中子管地面檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

葛曉龍 翁繼清

(1.大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江大慶) (2.中石油測(cè)井有限公司 陜西西安)

中子管地面檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

葛曉龍1翁繼清2

(1.大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江大慶) (2.中石油測(cè)井有限公司 陜西西安)

文章介紹了中子管地面檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)原理和電路實(shí)現(xiàn)過程,主要由四部分組成,直流可調(diào)高壓電源、驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器、燈絲電源和高速電子開關(guān)。采用PWM開關(guān)電源技術(shù)提供可調(diào)高壓并應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)管作為電子開關(guān),切換速度快,輸出方波脈沖高壓。此檢測(cè)儀在實(shí)際測(cè)試中得到滿意的效果。

中子管;PWM開關(guān)電源;銳導(dǎo)通

0 引 言

我單位從事生產(chǎn)測(cè)井,擁有引進(jìn)和國(guó)產(chǎn)的脈沖中子儀器[1]較多,總數(shù)有30多只。以前,新購(gòu)買的中子管或中子發(fā)生器[2]由于沒有檢測(cè)手段,都是通過連接儀器后對(duì)中子管的性能才能有一個(gè)初步的了解,而中子管或中子發(fā)生器在運(yùn)輸過程中如出現(xiàn)問題,接入儀器中,很可能對(duì)儀器電路產(chǎn)生損害;另一方面,儀器中使用的中子管性能變差后,極易損壞電路中的離子源電源部分。因此,使用中子管地面檢測(cè)儀對(duì)中子管進(jìn)行測(cè)試成為更換和篩選中子管的前提,為此,設(shè)計(jì)了中子管地面檢測(cè)儀。

1 系統(tǒng)工作原理

中子管地面檢測(cè)儀的電路原理框圖如圖1所示,由直流可調(diào)高壓電源、高速電子開關(guān)、驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器和燈絲電源組成。

儀器上電后,直流可調(diào)高壓電源將產(chǎn)生0～2 000 V連續(xù)可調(diào)的直流電壓,將適當(dāng)?shù)碾妷和?qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的30μs寬,10 kHz,5 V的驅(qū)動(dòng)脈沖脈沖一起送入高速電子開關(guān),經(jīng)由高速電子開關(guān)處理后,在開關(guān)板的輸出端將產(chǎn)生頻率為10 kHz,幅度從0～2 000 V連續(xù)可調(diào)的高壓陽(yáng)極脈沖信號(hào),將這個(gè)信號(hào)和加在中子發(fā)生器陽(yáng)極上;同時(shí)將燈絲電源加在中子發(fā)生器燈絲電極上,便可對(duì)中子管的性能進(jìn)行測(cè)試。

1.1 驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器

EPS448為時(shí)序發(fā)生器,在這里,它給高速電子開關(guān)提供驅(qū)動(dòng)脈沖。它產(chǎn)生30μs寬,5 V,10 kHz的驅(qū)動(dòng)脈沖送入高速電子開關(guān)。

1.2 直流可調(diào)高壓電源

直流可調(diào)高壓電源采用目前流行的PWM開關(guān)電源技術(shù),因?yàn)镻WM技術(shù)具有效率高、功率密度大、電壓調(diào)整率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)。芯片采用了XILINX公司的XCR3064XL。

此高壓電源調(diào)節(jié)輸入到中子管陽(yáng)極的高壓的輸出。

1.3 燈絲電源

采用0～5 V可調(diào),最大輸出電流600 mA的直流電源。燈絲電源供給燈絲加熱所需要的能量。通過調(diào)節(jié)燈絲電流來(lái)控制中子管的離子流的輸出。

1.4 高速電子開關(guān)及工作原理

為了能輸出頻率為10 kHz的高壓脈沖,需要在輸出末級(jí)增加能耐受2 500 V的電子開關(guān),而且切換速度快。為此使用了6只IRF20G場(chǎng)效應(yīng)管,如圖2所示,并使用TC4428對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。此板輸出0～2 000 V方波脈沖高壓,以滿足不同管子的需要;具有一定的帶負(fù)載能力,輸出電流最大達(dá)500μA。

假設(shè)開關(guān)電源處于“關(guān)‘的狀態(tài),此時(shí)ISOUT輸出為0且Q17、Q18、Q19處于導(dǎo)通狀態(tài),ION的上升沿首先在T4端產(chǎn)生1μs寬的脈沖,見T4波形,導(dǎo)致低端的FET管截止;然后在T1端產(chǎn)生1μs寬的脈沖,驅(qū)動(dòng)高端的FET管導(dǎo)通,如圖3所示。結(jié)果是,銳導(dǎo)通的1 800 VDC信號(hào)加在了ISOUT端。然后再將1μs寬的脈沖送到低端,使低端導(dǎo)通,從而使ISOUT端從1 800 VDC快速降到地電平。每對(duì) IRFL110的作用是把相應(yīng)的FET管鎖定在希望的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。分布在各個(gè)FET之間的電阻組成的分壓器用于建立高壓,并且在FET處于“截止”狀態(tài)時(shí)作高壓電源的負(fù)載。

圖2 高速電子開關(guān)

圖3 T4輸出波形

2 檢測(cè)儀面板

在前面板上提供了直觀的陽(yáng)極高壓和離子流的電子顯示屏,并設(shè)置有陽(yáng)極高壓脈沖幅度調(diào)節(jié)電位器,可在0～2 000 V之間連續(xù)調(diào)節(jié)。

3 結(jié)束語(yǔ)

2010年初完成中子管地面檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)和制作,現(xiàn)已經(jīng)用于RMT小直徑中子管和國(guó)產(chǎn)MZS-5小直徑中子管的室內(nèi)檢測(cè),效果良好。

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

[2] 肖坤強(qiáng),周明貴.小型石油測(cè)井中子發(fā)生器[J].石油儀器,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

葛曉龍,男,1964年生,工程師,1987年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院,現(xiàn)在大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司十一大隊(duì)從事測(cè)井儀器維修工作。郵編:163453

2011-02-25編輯梁保江)

PI,2011,25(5):14～15

·開發(fā)設(shè)計(jì)·