本發(fā)明涉及工程物探巖層結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)聲波測(cè)井儀及方法。

背景技術(shù)：

地質(zhì)學(xué)是七大自然科學(xué)之一，主要是研究地球及其成因和演化發(fā)展。實(shí)際應(yīng)用非常廣泛：地震的預(yù)測(cè)、各類礦產(chǎn)的尋找、勘探，災(zāi)害性的滑坡，古生物的演化。其中物理勘探簡(jiǎn)稱“物探”，是以各種巖石和礦石的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質(zhì)的差異為研究基礎(chǔ)，用不同的物理方法和物探儀器，通過研究和觀測(cè)各種地球物理場(chǎng)的變化來探測(cè)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件的。主要的物探方法有重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、聲波勘探、放射性勘探等。依據(jù)工作空間的不同，又可分為地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。

聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，速度、幅度及頻率的變化等聲學(xué)特性也不相同。由于巖體的巖性、結(jié)構(gòu)面情況、風(fēng)化程度、應(yīng)力狀態(tài)、含水情況等地質(zhì)因素都能直接引起聲(超聲)波波速、振幅和頻率發(fā)生變化，因此可通過接收器所接受的聲(超聲)波波速、頻率和振幅了解巖石(體)地質(zhì)情況并求得巖石(體)某些力學(xué)參數(shù)(如泊松比、動(dòng)彈性模量、抗壓強(qiáng)度、彈性抗力系數(shù)等)和其他一些工程地質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)(如風(fēng)化系數(shù)、裂隙系數(shù)、各向異性系數(shù)等)。聲波測(cè)井(Sonic Logging)是利用巖石的這些聲學(xué)性質(zhì)來研究鉆井的地質(zhì)剖面，通過研究聲波在井下巖層和介質(zhì)中的傳播特性，從而了解巖層的地質(zhì)特性并判斷固井質(zhì)量的一種測(cè)井方法。聲波測(cè)井把利用電、磁、聲、熱、核等物理原理制造的各種測(cè)井儀器，由測(cè)井電纜下入井內(nèi)，使地面電測(cè)儀可沿著井筒連續(xù)記錄隨深度變化的各種參數(shù)，通過測(cè)量得到的聲學(xué)數(shù)據(jù)可用于巖性識(shí)別、孔隙度計(jì)算、井眼穩(wěn)定性預(yù)測(cè)等，來識(shí)別地下的巖層，如油、氣、水層、煤層、金屬礦床等；例如聲波可以計(jì)算地層孔隙度、巖石力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力和地層壓力；聲幅可以研究固井質(zhì)量,觀察巖壁情況、裂縫和套損；聲波頻率可以研究油井串槽和巖下流體的流動(dòng)情況，應(yīng)用十分廣泛。

聲波測(cè)井是測(cè)量和記錄井剖面上層巖的聲學(xué)性質(zhì)，如巖石的聲速、聲幅等的一種測(cè)井方法。聲波測(cè)井儀是通過采集聲波在巖層和介質(zhì)中的傳播特性數(shù)據(jù)，從而檢測(cè)出巖層的地質(zhì)特性和技術(shù)狀況的一種裝置。通過采集不同位置，對(duì)所得到的各類介質(zhì)的聲波參數(shù)測(cè)試分析，具體包括縱波測(cè)試分析、橫波測(cè)試分析和三分量測(cè)試分析，從而對(duì)這一位置的強(qiáng)度、缺陷等進(jìn)行評(píng)估。聲速可以計(jì)算地層孔隙度、巖石力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力和地層壓力；聲幅可以研究固井質(zhì)量,觀察巖壁情況、裂縫和套損；聲波頻率可以研究油井串槽和巖下流體的流動(dòng)情況，測(cè)量數(shù)據(jù)可用于巖性識(shí)別、孔隙度計(jì)算、井眼穩(wěn)定性預(yù)測(cè)等，應(yīng)用十分廣泛。

