淺析影響自然伽馬測(cè)井儀器穩(wěn)定性的因素

摘要：自然伽馬測(cè)井儀是放射性注入剖面測(cè)井中的核心部分，文章根據(jù)自然伽馬測(cè)井儀的電路設(shè)計(jì)、光電倍增管及晶體性能，結(jié)合對(duì)現(xiàn)用九方儀器伽馬短接性能測(cè)試的資料，對(duì)影響其穩(wěn)定性的諸多因素進(jìn)行了細(xì)致的分析，找出影響儀器穩(wěn)定性的主要因素，進(jìn)而提高自然伽馬儀的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：自然伽馬測(cè)井；儀器穩(wěn)定性；電路設(shè)計(jì)；光電倍增管；晶體性能

中圖分類號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）07-0091-02

自然伽馬測(cè)井儀作為放射性注入剖面測(cè)井中的核心部分，它的穩(wěn)定性決定了測(cè)井資料的質(zhì)量。由于電路的設(shè)計(jì)和傳感器的性能對(duì)儀器的穩(wěn)定性均有影響，本文首先從理論分析入手，結(jié)合近幾年伽馬短節(jié)的穩(wěn)定性測(cè)試、線性測(cè)試和高壓坪區(qū)測(cè)試等資料進(jìn)行分析。找出了影響伽馬短節(jié)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。確保儀器日常維修和每半年一次的性能測(cè)試時(shí)儀器的質(zhì)量。

1 影響儀器線路板穩(wěn)定性的因素

自然伽瑪短節(jié)的電路分為電源處理部分、信號(hào)錄取部分、信號(hào)處理部分、信號(hào)傳輸部分。電源處理部分包括低壓穩(wěn)壓處理和高壓穩(wěn)壓處理兩個(gè)部分；信號(hào)處理部分包括信號(hào)去雜、信號(hào)放大和信號(hào)整形三個(gè)部分。經(jīng)過(guò)對(duì)電路的分析和日常工作中積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出在儀器線路板中有以下幾處環(huán)節(jié)容易導(dǎo)致伽馬短接整體穩(wěn)定性變差。

1.1 高壓電源

1.1.1 高壓電源的不穩(wěn)定性。光電倍增管的倍增原理表明，光電子激發(fā)產(chǎn)生后是要經(jīng)過(guò)多個(gè)倍增電場(chǎng)加速再次激發(fā)。因此最終陽(yáng)極上收集的光電子總數(shù)是經(jīng)過(guò)各個(gè)倍增極激發(fā)產(chǎn)生后累計(jì)下來(lái)的。由此我們可以想象，如果倍增電場(chǎng)的不穩(wěn)定度即使很小，可經(jīng)過(guò)多級(jí)相乘后也會(huì)變得很不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致光電子不能完全有效地被收集和加速，從而影響光電倍增管總增益的穩(wěn)定性。因此，光電倍增管對(duì)高壓供電電源和偏置電壓的穩(wěn)定性要求比較高。

1.1.2 高壓電源自激現(xiàn)象。另一方面高壓電源變壓器一般都具有較高的振蕩頻率，由于儀器內(nèi)部電路排版的空間有限，當(dāng)儀器內(nèi)部濕度過(guò)大時(shí)高壓線引線與接地端極容易發(fā)生自激，導(dǎo)致信號(hào)處理電路中產(chǎn)生無(wú)用的干擾脈沖，這也是影響伽馬短接穩(wěn)定性的一個(gè)原因。

例如在2013年9月維修的JF-DDZ-125/60—0214儀器，該儀器在之前的測(cè)井操作中均工作正常，班組送回時(shí)反映伽馬計(jì)數(shù)普遍偏高。拆開(kāi)短接檢查電路元件與測(cè)量探頭，均未發(fā)現(xiàn)損壞，接著對(duì)其儀器線路板進(jìn)行線性測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果如表1：

