SL6667 数字声波通信短节常见故障分析与排除

李 亚 王 静 邓玉伦 程文涛 叶宏江

（河南石油工程有限公司测井公司 河南 南阳）

0 引 言

SL6667EA 是一种数字声波测井仪，它可以进行不同源距和间距的声波测井，用于测量井眼周围从发射器到接收器之间一段地层的声波旅行时间，其测量结果用来计算地层孔隙度，或直接用来进行地层对比；也可以用来对声信号可进行全部记录，提取更多的，包括纵波、横波的幅度和速度在内的各种信息1。总之，数字声波测井仪可广泛应用于时差测井、固井质量以及裂缝性地层的证实。

1 SL6667EA 工作原理2

SL6667EA 数字声波电子线路短节是一支对阵列声波信号进行数据采集、将采集后的数据通过LDT仪器接口标准上传到地面系统的声波测井仪器。采集的阵列声波数据通过LDT 的模式5 送到地面系统，其余的通信（命令、下载参数等）由LDT 的模式2 来完成。SL6667EA 中的单片机根据地面系统下传的采集参数对SL6680 进行发射探头、接收探头的选择，通道增益和衰减的设置，然后对四道声波信号进行采样，组织好数据后等待地面命令的到来，将整组数据上传给地面系统2。SL6667EA 电路的组成框图如图1 所示。

整个电子线路短节采用了当今高速单片机处理技术、高速A/D 采样技术和大规模的可编程器件，结构紧凑，集成度高。它由两块电路板组成：一是主控板，该板包含单片机及相关外围电路、遥测通信接口及驱动电路、采样数据双缓存SRAM、对SL6680 仪器进行控制的串行通信接口电路及A/D转换脉冲产生电路；另一块是A/D 采集板，该板包含4 道12bits 采样速率高达1.5MHz 的A/D 转换通道、采样结果缓存FIFO 和A/D 转换的控制电路。

图1 SL6667EA 电子线路组成框图

2 主要技术指标

LDT 接口标准:

模式2 20.8kbits/s（地面到井下仪器）；

模式2 41.6kbits/s（井下仪器向地面）；

模式5 93.75kbits/s（井下仪器向地面）。

A/D 转换要求:

A/D 转换分辨率：12bits；

A/D 动态范围：±5V；

RX4 接收。

工作电压和电流： 180VAC，70mA

缆芯分配：

最大测速：16 m/min

最高工作温度：175 ℃

最大耐温：175℃，工作4h

最大耐压：140 MPa

井眼：114 mm ～450 mm

物理特性：

测速要求：最高测速：16 m/min

供电要求：a）缆头电压：180VAC；b）供电电流150 mA ～180 mA

数据传输：a）编码方式曼彻斯特码；b）波特率

缆芯分配：a）交流供电1、4；b）Mode2/Mode52、3、5、6

3 常见故障分析及排除3

SL6667 数字声波电子线路短节的所有工作都是受地面系统控制的，包括发送参数表和数据采集，所以地面系统与井下仪器的通信尤为重要。本文对SL6667 与SL6680 和声系相连，SL6680 和声系均正常，在此条件下对出现的故障现象进行分析判断。

故障现象1：SL667 的模式2 通信出现不正常

分析排除：当SL6667 通过3514 短节与地面系统相连时，在地面系统采集控制命令的作用下，应能通过模式5将采集的数据上传给地面系统（由于与SL6680和声系相连，应有确定的声波波形上传），地面系统通过显示的指示标志，确定整个系统通信是否正常，若此时地面系统对SL6667 上传的数据（模式5）有解码出错标志（红色条），说明通信不正常，则有如下几种可能的故障会导致整个通信的不正常。

分析排除：因为模式2 通信功能不正常，SL6667就不能正确地接收来自地面系统的命令和数据，从而使得SL6680 和声系不能工作，听不到声系发出有节奏的“啪啪”声。

可以采用追踪法来确定哪部分电路有故障。首先用示波器观察TP21 或TP23 有无信号，若无通信信号，说明变压器T1 有故障或者SL6667 与3514 连接有故障；若有通信信号，则继续观察UDI（U2-8）有无通信数据信号。若无通信数据信号，说明元件U15有故障或者遥测通信接口芯片6408 有故障，通过更换器件来排除故障；若有通信信号，则观察TD08（U2-3）、VW（U2-1）等信号，若这几个端子没有脉冲信号，表明遥测通信接口芯片6408 有故障，更换之；若这几个端子信号正常，则有可能U1 和U11 有故障，先观察U1-67 和U1-16 信号正常否，若U1-67没有振荡信号，则晶体振荡器U8 坏了，应更换；若U1-16 为低电平，则它使单片机一直处于复位状态，说明U18 有故障，应更换此器件；接着观测COMINT信号，若有脉冲信号，说明单片机已接收命令，听不到声系发出有节奏的“啪啪”声，说明单片机接收命令或数据有误，这时可更换6408（U2）芯片或单片机80C196。若单片机、时钟和复位电路正常，问题就有可能出现在FPGA（U11），应更换线路板，尔后再作进一步分析。

故障现象2：SL6667 模式2 通信正常，但模式5通信不正常

分析排除：因为模式2 通信功能正常，SL6667 能正确地接收来自地面系统的命令和数据，能触发声系发出有节奏的“啪啪”声，能上传数据。但地面系统模式5 显示通信不正常，则有可能地面系统模式5 的增益设置不当，也有可能SL6667 模式5 通信功能不正常。这里仅讨论SL6667 模式5 通信功能不正常引起的故障原因，且故障排除在正常测井方式下进行。