聲波測(cè)井儀是通過采集聲波在巖層和介質(zhì)中的傳播特性數(shù)據(jù)，從而檢測(cè)出巖層的地質(zhì)特性和技術(shù)狀況的一種裝置。通過采集不同位置，對(duì)所得到的各類介質(zhì)的聲波參數(shù)測(cè)試分析，具體包括縱波測(cè)試分析、橫波測(cè)試分析和三分量測(cè)試分析，從而對(duì)這一位置的強(qiáng)度、缺陷等進(jìn)行評(píng)估。利用聲波測(cè)井儀測(cè)量巖層中某點(diǎn)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，就必須知道此點(diǎn)的具體位置。然而，現(xiàn)有的方法主要是先通過采集巖層中不同點(diǎn)位的聲波信號(hào)，然后手動(dòng)測(cè)出這些點(diǎn)位的具體位置，通過對(duì)聲波信號(hào)的分析，從而得出這些位置的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。此方法操作麻煩，探測(cè)裝置每采集一個(gè)點(diǎn)位的聲波數(shù)據(jù)，就需手動(dòng)的測(cè)量此點(diǎn)的位置，以得到具體的位置信息。特別在巖層較深且測(cè)量點(diǎn)位密集的情況下，測(cè)得的位置不僅存在較大的誤差，而且需花費(fèi)大量時(shí)間和精力。但在實(shí)際工作環(huán)境中，就算手動(dòng)測(cè)量出探測(cè)裝置采集每個(gè)點(diǎn)位聲波數(shù)據(jù)的位置，也由于井四周的地質(zhì)情況復(fù)雜，無法完整且準(zhǔn)確地探測(cè)數(shù)據(jù)，故分析時(shí)易產(chǎn)生誤差，且需花費(fèi)大量時(shí)間和精力重復(fù)測(cè)量。因此，使聲波測(cè)井儀在采集聲學(xué)數(shù)據(jù)過程中高效率、高精度、高穩(wěn)定性的研發(fā)，使聲波測(cè)井儀在采集過程中自動(dòng)獲取位置，有著極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種自動(dòng)聲波測(cè)井儀及方法，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量分析裝置和采樣裝置一體化和測(cè)量過程的自動(dòng)化。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種自動(dòng)聲波測(cè)井儀，包括：

聲波測(cè)井換能器、編碼器無線測(cè)位裝置、聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜、工控計(jì)算機(jī)和聲波數(shù)據(jù)采集卡；

其中，所述聲波測(cè)井換能器與所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜的一端連接，用于根據(jù)采樣位移間隔自動(dòng)采集聲波數(shù)據(jù)，并發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)；

所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜，用于控制所述聲波測(cè)井換能器在巖層中的移動(dòng)及聲波數(shù)據(jù)傳輸；

所述編碼器無線測(cè)位裝置用于實(shí)時(shí)測(cè)量所述聲波測(cè)井換能器的位移值，并發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)；

所述聲波數(shù)據(jù)采集卡用于控制所述聲波測(cè)井換能器按照所述采樣位移間隔自動(dòng)采集所述聲波數(shù)據(jù)；

所述工控計(jì)算機(jī)用于根據(jù)接收到的所述位移值，設(shè)置采樣位移間隔，并發(fā)送給所述聲波數(shù)據(jù)采集卡；對(duì)所述聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

上述自動(dòng)聲波測(cè)井儀中，所述編碼器無線測(cè)位裝置包括：高精度增量式編碼器、計(jì)數(shù)模塊、無線通信模塊及電源模塊；

所述電源模塊用于為所述編碼器和所述計(jì)數(shù)模塊提供電能；所述高精度增量式編碼器用于產(chǎn)生兩相相位差為90°的方波脈沖，并將所述方波脈沖傳送給所述計(jì)數(shù)模塊；所述計(jì)數(shù)模塊用于根據(jù)所述方波脈沖獲得計(jì)數(shù)值；所述無線通信模塊用于將所述計(jì)數(shù)值發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)；

相應(yīng)的，所述工控計(jì)算機(jī)用于根據(jù)所述計(jì)數(shù)值獲得所述位移值。

上述自動(dòng)聲波測(cè)井儀中，還包括：三腳架；用于固定所述編碼器無線測(cè)位裝置；

所述三腳架上設(shè)置有滑輪，所述滑輪與所述編碼器無線測(cè)位裝置相接，所述滑輪隨著所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜的移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述編碼器無線測(cè)位裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)時(shí)測(cè)量所述聲波測(cè)井換能器的位移值。

上述自動(dòng)聲波測(cè)井儀中，所述編碼器無線測(cè)位裝置通過無線串口將所述位移值發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)。

上述自動(dòng)聲波測(cè)井儀中，所述工控計(jì)算機(jī)具體用于根據(jù)所述聲波數(shù)據(jù)，通過聲波參數(shù)測(cè)試分析對(duì)巖層的強(qiáng)度和缺陷進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。