表1 0214伽馬儀線路板線性測(cè)試結(jié)果

序號(hào) 時(shí)間/小時(shí) GRS CPS

1 0：01 100 375

2 0：02 200 468

3 0：03 300 562

4 0：04 400 653

5 0：05 500 749

從測(cè)試結(jié)果可看出，實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)明顯普遍偏高，這種偏高是不正常的，同時(shí)在測(cè)試過(guò)程中聽(tīng)到類似放電的噼啪聲，斷定這種不正常的高計(jì)數(shù)率是由儀器內(nèi)部濕度過(guò)大導(dǎo)致高壓線路自激產(chǎn)生的。我們將高壓電路處理版用酒精擦拭干凈并晾置一段時(shí)間后再次對(duì)其進(jìn)行線路板線性測(cè)試，實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)果然回歸正常水平，且線性誤差也在范圍內(nèi)。

1.2 鑒別電路門檻電壓設(shè)置

光電子經(jīng)過(guò)光電倍增管處理后轉(zhuǎn)換成電脈沖輸出后還要經(jīng)過(guò)比較器處理才能繼續(xù)向上傳送，這里提及的比較器的作用即是給從下面?zhèn)魃蟻?lái)的電脈沖信號(hào)設(shè)置一個(gè)門檻，讓其有選擇的通過(guò)，接收電路有選擇地采集錄取。為了弄清楚門檻電壓高低對(duì)信號(hào)采集的影響，我們進(jìn)行了一項(xiàng)測(cè)試，將門檻電壓先后設(shè)置為168mv和300mv，分別記錄當(dāng)時(shí)的伽馬計(jì)數(shù)，繪制出下面的對(duì)

比圖1。

圖1 不同門檻電壓時(shí)伽馬計(jì)數(shù)對(duì)比圖

如圖2所示，門檻電壓為300mv時(shí)的伽馬計(jì)數(shù)要比門檻電壓為168mv時(shí)的伽馬計(jì)數(shù)要低，從此可以得出結(jié)論，門檻電壓越高伽馬計(jì)數(shù)越低，門檻電壓越低伽馬計(jì)數(shù)越高。這一點(diǎn)對(duì)校驗(yàn)工作具有指導(dǎo)意義，對(duì)儀器校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)井中圍巖層和標(biāo)準(zhǔn)層的放射強(qiáng)度合理的調(diào)整設(shè)置比較電路的門檻電壓，使儀器的穩(wěn)定性更為可靠，以便在實(shí)際測(cè)井過(guò)程中更準(zhǔn)確地記錄井下資料。

2 光電倍增管部分存在的穩(wěn)定性影響因素

光電倍增管簡(jiǎn)稱PMT，是靈敏度極高，響應(yīng)速度極快的光探測(cè)器，他的工作原理是基于光敏材料的光電發(fā)射效應(yīng)。光電倍增管坪區(qū)的校驗(yàn)是日常工作中判斷其性能的一個(gè)主要方法，它可以判定出管子坪特性的好壞及坪區(qū)的變化情況，然后根據(jù)校驗(yàn)出的結(jié)果對(duì)伽馬短接重新刻度或采取更換光電倍增管等相應(yīng)的措施。

2.1 光電倍增管坪區(qū)變化

儀器長(zhǎng)期使用后，光電倍增管由于老化其坪區(qū)會(huì)發(fā)生變化。對(duì)16支九方伽瑪測(cè)井儀短節(jié)的坪區(qū)測(cè)試研究后，發(fā)現(xiàn)主要有兩種情況，一是高壓坪區(qū)范圍變窄；二是整個(gè)坪區(qū)向后偏移。通常情況下這兩種變化并不是單獨(dú)產(chǎn)生的，而是同時(shí)存在的。以JF-DDZ-125/60—0601為例，對(duì)其進(jìn)行高壓坪區(qū)的校驗(yàn)。

