SL6667 數(shù)字聲波通信短節(jié)常見故障分析與排除

李 亞 王 靜 鄧玉倫 程文濤 葉宏江

（河南石油工程有限公司測井公司 河南 南陽）

0 引 言

SL6667EA 是一種數(shù)字聲波測井儀，它可以進(jìn)行不同源距和間距的聲波測井，用于測量井眼周圍從發(fā)射器到接收器之間一段地層的聲波旅行時間，其測量結(jié)果用來計(jì)算地層孔隙度，或直接用來進(jìn)行地層對比；也可以用來對聲信號可進(jìn)行全部記錄，提取更多的，包括縱波、橫波的幅度和速度在內(nèi)的各種信息1。總之，數(shù)字聲波測井儀可廣泛應(yīng)用于時差測井、固井質(zhì)量以及裂縫性地層的證實(shí)。

1 SL6667EA 工作原理2

SL6667EA 數(shù)字聲波電子線路短節(jié)是一支對陣列聲波信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、將采集后的數(shù)據(jù)通過LDT儀器接口標(biāo)準(zhǔn)上傳到地面系統(tǒng)的聲波測井儀器。采集的陣列聲波數(shù)據(jù)通過LDT 的模式5 送到地面系統(tǒng)，其余的通信（命令、下載參數(shù)等）由LDT 的模式2 來完成。SL6667EA 中的單片機(jī)根據(jù)地面系統(tǒng)下傳的采集參數(shù)對SL6680 進(jìn)行發(fā)射探頭、接收探頭的選擇，通道增益和衰減的設(shè)置，然后對四道聲波信號進(jìn)行采樣，組織好數(shù)據(jù)后等待地面命令的到來，將整組數(shù)據(jù)上傳給地面系統(tǒng)2。SL6667EA 電路的組成框圖如圖1 所示。

整個電子線路短節(jié)采用了當(dāng)今高速單片機(jī)處理技術(shù)、高速A/D 采樣技術(shù)和大規(guī)模的可編程器件，結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高。它由兩塊電路板組成：一是主控板，該板包含單片機(jī)及相關(guān)外圍電路、遙測通信接口及驅(qū)動電路、采樣數(shù)據(jù)雙緩存SRAM、對SL6680 儀器進(jìn)行控制的串行通信接口電路及A/D轉(zhuǎn)換脈沖產(chǎn)生電路；另一塊是A/D 采集板，該板包含4 道12bits 采樣速率高達(dá)1.5MHz 的A/D 轉(zhuǎn)換通道、采樣結(jié)果緩存FIFO 和A/D 轉(zhuǎn)換的控制電路。

圖1 SL6667EA 電子線路組成框圖

2 主要技術(shù)指標(biāo)

LDT 接口標(biāo)準(zhǔn):

模式2 20.8kbits/s（地面到井下儀器）；

模式2 41.6kbits/s（井下儀器向地面）；

模式5 93.75kbits/s（井下儀器向地面）。

A/D 轉(zhuǎn)換要求:

A/D 轉(zhuǎn)換分辨率：12bits；

A/D 動態(tài)范圍：±5V；

RX4 接收。

工作電壓和電流： 180VAC，70mA

纜芯分配：

最大測速：16 m/min

最高工作溫度：175 ℃

最大耐溫：175℃，工作4h

最大耐壓：140 MPa

井眼：114 mm ～450 mm

物理特性：

測速要求：最高測速：16 m/min

供電要求：a）纜頭電壓：180VAC；b）供電電流150 mA ～180 mA

數(shù)據(jù)傳輸：a）編碼方式曼徹斯特碼；b）波特率

纜芯分配：a）交流供電1、4；b）Mode2/Mode52、3、5、6

3 常見故障分析及排除3

SL6667 數(shù)字聲波電子線路短節(jié)的所有工作都是受地面系統(tǒng)控制的，包括發(fā)送參數(shù)表和數(shù)據(jù)采集，所以地面系統(tǒng)與井下儀器的通信尤為重要。本文對SL6667 與SL6680 和聲系相連，SL6680 和聲系均正常，在此條件下對出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析判斷。

故障現(xiàn)象1：SL667 的模式2 通信出現(xiàn)不正常

分析排除：當(dāng)SL6667 通過3514 短節(jié)與地面系統(tǒng)相連時，在地面系統(tǒng)采集控制命令的作用下，應(yīng)能通過模式5將采集的數(shù)據(jù)上傳給地面系統(tǒng)（由于與SL6680和聲系相連，應(yīng)有確定的聲波波形上傳），地面系統(tǒng)通過顯示的指示標(biāo)志，確定整個系統(tǒng)通信是否正常，若此時地面系統(tǒng)對SL6667 上傳的數(shù)據(jù)（模式5）有解碼出錯標(biāo)志（紅色條），說明通信不正常，則有如下幾種可能的故障會導(dǎo)致整個通信的不正常。