一旦发往地面系统模式5 有故障，首先检测遥测通信接口芯片6409 有没有正常工作，检测U3-15 是否为低电平，若为高电平，则可能FPGA（U11）有故障，应更换电路板；若为低电平说明遥测接口芯片6409 已使能，然后检测U3-4 和U3-16 有否数据信号和时钟，若没有说明6409 没能正常工作；若有数据和时钟信号说明6409 编码这部分工作正常。接着检测其输出/BZO（U3-18）和/BOO（U3-19）是否有数据信号，若没有，说明6409 不正常，更换之。同时应拔出后端芯片U17，再检测U3-18 和U3-19，若没有可以认为6409 已坏，立即更换。若有信号说明U17影响U3 的输出，更换U17。若U3-18 和U3-19 输出正常，再检测U17 输出，若U17 没有输出信号，说明U17 已有故障，更换之；若有信号继续检查后续信号，检查TP33 和TP35，再将用示波器检测TP30（将示波器的地接TP32），若有信号，说明整个模式5 通道是正常的，否则T3、D13、D14 等器件有故障。若整个模式5 通道信号的电平均正确，此时地面系统再进行学习，调整增益，整个模式5 通信仍不行，则问题往往出在FPGA（U11）和单片机（U1），可能就没有发出正确的数据。所以对于模式2 和模式5 通信不正常情况，快捷的方法就是更换U1、U2 和U3，若仍不正常，就更换电路板2。

故障现象3：声系不发射和地面系统显示的波形不正确

分析排除：一旦SL6667 与地面系统通信正常后，SL6667 就能正确接收地面发来的命令和数据。从而进行有节奏的工作，即触发声系发和采集声波信号，然后送往地面系统进行显示。

声系不发射

这里认为SL6680 短节电路工作是正常的。

SL6667 一旦有节奏地接收来自地面系统的采集/上传命令，声系就应产生有节奏的“啪啪”响声；若没有“啪啪”响声，则检测P1.7（U1-32）有没有规律的正脉冲（20 s 宽）出现，若没有说明U1-32 引脚坏了，更换U1；若有有规律的正脉冲，再检查TP3（MSYNC）有没有正脉冲信号，若没有则声系不发射，更换U9；若有说明SL6667 和SL6680 连接不可靠。

地面系统显示波形不正确，增益设置不正确。地面系统显示的声波阵列波形正常情况下如图2 所示。

图2 声波阵列波形显示

故障现象4：一道或二道没有波形显示或显示乱，其它几道波形显示正常

分析排除：这说明对SL6680 的设置均正确，直接缓存FIFO 以及FPGA 均正常，问题就可能出现在A/D 采样通道。测量相对应的A/D 采样道的输入，即AD1671SQ 的23 引脚，若没有声波信号，则前级的跟随器有故障，更换相应器件；若声波信号正常，说明此道的A/D 转换器件有故障，更换之。

地面系统没有波形显示更新，这里认为SL6680已将正常波形送到A/D 采集板，若出现地面系统没有任何波形显示，有可能出现如下公共故障。

应检查A/D 转换器引脚的第17 端，若没有采样脉冲，则说明FPGA（U13）可能有故障或主控板与A/D 采集板之间连接有问题，检查连接是否连通，若连通则U13 有故障，更换主控板。

因为FPGA 有故障，不能将A/D 采样结果存入FIFO 中，从而不能将有效的声波数据加以组织，此时可检查U12-1 有没有写脉冲信号，若没有则检查U5-16 有没有脉冲信号，若此端没有信号，是不能将A/D 采样结果写到FIFO 中，更换U5；若此端有信号，说明U11 有故障，更换A/D 采集板。

故障现象5：SL6667 声波第一道信号不对

分析排除：在测井时，声波第一道信号异常。地面联机检查，用示波器测量厚膜电路的第一道信号输出端也不正常，说明厚膜块有问题，我们将第一道和第三道接受信号的集成块调换，该现象又出现在第三道，证明该集成块已损坏。这也是常见的声系故障之一。

故障现象6：地面系统显示的全部声波波形混乱

分析排除：这可能作为直接缓存的FIFO 有故障，或者与数据总线相关器件如主控板上的U7 可能某个引脚有故障，从而使地面声波显示混乱。

地面系统显示的声波波形好、坏交替

这可能是作为存声波数据处理结果缓存的SRAM1（U4）和SRAM2（U5）交替切换所引起的，可能其中有一片SRAM 有故障，可通过更换芯片来排除。也可能单片机的P1.0 端口有故障，应测量之，若信号不对则更换单片机。

4 结束语

SL6667 数字声波仪器设计精巧，集成度高，克服了以往声波仪器存在的不足，但在使用过程中也存在一些问题。本文对SL6667 数字声波仪器故障原因进行分析，并提出解决故障的方法，对指导SL6667数字声波仪器维修有一定的参考价值。为正确的使用该仪器，能够对影响仪器测井的主要因素给以正确的分析判断，加以排除，从而提高仪器测井成功率。

[1] 胡 澍.地球物理测井仪器[M].北京:石油工业出版社，1991

[2] 山东胜利伟业石油工程技术服务有限公司. SL6667 数字声波通信短节测井仪说明书. 2009（资料）

[3] 彭 军. 测量电子电路设计: 滤波器篇[M]. 北京：科学出版社，2005