通過(guò)分析研究認(rèn)為，儀器內(nèi)光電倍增管的高壓坪區(qū)不僅存在著明顯的變窄趨勢(shì)，而且還向后發(fā)生了偏移?？梢?jiàn)當(dāng)儀器工作一段時(shí)間之后，儀器的高壓小于坪區(qū)高壓的最小值，移出高壓坪區(qū)，使得儀器的穩(wěn)定性變差。

得出以下結(jié)論，每支儀器的光電倍增管每隔半年必須做一次高壓坪區(qū)測(cè)試，確定坪區(qū)的范圍大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且將高壓工作點(diǎn)調(diào)到坪區(qū)范圍的中部，確保儀器的穩(wěn)定性。

2.2 光電倍增管熱穩(wěn)定性

光電倍增管的耐熱穩(wěn)定性很差，光電倍增管在高溫條件下工作時(shí)，光陰極的發(fā)射效率大大下降，結(jié)果導(dǎo)致脈沖幅度下降。通常，由室溫升至100攝氏度是光電倍增管輸出的脈沖幅度下降約50%，同時(shí)隨著溫度升高熱噪聲增加，會(huì)產(chǎn)生更多的干擾脈沖。

3 碘化鈉晶體性能的影響

碘化鈉是一種透明單晶，可以做成體積較大的晶塊，其重要特性為發(fā)出光脈沖幅度和伽馬射線能量成正比。它對(duì)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)的吸收系數(shù)都較大。它的缺點(diǎn)是易于潮解，久置于空氣中晶體會(huì)發(fā)黃變質(zhì)，并且易碎。如若發(fā)生以上任一種情況，都會(huì)使伽馬短接的穩(wěn)定性能變差。

4 結(jié)語(yǔ)

影響自然伽馬測(cè)井儀器穩(wěn)定性的因素有：電路中高壓電源和偏置電壓的不穩(wěn)定會(huì)影響光電子的加速和收集；高壓電源的自激現(xiàn)象產(chǎn)生的干擾脈沖；信號(hào)處理電路中電子元器件的溫漂；信號(hào)處理電路中門檻電壓設(shè)置的不合理；不能對(duì)光電倍增管的高壓坪區(qū)變窄并向后偏移做出及時(shí)調(diào)整；光電倍增管的熱穩(wěn)定性很差；碘化鈉晶體易潮解易碎。

參考文獻(xiàn)

[1] 任愛(ài)閣.自然伽馬能譜測(cè)井譜解析方法研究[D].

中國(guó)石油大學(xué)，2007.

[2] 楊全進(jìn).隨鉆自然伽馬測(cè)量?jī)x及其刻度的研究

[D].中國(guó)石油大學(xué)，2007.

作者簡(jiǎn)介：劉晶晶（1986—），女，內(nèi)蒙古通遼人，供職于大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司，研究方向：測(cè)井、試井儀器維修維護(hù)。endprint

摘要：自然伽馬測(cè)井儀是放射性注入剖面測(cè)井中的核心部分，文章根據(jù)自然伽馬測(cè)井儀的電路設(shè)計(jì)、光電倍增管及晶體性能，結(jié)合對(duì)現(xiàn)用九方儀器伽馬短接性能測(cè)試的資料，對(duì)影響其穩(wěn)定性的諸多因素進(jìn)行了細(xì)致的分析，找出影響儀器穩(wěn)定性的主要因素，進(jìn)而提高自然伽馬儀的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：自然伽馬測(cè)井；儀器穩(wěn)定性；電路設(shè)計(jì)；光電倍增管；晶體性能

中圖分類號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）07-0091-02

自然伽馬測(cè)井儀作為放射性注入剖面測(cè)井中的核心部分，它的穩(wěn)定性決定了測(cè)井資料的質(zhì)量。由于電路的設(shè)計(jì)和傳感器的性能對(duì)儀器的穩(wěn)定性均有影響，本文首先從理論分析入手，結(jié)合近幾年伽馬短節(jié)的穩(wěn)定性測(cè)試、線性測(cè)試和高壓坪區(qū)測(cè)試等資料進(jìn)行分析。找出了影響伽馬短節(jié)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。確保儀器日常維修和每半年一次的性能測(cè)試時(shí)儀器的質(zhì)量。