上述自動(dòng)聲波測(cè)井儀中，所述聲波測(cè)井換能器為TH－1FnS型一發(fā)多收串式聲波測(cè)井換能器，包括一個(gè)聲波發(fā)射端和多個(gè)聲波接收端；所述聲波發(fā)射端用于發(fā)射聲波信號(hào)，所述聲波接收端用于接收井旁地層界面反射回井中的聲波信號(hào)和沿井壁地層傳播的滑行波信號(hào)，并將采集到到所述聲波數(shù)據(jù)發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)。

上述自動(dòng)聲波測(cè)井儀中，所述聲波數(shù)據(jù)采集卡包括可編程門電路FPGA和硬件電路。

上述自動(dòng)聲波測(cè)井儀中，所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜包括一根發(fā)射線纜和兩根接收線纜。

一種自動(dòng)聲波測(cè)井方法，包括：

編碼器無線測(cè)位裝置實(shí)時(shí)測(cè)量聲波測(cè)井換能器的位移值，并發(fā)送給工控計(jì)算機(jī)；

所述工控計(jì)算機(jī)根據(jù)所述位移值，設(shè)置采樣位移間隔，將所述采樣位移間隔發(fā)送給聲波數(shù)據(jù)采集卡；

所述聲波數(shù)據(jù)采集卡向所述聲波測(cè)井換能器發(fā)送所述采樣位移間隔；

所述聲波測(cè)井換能器在所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜的控制下在巖層中移動(dòng)，并根據(jù)所述采樣位移間隔自動(dòng)采集聲波數(shù)據(jù)，并發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)；

所述工控計(jì)算機(jī)根據(jù)所述聲波數(shù)據(jù)，分析巖層的強(qiáng)度和缺陷。

本發(fā)明提供的自動(dòng)聲波測(cè)井儀及方法，通過應(yīng)用編碼器無線測(cè)位裝置，使聲波測(cè)井換能器在移動(dòng)過程中，能夠自動(dòng)跟蹤記錄位移值，并根據(jù)設(shè)置好的位移間隔，自動(dòng)進(jìn)行采樣，保存采集到的聲波信號(hào)，通過對(duì)聲波信號(hào)的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層的強(qiáng)度和缺陷的檢測(cè)評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)了測(cè)量分析裝置和采樣裝置一體化和測(cè)量過程的自動(dòng)化。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的自動(dòng)聲波測(cè)井儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的自動(dòng)聲波測(cè)井儀中的編碼器無線測(cè)位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a和圖3b為本發(fā)明實(shí)施例中編碼器輸出脈沖信號(hào)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中信號(hào)脈沖選通模塊的電路原理圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中無線串口部分電路示意圖；

圖6為MCU計(jì)數(shù)算法的流程圖；

圖7位本發(fā)明實(shí)施例提供的自動(dòng)聲波測(cè)井方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的自動(dòng)聲波測(cè)井儀的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例提供的自動(dòng)聲波測(cè)井儀具體可以包括：

聲波測(cè)井換能器2、編碼器無線測(cè)位裝置3、聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜1、工控計(jì)算機(jī)5和聲波數(shù)據(jù)采集卡4。

其中，所述聲波測(cè)井換能器2與所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜1的一端連接，用于根據(jù)采樣位移間隔自動(dòng)采集聲波數(shù)據(jù)，并發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)5；所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜1，用于控制所述聲波測(cè)井換能器2在巖層中的移動(dòng)及聲波數(shù)據(jù)的傳輸；所述編碼器無線測(cè)位裝置3用于實(shí)時(shí)測(cè)量所述聲波測(cè)井換能器2的位移值，并發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)5；所述聲波數(shù)據(jù)采集卡4用于控制所述聲波測(cè)井換能器2按照所述采樣位移間隔自動(dòng)采集所述聲波數(shù)據(jù)；所述工控計(jì)算機(jī)5用于根據(jù)接收到的所述位移值，設(shè)置采樣位移間隔，并發(fā)送給所述聲波數(shù)據(jù)采集卡4；對(duì)所述聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

進(jìn)一步地，所述自動(dòng)聲波測(cè)井儀還可以包括：三腳架；用于固定所述編碼器無線測(cè)位裝置3；所述三腳架上設(shè)置有滑輪，所述滑輪與所述編碼器無線測(cè)位裝置3相接，所述滑輪隨著所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜1的移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述編碼器無線測(cè)位裝置3轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)時(shí)測(cè)量實(shí)施聲波測(cè)井換能器2的位移值。所述編碼器無線測(cè)位裝置3通過無線串口將所述位移值發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)5。所述工控計(jì)算機(jī)5具體用于根據(jù)所述聲波數(shù)據(jù)，通過聲波參數(shù)測(cè)試分析對(duì)巖層的強(qiáng)度和缺陷進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。

