体检查,确保各项技术指标在规定范围内。

3 结束语

在仪器引进的初期,曾经使用过便携式直流电源给仪器提供高压。由于该电源当初工作不稳定,可能导致仪器瞬态电压抑制器D5～D7被击穿,造成仪器隐患。故在利用核磁振仪器测井时,要求直流电源必须绝对稳定。通过以上问题的分析和解决,已在实际的测井过程中得到有效的验证,证明对问题的分析和解决是完全正确的。

[1] 王会平.北京环鼎科技有限责任公司[M].MRIL—P型核磁共振成像测井仪培训教材(第6版),2007

[2] Halliburton.Houston,USA.Magnetic Resonance Imaging Logging System Maintenance Manual.1999(资料)

P631.8+1

B

1004-9134(2010)01-0091-02

李 胜,男,1981年生,工程师,2004年毕业于西南石油学院测控技术与仪器专业,现在中国石油集团测井有限公司吐哈事业部仪修中心主要从事生产测井仪器、MRIL—P型核磁共振成像测井仪器的维修工作。邮编:837202

2009-06-25编辑梁保江)

·开发设计·