1 影響儀器線路板穩(wěn)定性的因素

自然伽瑪短節(jié)的電路分為電源處理部分、信號(hào)錄取部分、信號(hào)處理部分、信號(hào)傳輸部分。電源處理部分包括低壓穩(wěn)壓處理和高壓穩(wěn)壓處理兩個(gè)部分；信號(hào)處理部分包括信號(hào)去雜、信號(hào)放大和信號(hào)整形三個(gè)部分。經(jīng)過(guò)對(duì)電路的分析和日常工作中積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出在儀器線路板中有以下幾處環(huán)節(jié)容易導(dǎo)致伽馬短接整體穩(wěn)定性變差。

1.1 高壓電源

1.1.1 高壓電源的不穩(wěn)定性。光電倍增管的倍增原理表明，光電子激發(fā)產(chǎn)生后是要經(jīng)過(guò)多個(gè)倍增電場(chǎng)加速再次激發(fā)。因此最終陽(yáng)極上收集的光電子總數(shù)是經(jīng)過(guò)各個(gè)倍增極激發(fā)產(chǎn)生后累計(jì)下來(lái)的。由此我們可以想象，如果倍增電場(chǎng)的不穩(wěn)定度即使很小，可經(jīng)過(guò)多級(jí)相乘后也會(huì)變得很不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致光電子不能完全有效地被收集和加速，從而影響光電倍增管總增益的穩(wěn)定性。因此，光電倍增管對(duì)高壓供電電源和偏置電壓的穩(wěn)定性要求比較高。

1.1.2 高壓電源自激現(xiàn)象。另一方面高壓電源變壓器一般都具有較高的振蕩頻率，由于儀器內(nèi)部電路排版的空間有限，當(dāng)儀器內(nèi)部濕度過(guò)大時(shí)高壓線引線與接地端極容易發(fā)生自激，導(dǎo)致信號(hào)處理電路中產(chǎn)生無(wú)用的干擾脈沖，這也是影響伽馬短接穩(wěn)定性的一個(gè)原因。

例如在2013年9月維修的JF-DDZ-125/60—0214儀器，該儀器在之前的測(cè)井操作中均工作正常，班組送回時(shí)反映伽馬計(jì)數(shù)普遍偏高。拆開(kāi)短接檢查電路元件與測(cè)量探頭，均未發(fā)現(xiàn)損壞，接著對(duì)其儀器線路板進(jìn)行線性測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果如表1：

表1 0214伽馬儀線路板線性測(cè)試結(jié)果

序號(hào) 時(shí)間/小時(shí) GRS CPS

1 0：01 100 375

2 0：02 200 468

3 0：03 300 562

4 0：04 400 653

5 0：05 500 749

從測(cè)試結(jié)果可看出，實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)明顯普遍偏高，這種偏高是不正常的，同時(shí)在測(cè)試過(guò)程中聽(tīng)到類似放電的噼啪聲，斷定這種不正常的高計(jì)數(shù)率是由儀器內(nèi)部濕度過(guò)大導(dǎo)致高壓線路自激產(chǎn)生的。我們將高壓電路處理版用酒精擦拭干凈并晾置一段時(shí)間后再次對(duì)其進(jìn)行線路板線性測(cè)試，實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)果然回歸正常水平，且線性誤差也在范圍內(nèi)。

1.2 鑒別電路門檻電壓設(shè)置

光電子經(jīng)過(guò)光電倍增管處理后轉(zhuǎn)換成電脈沖輸出后還要經(jīng)過(guò)比較器處理才能繼續(xù)向上傳送，這里提及的比較器的作用即是給從下面?zhèn)魃蟻?lái)的電脈沖信號(hào)設(shè)置一個(gè)門檻，讓其有選擇的通過(guò)，接收電路有選擇地采集錄取。為了弄清楚門檻電壓高低對(duì)信號(hào)采集的影響，我們進(jìn)行了一項(xiàng)測(cè)試，將門檻電壓先后設(shè)置為168mv和300mv，分別記錄當(dāng)時(shí)的伽馬計(jì)數(shù)，繪制出下面的對(duì)

