中子管地面检测仪的设计与实现

葛晓龙 翁继清

(1.大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江大庆) (2.中石油测井有限公司 陕西西安)

中子管地面检测仪的设计与实现

葛晓龙1翁继清2

(1.大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江大庆) (2.中石油测井有限公司 陕西西安)

文章介绍了中子管地面检测仪的设计原理和电路实现过程,主要由四部分组成,直流可调高压电源、驱动脉冲发生器、灯丝电源和高速电子开关。采用PWM开关电源技术提供可调高压并应用场效应管作为电子开关,切换速度快,输出方波脉冲高压。此检测仪在实际测试中得到满意的效果。

中子管;PWM开关电源;锐导通

0 引 言

我单位从事生产测井,拥有引进和国产的脉冲中子仪器[1]较多,总数有30多只。以前,新购买的中子管或中子发生器[2]由于没有检测手段,都是通过连接仪器后对中子管的性能才能有一个初步的了解,而中子管或中子发生器在运输过程中如出现问题,接入仪器中,很可能对仪器电路产生损害;另一方面,仪器中使用的中子管性能变差后,极易损坏电路中的离子源电源部分。因此,使用中子管地面检测仪对中子管进行测试成为更换和筛选中子管的前提,为此,设计了中子管地面检测仪。

1 系统工作原理

中子管地面检测仪的电路原理框图如图1所示,由直流可调高压电源、高速电子开关、驱动脉冲发生器和灯丝电源组成。

仪器上电后,直流可调高压电源将产生0～2 000 V连续可调的直流电压,将适当的电压同驱动脉冲发生器产生的30μs宽,10 kHz,5 V的驱动脉冲脉冲一起送入高速电子开关,经由高速电子开关处理后,在开关板的输出端将产生频率为10 kHz,幅度从0～2 000 V连续可调的高压阳极脉冲信号,将这个信号和加在中子发生器阳极上;同时将灯丝电源加在中子发生器灯丝电极上,便可对中子管的性能进行测试。

1.1 驱动脉冲发生器

EPS448为时序发生器,在这里,它给高速电子开关提供驱动脉冲。它产生30μs宽,5 V,10 kHz的驱动脉冲送入高速电子开关。

1.2 直流可调高压电源

直流可调高压电源采用目前流行的PWM开关电源技术,因为PWM技术具有效率高、功率密度大、电压调整率高、体积小等优点。芯片采用了XILINX公司的XCR3064XL。

此高压电源调节输入到中子管阳极的高压的输出。

1.3 灯丝电源

采用0～5 V可调,最大输出电流600 mA的直流电源。灯丝电源供给灯丝加热所需要的能量。通过调节灯丝电流来控制中子管的离子流的输出。

1.4 高速电子开关及工作原理

为了能输出频率为10 kHz的高压脉冲,需要在输出末级增加能耐受2 500 V的电子开关,而且切换速度快。为此使用了6只IRF20G场效应管,如图2所示,并使用TC4428对其进行驱动。此板输出0～2 000 V方波脉冲高压,以满足不同管子的需要;具有一定的带负载能力,输出电流最大达500μA。

假设开关电源处于“关‘的状态,此时ISOUT输出为0且Q17、Q18、Q19处于导通状态,ION的上升沿首先在T4端产生1μs宽的脉冲,见T4波形,导致低端的FET管截止;然后在T1端产生1μs宽的脉冲,驱动高端的FET管导通,如图3所示。结果是,锐导通的1 800 VDC信号加在了ISOUT端。然后再将1μs宽的脉冲送到低端,使低端导通,从而使ISOUT端从1 800 VDC快速降到地电平。每对 IRFL110的作用是把相应的FET管锁定在希望的驱动状态。分布在各个FET之间的电阻组成的分压器用于建立高压,并且在FET处于“截止”状态时作高压电源的负载。

图2 高速电子开关

图3 T4输出波形

2 检测仪面板

在前面板上提供了直观的阳极高压和离子流的电子显示屏,并设置有阳极高压脉冲幅度调节电位器,可在0～2 000 V之间连续调节。

3 结束语

2010年初完成中子管地面检测仪的设计和制作,现已经用于RMT小直径中子管和国产MZS-5小直径中子管的室内检测,效果良好。

[1] RESERVOIR MONITORING TOOL SERVICE MANUAL.(资料)

[2] 肖坤强,周明贵.小型石油测井中子发生器[J].石油仪器,2004,18(4)

Design and Realization of surface testing equipment for neutron tubes.

Ge Xiaolong and Weng Jiqing.

This paper introduces the design and realization of surface testing equipment for neutron tubes,it consists of four parts mainly,adjustable DC power supply,driving pulse generator,filament supply,high speed electronic switch.It adopts PWM switching supply technology to provide adjustable high voltage and uses FET as electronic switches to generate the square wave pulses of high voltage.It has good testing effects in testing.

neutron tube;PWM switching supply;sharp conduction

P631.6+3

B

1004-9134(2011)05-0014-02

葛晓龙,男,1964年生,工程师,1987年毕业于大庆石油学院,现在大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司十一大队从事测井仪器维修工作。邮编:163453

2011-02-25编辑梁保江)

PI,2011,25(5):14～15

·开发设计·