具體的，所述聲波測(cè)井換能器2可以發(fā)送和接受聲波信號(hào)，通過聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜1與聲波數(shù)據(jù)采集卡4相連。所述采集卡把聲波換能器傳來的聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行一定處理，并傳輸給上位機(jī)工控計(jì)算機(jī)5進(jìn)行分析處理。所述編碼器無線測(cè)位裝置3，可以實(shí)時(shí)記錄聲波換能器的位置。

本實(shí)施例中，所述聲波測(cè)井換能器2為TH－1FnS型一發(fā)多收串式聲波測(cè)井換能器2，包括一個(gè)聲波發(fā)射端和多個(gè)聲波接收端；所述聲波發(fā)射端用于發(fā)射聲波信號(hào)，所述聲波接收端用于接收井旁地層界面反射回井中的聲波信號(hào)和沿井壁地層傳播的滑行波信號(hào)，并將采集到的所述聲波數(shù)據(jù)發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)5。

實(shí)際應(yīng)用中，所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜1包括一根發(fā)射線纜和兩根接收線纜，柔韌性好，且傳輸損耗和反射損耗小，可以承載不小于所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜1及聲波測(cè)井換能器2自重的3倍。

所述聲波數(shù)據(jù)采集卡4包括可編程門電路FPGA和硬件電路。

進(jìn)一步地，如圖2所示，所述編碼器無線測(cè)位裝置3包括：高精度增量式編碼器、計(jì)數(shù)模塊、無線通信模塊及電源模塊；所述電源模塊用于為所述編碼器和所述計(jì)數(shù)模塊提供電能；所述高精度增量式編碼器用于產(chǎn)生兩相相位差為90°的方波脈沖，并將所述方波脈沖傳送給所述計(jì)數(shù)模塊；所述計(jì)數(shù)模塊用于根據(jù)所述方波脈沖獲得計(jì)數(shù)值；所述無線通信模塊用于將所述計(jì)數(shù)值發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)5；相應(yīng)的，所述工控計(jì)算機(jī)5用于根據(jù)所述計(jì)數(shù)值獲得所述位移值。

較為優(yōu)選的，所述高精度編碼器型號(hào)為歐姆龍E6B2-CWZ5B，一圈的脈沖數(shù)為600，PNP集電極開路輸出，輸出的脈沖為電壓方波脈沖，精度高，抗抖、抗干擾能力強(qiáng)；所述計(jì)數(shù)模塊為基于STC89C52單片機(jī)(以下簡(jiǎn)稱MCU)及外圍電路組成的微處理模塊；STC89C52包含T0、T1、T2三個(gè)計(jì)數(shù)器，T0、T1分別用來計(jì)算編碼器相位差為90°的A、B兩路脈沖數(shù)目，對(duì)兩路相差90°的編碼信號(hào)A和編碼信號(hào)B使用外部觸發(fā)計(jì)數(shù)時(shí)鐘的上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，并用兩個(gè)與非門和一個(gè)D觸發(fā)器設(shè)計(jì)的外圍電路判斷選通A、B兩路脈沖，當(dāng)編碼器正轉(zhuǎn)，T0加計(jì)數(shù)；反轉(zhuǎn)時(shí)，T1加計(jì)數(shù)，把兩個(gè)計(jì)數(shù)值相減即得到編碼器的實(shí)際脈沖數(shù)。計(jì)數(shù)器T2用于設(shè)置相應(yīng)波特率用于串口數(shù)據(jù)傳輸。所述無線通信模塊為E50-TTL-100,是一款100mW的無線傳輸模塊，工作在148-173.5MHz頻段，使用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，降低了無線應(yīng)用模塊的門檻。

較為優(yōu)選的，所示工控計(jì)算計(jì)可以為Windows XP操作系統(tǒng)，包括上位機(jī)信號(hào)處理軟件及觸屏人機(jī)交互界面，主要用Labview虛擬一起編程實(shí)現(xiàn)。