比圖1。

圖1 不同門檻電壓時(shí)伽馬計(jì)數(shù)對(duì)比圖

如圖2所示，門檻電壓為300mv時(shí)的伽馬計(jì)數(shù)要比門檻電壓為168mv時(shí)的伽馬計(jì)數(shù)要低，從此可以得出結(jié)論，門檻電壓越高伽馬計(jì)數(shù)越低，門檻電壓越低伽馬計(jì)數(shù)越高。這一點(diǎn)對(duì)校驗(yàn)工作具有指導(dǎo)意義，對(duì)儀器校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)井中圍巖層和標(biāo)準(zhǔn)層的放射強(qiáng)度合理的調(diào)整設(shè)置比較電路的門檻電壓，使儀器的穩(wěn)定性更為可靠，以便在實(shí)際測(cè)井過(guò)程中更準(zhǔn)確地記錄井下資料。

2 光電倍增管部分存在的穩(wěn)定性影響因素

光電倍增管簡(jiǎn)稱PMT，是靈敏度極高，響應(yīng)速度極快的光探測(cè)器，他的工作原理是基于光敏材料的光電發(fā)射效應(yīng)。光電倍增管坪區(qū)的校驗(yàn)是日常工作中判斷其性能的一個(gè)主要方法，它可以判定出管子坪特性的好壞及坪區(qū)的變化情況，然后根據(jù)校驗(yàn)出的結(jié)果對(duì)伽馬短接重新刻度或采取更換光電倍增管等相應(yīng)的措施。

2.1 光電倍增管坪區(qū)變化

儀器長(zhǎng)期使用后，光電倍增管由于老化其坪區(qū)會(huì)發(fā)生變化。對(duì)16支九方伽瑪測(cè)井儀短節(jié)的坪區(qū)測(cè)試研究后，發(fā)現(xiàn)主要有兩種情況，一是高壓坪區(qū)范圍變窄；二是整個(gè)坪區(qū)向后偏移。通常情況下這兩種變化并不是單獨(dú)產(chǎn)生的，而是同時(shí)存在的。以JF-DDZ-125/60—0601為例，對(duì)其進(jìn)行高壓坪區(qū)的校驗(yàn)。

通過(guò)分析研究認(rèn)為，儀器內(nèi)光電倍增管的高壓坪區(qū)不僅存在著明顯的變窄趨勢(shì)，而且還向后發(fā)生了偏移。可見(jiàn)當(dāng)儀器工作一段時(shí)間之后，儀器的高壓小于坪區(qū)高壓的最小值，移出高壓坪區(qū)，使得儀器的穩(wěn)定性變差。

得出以下結(jié)論，每支儀器的光電倍增管每隔半年必須做一次高壓坪區(qū)測(cè)試，確定坪區(qū)的范圍大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且將高壓工作點(diǎn)調(diào)到坪區(qū)范圍的中部，確保儀器的穩(wěn)定性。

2.2 光電倍增管熱穩(wěn)定性

光電倍增管的耐熱穩(wěn)定性很差，光電倍增管在高溫條件下工作時(shí)，光陰極的發(fā)射效率大大下降，結(jié)果導(dǎo)致脈沖幅度下降。通常，由室溫升至100攝氏度是光電倍增管輸出的脈沖幅度下降約50%，同時(shí)隨著溫度升高熱噪聲增加，會(huì)產(chǎn)生更多的干擾脈沖。