分析排除：因?yàn)槟Ｊ? 通信功能不正常，SL6667就不能正確地接收來自地面系統(tǒng)的命令和數(shù)據(jù)，從而使得SL6680 和聲系不能工作，聽不到聲系發(fā)出有節(jié)奏的“啪啪”聲。

可以采用追蹤法來確定哪部分電路有故障。首先用示波器觀察TP21 或TP23 有無信號，若無通信信號，說明變壓器T1 有故障或者SL6667 與3514 連接有故障；若有通信信號，則繼續(xù)觀察UDI（U2-8）有無通信數(shù)據(jù)信號。若無通信數(shù)據(jù)信號，說明元件U15有故障或者遙測通信接口芯片6408 有故障，通過更換器件來排除故障；若有通信信號，則觀察TD08（U2-3）、VW（U2-1）等信號，若這幾個端子沒有脈沖信號，表明遙測通信接口芯片6408 有故障，更換之；若這幾個端子信號正常，則有可能U1 和U11 有故障，先觀察U1-67 和U1-16 信號正常否，若U1-67沒有振蕩信號，則晶體振蕩器U8 壞了，應(yīng)更換；若U1-16 為低電平，則它使單片機(jī)一直處于復(fù)位狀態(tài)，說明U18 有故障，應(yīng)更換此器件；接著觀測COMINT信號，若有脈沖信號，說明單片機(jī)已接收命令，聽不到聲系發(fā)出有節(jié)奏的“啪啪”聲，說明單片機(jī)接收命令或數(shù)據(jù)有誤，這時可更換6408（U2）芯片或單片機(jī)80C196。若單片機(jī)、時鐘和復(fù)位電路正常，問題就有可能出現(xiàn)在FPGA（U11），應(yīng)更換線路板，爾后再作進(jìn)一步分析。

故障現(xiàn)象2：SL6667 模式2 通信正常，但模式5通信不正常

分析排除：因?yàn)槟Ｊ? 通信功能正常，SL6667 能正確地接收來自地面系統(tǒng)的命令和數(shù)據(jù)，能觸發(fā)聲系發(fā)出有節(jié)奏的“啪啪”聲，能上傳數(shù)據(jù)。但地面系統(tǒng)模式5 顯示通信不正常，則有可能地面系統(tǒng)模式5 的增益設(shè)置不當(dāng)，也有可能SL6667 模式5 通信功能不正常。這里僅討論SL6667 模式5 通信功能不正常引起的故障原因，且故障排除在正常測井方式下進(jìn)行。

一旦發(fā)往地面系統(tǒng)模式5 有故障，首先檢測遙測通信接口芯片6409 有沒有正常工作，檢測U3-15 是否為低電平，若為高電平，則可能FPGA（U11）有故障，應(yīng)更換電路板；若為低電平說明遙測接口芯片6409 已使能，然后檢測U3-4 和U3-16 有否數(shù)據(jù)信號和時鐘，若沒有說明6409 沒能正常工作；若有數(shù)據(jù)和時鐘信號說明6409 編碼這部分工作正常。接著檢測其輸出/BZO（U3-18）和/BOO（U3-19）是否有數(shù)據(jù)信號，若沒有，說明6409 不正常，更換之。同時應(yīng)拔出后端芯片U17，再檢測U3-18 和U3-19，若沒有可以認(rèn)為6409 已壞，立即更換。若有信號說明U17影響U3 的輸出，更換U17。若U3-18 和U3-19 輸出正常，再檢測U17 輸出，若U17 沒有輸出信號，說明U17 已有故障，更換之；若有信號繼續(xù)檢查后續(xù)信號，檢查TP33 和TP35，再將用示波器檢測TP30（將示波器的地接TP32），若有信號，說明整個模式5 通道是正常的，否則T3、D13、D14 等器件有故障。若整個模式5 通道信號的電平均正確，此時地面系統(tǒng)再進(jìn)行學(xué)習(xí)，調(diào)整增益，整個模式5 通信仍不行，則問題往往出在FPGA（U11）和單片機(jī)（U1），可能就沒有發(fā)出正確的數(shù)據(jù)。所以對于模式2 和模式5 通信不正常情況，快捷的方法就是更換U1、U2 和U3，若仍不正常，就更換電路板2。

故障現(xiàn)象3：聲系不發(fā)射和地面系統(tǒng)顯示的波形不正確

分析排除：一旦SL6667 與地面系統(tǒng)通信正常后，SL6667 就能正確接收地面發(fā)來的命令和數(shù)據(jù)。從而進(jìn)行有節(jié)奏的工作，即觸發(fā)聲系發(fā)和采集聲波信號，然后送往地面系統(tǒng)進(jìn)行顯示。