編碼器可由9v直流供電電源直接供電；正常供電后，當(dāng)聲波測(cè)井換能器2連接的聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜1拉動(dòng)三腳架上的滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在滑輪上的高精度編碼器產(chǎn)生A、B兩相相位相差90°的方波脈沖，并把脈沖傳送給計(jì)數(shù)模塊的信號(hào)脈沖選通模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，然后通過硬件電路對(duì)A、B脈沖信號(hào)進(jìn)行選通，使編碼器正傳時(shí)，把編碼器A路信號(hào)傳給低功耗MCU的計(jì)數(shù)器T0進(jìn)行計(jì)數(shù)，使脈沖信號(hào)每遇到一個(gè)上升沿計(jì)數(shù)器就加1；當(dāng)編碼器反轉(zhuǎn)時(shí)，把編碼器B路信號(hào)傳給計(jì)數(shù)器T1進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過C語言程序設(shè)計(jì)，計(jì)算：COUNT＝T0-T1，得到的COUNT就是編碼器實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖數(shù)。然后MCU整合信息以后，利用自帶的計(jì)數(shù)器T2，設(shè)置相應(yīng)的通信協(xié)議，把得到的計(jì)數(shù)值，通過無線串口模塊，傳給工控計(jì)算機(jī)5，工控計(jì)算機(jī)5根據(jù)滑輪的周長(zhǎng)和編碼器一圈的脈沖數(shù)目，進(jìn)行一定換算，從而得到了自動(dòng)聲波測(cè)井儀的實(shí)時(shí)位移。具體換算公式為：其中，S為位移，V為計(jì)數(shù)值，C為滑輪的周長(zhǎng)，T為編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的脈沖數(shù)目。

本實(shí)施例編碼器無線測(cè)位裝置3中的編碼器輸出脈沖信號(hào)如圖3a和圖3b所示。當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生A、B、C方波電壓脈沖。正轉(zhuǎn)時(shí)，A相信號(hào)超前B相信號(hào)90°；反轉(zhuǎn)時(shí)，B相信號(hào)超前A相信號(hào)90°。其中信號(hào)C為參考零位的脈沖信號(hào)，編碼器碼盤每旋轉(zhuǎn)一周，只發(fā)出一個(gè)標(biāo)志脈沖信號(hào)。標(biāo)志脈沖信號(hào)通常用來指示機(jī)械位置或?qū)Ψe累量清零。

為了能夠準(zhǔn)確的得到編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖數(shù)，必須知道編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并實(shí)現(xiàn)編碼器正傳時(shí)，加計(jì)數(shù)；反轉(zhuǎn)時(shí)，減計(jì)數(shù)。本實(shí)施例通過使用一個(gè)D觸發(fā)器和兩個(gè)與非門組成的硬件電路來實(shí)現(xiàn)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)方向的判斷。具體電路原理圖如圖3所示。當(dāng)編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，A相輸出波形超前B相輸出波形90°，D觸發(fā)器輸出Q(波形B1)為低電平、(波形A1)為高電平，下面與非門打開，選通輸出波形A(即與非門輸出脈沖A2)；此時(shí)，上面與非門關(guān)閉，其輸出為高電平(波形B2)。當(dāng)編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道A輸出波形比通道B輸出波形延遲90°，D觸發(fā)器輸出(波形A1)為低電平，Q(波形B1)為高電平，下面與非門關(guān)閉，其輸出為高電平(波形A2)；此時(shí)，上面與非門打開，選通輸出波形B(即與非門輸出脈沖B2)。通過此電路模塊，使編碼器在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，A、B兩相脈沖始終只有一路選通輸出到MCU進(jìn)行計(jì)數(shù)。選通輸出脈沖A2與MCU中的計(jì)數(shù)器T0相連、B2與計(jì)數(shù)器T1相連。所以在編碼器正傳時(shí)，T0計(jì)數(shù)A2的脈沖個(gè)數(shù)，T1無計(jì)數(shù)(此時(shí)B2無脈沖)；在編碼器反轉(zhuǎn)時(shí)，T1計(jì)數(shù)B2的脈沖個(gè)數(shù)，T0無計(jì)數(shù)(此時(shí)A2無脈沖)。把T0的計(jì)數(shù)值與T1的計(jì)數(shù)值相減，即得到了編碼器實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖數(shù)目，并實(shí)現(xiàn)了正轉(zhuǎn)加、反轉(zhuǎn)減的目的，所述MCU計(jì)數(shù)采用C語言編寫的代碼，其算法流程圖如圖6所示。