3 碘化鈉晶體性能的影響

碘化鈉是一種透明單晶，可以做成體積較大的晶塊，其重要特性為發(fā)出光脈沖幅度和伽馬射線能量成正比。它對(duì)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)的吸收系數(shù)都較大。它的缺點(diǎn)是易于潮解，久置于空氣中晶體會(huì)發(fā)黃變質(zhì)，并且易碎。如若發(fā)生以上任一種情況，都會(huì)使伽馬短接的穩(wěn)定性能變差。

4 結(jié)語(yǔ)

影響自然伽馬測(cè)井儀器穩(wěn)定性的因素有：電路中高壓電源和偏置電壓的不穩(wěn)定會(huì)影響光電子的加速和收集；高壓電源的自激現(xiàn)象產(chǎn)生的干擾脈沖；信號(hào)處理電路中電子元器件的溫漂；信號(hào)處理電路中門檻電壓設(shè)置的不合理；不能對(duì)光電倍增管的高壓坪區(qū)變窄并向后偏移做出及時(shí)調(diào)整；光電倍增管的熱穩(wěn)定性很差；碘化鈉晶體易潮解易碎。

參考文獻(xiàn)

[1] 任愛(ài)閣.自然伽馬能譜測(cè)井譜解析方法研究[D].

中國(guó)石油大學(xué)，2007.

[2] 楊全進(jìn).隨鉆自然伽馬測(cè)量?jī)x及其刻度的研究

[D].中國(guó)石油大學(xué)，2007.

作者簡(jiǎn)介：劉晶晶（1986—），女，內(nèi)蒙古通遼人，供職于大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司，研究方向：測(cè)井、試井儀器維修維護(hù)。endprint

摘要：自然伽馬測(cè)井儀是放射性注入剖面測(cè)井中的核心部分，文章根據(jù)自然伽馬測(cè)井儀的電路設(shè)計(jì)、光電倍增管及晶體性能，結(jié)合對(duì)現(xiàn)用九方儀器伽馬短接性能測(cè)試的資料，對(duì)影響其穩(wěn)定性的諸多因素進(jìn)行了細(xì)致的分析，找出影響儀器穩(wěn)定性的主要因素，進(jìn)而提高自然伽馬儀的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：自然伽馬測(cè)井；儀器穩(wěn)定性；電路設(shè)計(jì)；光電倍增管；晶體性能

中圖分類號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）07-0091-02

自然伽馬測(cè)井儀作為放射性注入剖面測(cè)井中的核心部分，它的穩(wěn)定性決定了測(cè)井資料的質(zhì)量。由于電路的設(shè)計(jì)和傳感器的性能對(duì)儀器的穩(wěn)定性均有影響，本文首先從理論分析入手，結(jié)合近幾年伽馬短節(jié)的穩(wěn)定性測(cè)試、線性測(cè)試和高壓坪區(qū)測(cè)試等資料進(jìn)行分析。找出了影響伽馬短節(jié)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。確保儀器日常維修和每半年一次的性能測(cè)試時(shí)儀器的質(zhì)量。

1 影響儀器線路板穩(wěn)定性的因素

自然伽瑪短節(jié)的電路分為電源處理部分、信號(hào)錄取部分、信號(hào)處理部分、信號(hào)傳輸部分。電源處理部分包括低壓穩(wěn)壓處理和高壓穩(wěn)壓處理兩個(gè)部分；信號(hào)處理部分包括信號(hào)去雜、信號(hào)放大和信號(hào)整形三個(gè)部分。經(jīng)過(guò)對(duì)電路的分析和日常工作中積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出在儀器線路板中有以下幾處環(huán)節(jié)容易導(dǎo)致伽馬短接整體穩(wěn)定性變差。