聲系不發(fā)射

這里認(rèn)為SL6680 短節(jié)電路工作是正常的。

SL6667 一旦有節(jié)奏地接收來自地面系統(tǒng)的采集/上傳命令，聲系就應(yīng)產(chǎn)生有節(jié)奏的“啪啪”響聲；若沒有“啪啪”響聲，則檢測P1.7（U1-32）有沒有規(guī)律的正脈沖（20 s 寬）出現(xiàn)，若沒有說明U1-32 引腳壞了，更換U1；若有有規(guī)律的正脈沖，再檢查TP3（MSYNC）有沒有正脈沖信號，若沒有則聲系不發(fā)射，更換U9；若有說明SL6667 和SL6680 連接不可靠。

地面系統(tǒng)顯示波形不正確，增益設(shè)置不正確。地面系統(tǒng)顯示的聲波陣列波形正常情況下如圖2 所示。

圖2 聲波陣列波形顯示

故障現(xiàn)象4：一道或二道沒有波形顯示或顯示亂，其它幾道波形顯示正常

分析排除：這說明對SL6680 的設(shè)置均正確，直接緩存FIFO 以及FPGA 均正常，問題就可能出現(xiàn)在A/D 采樣通道。測量相對應(yīng)的A/D 采樣道的輸入，即AD1671SQ 的23 引腳，若沒有聲波信號，則前級的跟隨器有故障，更換相應(yīng)器件；若聲波信號正常，說明此道的A/D 轉(zhuǎn)換器件有故障，更換之。

地面系統(tǒng)沒有波形顯示更新，這里認(rèn)為SL6680已將正常波形送到A/D 采集板，若出現(xiàn)地面系統(tǒng)沒有任何波形顯示，有可能出現(xiàn)如下公共故障。

應(yīng)檢查A/D 轉(zhuǎn)換器引腳的第17 端，若沒有采樣脈沖，則說明FPGA（U13）可能有故障或主控板與A/D 采集板之間連接有問題，檢查連接是否連通，若連通則U13 有故障，更換主控板。

因?yàn)镕PGA 有故障，不能將A/D 采樣結(jié)果存入FIFO 中，從而不能將有效的聲波數(shù)據(jù)加以組織，此時可檢查U12-1 有沒有寫脈沖信號，若沒有則檢查U5-16 有沒有脈沖信號，若此端沒有信號，是不能將A/D 采樣結(jié)果寫到FIFO 中，更換U5；若此端有信號，說明U11 有故障，更換A/D 采集板。

故障現(xiàn)象5：SL6667 聲波第一道信號不對

分析排除：在測井時，聲波第一道信號異常。地面聯(lián)機(jī)檢查，用示波器測量厚膜電路的第一道信號輸出端也不正常，說明厚膜塊有問題，我們將第一道和第三道接受信號的集成塊調(diào)換，該現(xiàn)象又出現(xiàn)在第三道，證明該集成塊已損壞。這也是常見的聲系故障之一。

故障現(xiàn)象6：地面系統(tǒng)顯示的全部聲波波形混亂

分析排除：這可能作為直接緩存的FIFO 有故障，或者與數(shù)據(jù)總線相關(guān)器件如主控板上的U7 可能某個引腳有故障，從而使地面聲波顯示混亂。

地面系統(tǒng)顯示的聲波波形好、壞交替

這可能是作為存聲波數(shù)據(jù)處理結(jié)果緩存的SRAM1（U4）和SRAM2（U5）交替切換所引起的，可能其中有一片SRAM 有故障，可通過更換芯片來排除。也可能單片機(jī)的P1.0 端口有故障，應(yīng)測量之，若信號不對則更換單片機(jī)。

4 結(jié)束語

SL6667 數(shù)字聲波儀器設(shè)計(jì)精巧，集成度高，克服了以往聲波儀器存在的不足，但在使用過程中也存在一些問題。本文對SL6667 數(shù)字聲波儀器故障原因進(jìn)行分析，并提出解決故障的方法，對指導(dǎo)SL6667數(shù)字聲波儀器維修有一定的參考價值。為正確的使用該儀器，能夠?qū)τ绊憙x器測井的主要因素給以正確的分析判斷，加以排除，從而提高儀器測井成功率。

[1] 胡 澍.地球物理測井儀器[M].北京:石油工業(yè)出版社，1991

[2] 山東勝利偉業(yè)石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司. SL6667 數(shù)字聲波通信短節(jié)測井儀說明書. 2009（資料）

[3] 彭 軍. 測量電子電路設(shè)計(jì): 濾波器篇[M]. 北京：科學(xué)出版社，2005