圖5中的串口通信模塊使用的是E50-TTL-100型無線串口。部分電路圖如圖4所示，TXD、RXD分別與MCU的RXD、TXD相連。把MCU得到的計(jì)數(shù)值通過無線串口傳輸給工控計(jì)算機(jī)5。無線串口是成對(duì)存在的，在工控計(jì)算機(jī)5上也必須連接一個(gè)相同的E50-TTL-100型無線串口，用于與無線測(cè)位裝置通信。使用的無線串口模塊也是使用9v直流供電電源供電，通用性好，直接使用計(jì)數(shù)模塊的電源供電，無需格外提供電源。

具體的，M0、M1控制無線串口的四種工作方式，以下表格為M0、M1輸入狀態(tài)和對(duì)應(yīng)模塊的簡(jiǎn)介：

把M0、M1接地，選擇0一般模式。使用配套的無線串口設(shè)置軟件，把收發(fā)雙方配置成透?jìng)?即發(fā)送的數(shù)據(jù)就是原有數(shù)據(jù)，不會(huì)添加協(xié)議頭)，并把雙方空速、地址、信道設(shè)置成一至。由于所用MCU使用的是11.0592MHz的晶振，設(shè)置的波特率為115200，因此，為保證通信正常無誤碼，無線串口雙方波特率也設(shè)置為115200。把對(duì)應(yīng)的另一個(gè)E50-TTL-100型無線串口，連接到USB轉(zhuǎn)UART的接口轉(zhuǎn)換模塊E15-USB-T2后，直接插在工控計(jì)算機(jī)5的USB接口上，裝上驅(qū)動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)。

本實(shí)施例的技術(shù)方案，通過應(yīng)用編碼器無線測(cè)位裝置，使聲波測(cè)井換能器在移動(dòng)過程中，能夠自動(dòng)跟蹤記錄位移值，并根據(jù)設(shè)置好的位移間隔，自動(dòng)進(jìn)行采樣，保存采集到的聲波信號(hào)，通過對(duì)聲波信號(hào)的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層的強(qiáng)度和缺陷的檢測(cè)評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)了測(cè)量分析裝置和采樣裝置一體化和測(cè)量過程的自動(dòng)化。

本發(fā)明實(shí)施例還提供自動(dòng)聲波測(cè)井方法，該方法可以包括：

編碼器無線測(cè)位裝置實(shí)時(shí)測(cè)量聲波測(cè)井換能器的位移值，并發(fā)送給工控計(jì)算機(jī)；所述工控計(jì)算機(jī)根據(jù)所述位移值，設(shè)置采樣位移間隔，將所述采樣位移間隔發(fā)送給聲波數(shù)據(jù)采集卡；所述聲波數(shù)據(jù)采集卡向所述聲波測(cè)井換能器發(fā)送所述采樣位移間隔；所述聲波測(cè)井換能器在所述聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜的控制下在巖層中移動(dòng)，并根據(jù)所述采樣位移間隔自動(dòng)采集聲波數(shù)據(jù)，并發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)；所述工控計(jì)算機(jī)根據(jù)所述聲波數(shù)據(jù)，分析巖層的強(qiáng)度和缺陷。

具體的，如圖7所示，給儀器正常供電后，人工拉動(dòng)聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜，使聲波測(cè)井換能器在巖層中向下緩慢移動(dòng)，通過聲波數(shù)據(jù)傳輸電纜的牽引，使固定在三腳架上的滑輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，而滑輪與編碼器無線測(cè)位裝置緊密相接，實(shí)時(shí)的測(cè)量出聲波測(cè)井換能器的位移值，并把編碼器無線測(cè)位裝置所測(cè)得的位移值通過無線串口傳給工控計(jì)算機(jī)，工控計(jì)算機(jī)依據(jù)實(shí)時(shí)位移值，設(shè)置采樣位移間隔，傳送命令給聲波數(shù)據(jù)采集卡，使聲波數(shù)據(jù)采集卡控制聲波測(cè)井換能器按設(shè)定的采樣位移間隔自動(dòng)采樣，并把采集到的聲波數(shù)據(jù)及時(shí)傳回工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，通過聲波參數(shù)測(cè)試分析，從而對(duì)巖層的強(qiáng)度、缺陷等進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，整個(gè)測(cè)量操作僅需一人拉動(dòng)電纜即可完成，無需額外動(dòng)作，操作簡(jiǎn)單方便。

本實(shí)施例的自動(dòng)聲波測(cè)井方法，可由上述自動(dòng)聲波測(cè)井儀執(zhí)行，其實(shí)現(xiàn)原理和技術(shù)效果類似，此處不再贅述。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。