1.1 高壓電源

1.1.1 高壓電源的不穩(wěn)定性。光電倍增管的倍增原理表明，光電子激發(fā)產(chǎn)生后是要經(jīng)過(guò)多個(gè)倍增電場(chǎng)加速再次激發(fā)。因此最終陽(yáng)極上收集的光電子總數(shù)是經(jīng)過(guò)各個(gè)倍增極激發(fā)產(chǎn)生后累計(jì)下來(lái)的。由此我們可以想象，如果倍增電場(chǎng)的不穩(wěn)定度即使很小，可經(jīng)過(guò)多級(jí)相乘后也會(huì)變得很不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致光電子不能完全有效地被收集和加速，從而影響光電倍增管總增益的穩(wěn)定性。因此，光電倍增管對(duì)高壓供電電源和偏置電壓的穩(wěn)定性要求比較高。

1.1.2 高壓電源自激現(xiàn)象。另一方面高壓電源變壓器一般都具有較高的振蕩頻率，由于儀器內(nèi)部電路排版的空間有限，當(dāng)儀器內(nèi)部濕度過(guò)大時(shí)高壓線引線與接地端極容易發(fā)生自激，導(dǎo)致信號(hào)處理電路中產(chǎn)生無(wú)用的干擾脈沖，這也是影響伽馬短接穩(wěn)定性的一個(gè)原因。

例如在2013年9月維修的JF-DDZ-125/60—0214儀器，該儀器在之前的測(cè)井操作中均工作正常，班組送回時(shí)反映伽馬計(jì)數(shù)普遍偏高。拆開(kāi)短接檢查電路元件與測(cè)量探頭，均未發(fā)現(xiàn)損壞，接著對(duì)其儀器線路板進(jìn)行線性測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果如表1：

表1 0214伽馬儀線路板線性測(cè)試結(jié)果

序號(hào) 時(shí)間/小時(shí) GRS CPS

1 0：01 100 375

2 0：02 200 468

3 0：03 300 562

4 0：04 400 653

5 0：05 500 749

從測(cè)試結(jié)果可看出，實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)明顯普遍偏高，這種偏高是不正常的，同時(shí)在測(cè)試過(guò)程中聽(tīng)到類似放電的噼啪聲，斷定這種不正常的高計(jì)數(shù)率是由儀器內(nèi)部濕度過(guò)大導(dǎo)致高壓線路自激產(chǎn)生的。我們將高壓電路處理版用酒精擦拭干凈并晾置一段時(shí)間后再次對(duì)其進(jìn)行線路板線性測(cè)試，實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)果然回歸正常水平，且線性誤差也在范圍內(nèi)。

1.2 鑒別電路門檻電壓設(shè)置

光電子經(jīng)過(guò)光電倍增管處理后轉(zhuǎn)換成電脈沖輸出后還要經(jīng)過(guò)比較器處理才能繼續(xù)向上傳送，這里提及的比較器的作用即是給從下面?zhèn)魃蟻?lái)的電脈沖信號(hào)設(shè)置一個(gè)門檻，讓其有選擇的通過(guò)，接收電路有選擇地采集錄取。為了弄清楚門檻電壓高低對(duì)信號(hào)采集的影響，我們進(jìn)行了一項(xiàng)測(cè)試，將門檻電壓先后設(shè)置為168mv和300mv，分別記錄當(dāng)時(shí)的伽馬計(jì)數(shù)，繪制出下面的對(duì)

比圖1。

圖1 不同門檻電壓時(shí)伽馬計(jì)數(shù)對(duì)比圖

如圖2所示，門檻電壓為300mv時(shí)的伽馬計(jì)數(shù)要比門檻電壓為168mv時(shí)的伽馬計(jì)數(shù)要低，從此可以得出結(jié)論，門檻電壓越高伽馬計(jì)數(shù)越低，門檻電壓越低伽馬計(jì)數(shù)越高。這一點(diǎn)對(duì)校驗(yàn)工作具有指導(dǎo)意義，對(duì)儀器校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)井中圍巖層和標(biāo)準(zhǔn)層的放射強(qiáng)度合理的調(diào)整設(shè)置比較電路的門檻電壓，使儀器的穩(wěn)定性更為可靠，以便在實(shí)際測(cè)井過(guò)程中更準(zhǔn)確地記錄井下資料。

2 光電倍增管部分存在的穩(wěn)定性影響因素

光電倍增管簡(jiǎn)稱PMT，是靈敏度極高，響應(yīng)速度極快的光探測(cè)器，他的工作原理是基于光敏材料的光電發(fā)射效應(yīng)。光電倍增管坪區(qū)的校驗(yàn)是日常工作中判斷其性能的一個(gè)主要方法，它可以判定出管子坪特性的好壞及坪區(qū)的變化情況，然后根據(jù)校驗(yàn)出的結(jié)果對(duì)伽馬短接重新刻度或采取更換光電倍增管等相應(yīng)的措施。

2.1 光電倍增管坪區(qū)變化

儀器長(zhǎng)期使用后，光電倍增管由于老化其坪區(qū)會(huì)發(fā)生變化。對(duì)16支九方伽瑪測(cè)井儀短節(jié)的坪區(qū)測(cè)試研究后，發(fā)現(xiàn)主要有兩種情況，一是高壓坪區(qū)范圍變窄；二是整個(gè)坪區(qū)向后偏移。通常情況下這兩種變化并不是單獨(dú)產(chǎn)生的，而是同時(shí)存在的。以JF-DDZ-125/60—0601為例，對(duì)其進(jìn)行高壓坪區(qū)的校驗(yàn)。

通過(guò)分析研究認(rèn)為，儀器內(nèi)光電倍增管的高壓坪區(qū)不僅存在著明顯的變窄趨勢(shì)，而且還向后發(fā)生了偏移?？梢?jiàn)當(dāng)儀器工作一段時(shí)間之后，儀器的高壓小于坪區(qū)高壓的最小值，移出高壓坪區(qū)，使得儀器的穩(wěn)定性變差。

得出以下結(jié)論，每支儀器的光電倍增管每隔半年必須做一次高壓坪區(qū)測(cè)試，確定坪區(qū)的范圍大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且將高壓工作點(diǎn)調(diào)到坪區(qū)范圍的中部，確保儀器的穩(wěn)定性。

2.2 光電倍增管熱穩(wěn)定性

光電倍增管的耐熱穩(wěn)定性很差，光電倍增管在高溫條件下工作時(shí)，光陰極的發(fā)射效率大大下降，結(jié)果導(dǎo)致脈沖幅度下降。通常，由室溫升至100攝氏度是光電倍增管輸出的脈沖幅度下降約50%，同時(shí)隨著溫度升高熱噪聲增加，會(huì)產(chǎn)生更多的干擾脈沖。

3 碘化鈉晶體性能的影響

碘化鈉是一種透明單晶，可以做成體積較大的晶塊，其重要特性為發(fā)出光脈沖幅度和伽馬射線能量成正比。它對(duì)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)的吸收系數(shù)都較大。它的缺點(diǎn)是易于潮解，久置于空氣中晶體會(huì)發(fā)黃變質(zhì)，并且易碎。如若發(fā)生以上任一種情況，都會(huì)使伽馬短接的穩(wěn)定性能變差。

4 結(jié)語(yǔ)

影響自然伽馬測(cè)井儀器穩(wěn)定性的因素有：電路中高壓電源和偏置電壓的不穩(wěn)定會(huì)影響光電子的加速和收集；高壓電源的自激現(xiàn)象產(chǎn)生的干擾脈沖；信號(hào)處理電路中電子元器件的溫漂；信號(hào)處理電路中門檻電壓設(shè)置的不合理；不能對(duì)光電倍增管的高壓坪區(qū)變窄并向后偏移做出及時(shí)調(diào)整；光電倍增管的熱穩(wěn)定性很差；碘化鈉晶體易潮解易碎。

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中國(guó)石油大學(xué)，2007.

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作者簡(jiǎn)介：劉晶晶（1986—），女，內(nèi)蒙古通遼人，供職于大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司，研究方向：測(cè)井、試井儀器維修維護(hù)。endprint