浅谈测井仪器电路的维修方法.docx

浅谈测井仪器电路的维修方法 袁吉祥，谢刚，郑琦怡，吴彬，刘一品 （中国石油集团测井有限公司长庆事业部，陕西 西安 710201） 摘 要：随着测井仪器功能的日益强大，仪器的电路组成结构也越来越复杂，随之带来的是维修难度的不断加大，如何高效的维修仪器是我们每个仪修人员必须考虑的问题。本文就是在个人维修经验的基础上结合电路基础知识总结出的仪器维修的基本方法。 关键词：基本电路；器件特性；功能框图；信号流程 0 引言 随着测井技术的不断发展，测井仪器也在不断的更新换代，大量厚膜电路以及集成块电路的应用一方面有效的提高了测井仪器的稳定性，但在另一方面对测井仪修人员也提出了更高的要求。仪器维修首先应具备很扎实的理论知识，和一定的逻辑推理能力，除此之外要有充足的硬件资源，如：原理图纸、维修辅助工具、配件、参考资料等，这些准备好后，还要结合正确的维修方法，本文就是在我个人近几年的仪器维修基础上加以总结和归纳，对仪器电路的维修方法做个简单的讨论，以期和各位同行相互交流，相互借鉴。 1 加强基本电路知识的学习，为维修仪器打好基础 现在仪器的功能越来越强大，获取的信息量也越来越大，要实现这些目标，仪器本身就引入了更多更复杂的电路，但是再复杂的电路他们都是由基本的电路加以变化改进而来的。一般仪器的电路都是由电源电路，前置放大电路，滤波电路，功率放大电路，信号采集和A/D 转换电路，以及相应的信号处理电路组成，对这些基础电路的掌握直接关系着我们仪修人员对仪器电路的认识和理解程度。 2 熟悉常用器件的故障特点，是维修仪器必须具备的技能 测井仪器大体上都是由各种传感器加上相应的电路组成的。仪器电路器件无外乎电阻，电容，电感，二极管，三极管，各种放大器以及一些集成电路块组成的。在维修仪器之前了解他们的故障特点，有助于我们快速判断仪器的故障所在，提高维修的效率。 1）、电阻是电器设备中数量最多的元件，但不是损坏率最高的元件。电阻损坏时往往是烧焦发黑或表面爆皮、裂纹，很容易发现；电阻损坏以开路最常见，测量的时候，我们通常采用在线电阻测量，由于被测元器件接在整个电路中，所以万用表所测得的阻值受到其它并联支路的影响，正常所测的阻值会比元器件的实标标注阻值相等或小，不可能存在大于实标标注阻值，在分析测试结果时应给予考虑，以免误判。 2）、电解电容在测井仪器中的用量很大，故障率很高。电解电容损坏有以下几种表现：一是完全失去容量或容量变小；二是轻微或严重漏电；三是失去容量或容量变小兼有漏电。查找损坏的电解电容方法有：（1）看：有的电容损坏时会漏液，电容下面的电路板表面甚至电容外表都会有一层油渍，这种电容绝对不能再用；有的电容损坏后会鼓起，这种电容也不能继续使用；（2）摸：仪器通电后有些漏电严重的电解电容会发热，用手指触摸时甚至会烫手，这种电容必须更换；（3）测：用万用表可以通过阻值的大小来判断电容是否存在开路或者击穿，如果电阻值不断减小，说明该电容漏电了 3）、二、三极管等半导体器件的损坏一般是 PN 结击穿或开路，其中以击穿短路居多。测量二、三极管可以用指针万用表在路测量，如果正向电阻不太大（相对正常值），反向电阻足够大（相对正向值），表明该 PN 结正常，反之就值得怀疑，需焊下后再测。 4）、理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。如果没有负反馈，开环放大下的运放成为一个比较器。如果要判断器件的好坏，先应分清楚器件在电路中是做放大器用还是做比较器用。 不论是何类型的放大器，都有一个反馈电阻 Rf,则我们在维修时可从电路上检查这个反馈电阻，用万用表检查输出端和反向输入端之间的阻值，如果大的离谱，如几 M以上，则我们大概可以肯定器件是做比较器用，如果此阻值较小 0至几十 k，则再查查有无电阻接在输出端和反向输入端之间，有的话定是做放大器用。 根据放大器虚短的原理，就是说如果这个运算放大器工作正常的话，其同向输入端和反向输入端电压必然相等，即使有差别也是 mv 级的，如果有 0.5V 以上的差别，则放大器必坏无疑！ 如果器件是做比较器用，则允许同向输入端和反向输入端不等， 同向电压反向电压，则输出电压接近正的最大值； 同向电压反向电压，则输出电压接近 0V 或负的最大值（视乎双电源或单电源）。 如果检测到电压不符合这个规则，则器件必坏无疑！ 5）、集成电路块由于内部结构千差万别，没有一个统一的标准，在日常维修中我认为首先对集成块的电源管脚检查，然后根据输入信号端和输出信号端大致确定，最后还是需要拿一支完好的集成块替换后再确定原来的器件是否完好。 3 读懂电路图，是正确维修仪器的第一步 要正确有效的维修仪器，必须首先弄清电原理图，然后才能顺利维修，必须找到读懂电原理图的窍门，才能迅速准确理解并掌握。 3.1 从理解功能框图着手，化整为零，读懂电原理图 一般仪器的说明书和操作手册中都有框图。根据仪器的框图，将电原理图分解成几部分，然后根据各部分的功能，结合信号走向，去理解、读懂局部单元电路的功能原理，最后把单元电路中各元器件的作用弄明白。通过框图读懂电路原理图，实际上是由大到小、由粗到细的理解过程。 图 1 浅侧向回路框图 图 2 深侧向回路框图 例如，双侧向由于同时存在两个回路，在电路构成上比较复杂，但是我们在学习和认识的时候可以把整支仪器分解成两支仪器来对待，上面的框图分别描述了深、浅侧向的两个电流回路，各个看似杂乱的电极在电路中承担的角色也一清二楚，在脑海中有了大框图，分析问题和维修仪器就能有的放矢，缩小故障范围。 3.2 从信号线的走向着手，读懂电原理图 仪器的电路原理图离不开对信号的获取（或取样）、放大（或转换），最后用该信号实现某种功能。从信号的获取或产生开始，随着它在电路中的走向，结合对信号通道的分析，即可判定信号经各级电路后的变化情况（波形、转换、幅度变化、频率变换等），从而加深理解电原理图 图 3 声波接口电路电路图 图示是声波仪器的 DTB 接口电路图，从图上看，各个器件之间的走线纵横交错，猛然拿到，不知道信号是从哪里来，又去了哪里，但是如果通过理解消化，把这个电路转化成如下图所示的框图，信号的流程就清楚明了的多了，也便于我们记忆。 从图上我们可以更好的理解电路：U1 作为接口，把总线上的双极性信号电平转换为仪器内部可识别的单极性信号，U3 内置了仪器地址，在和总线数据比较后，确定是否启动仪器工作，如果地址一致，则通过 U6 来产生增益控制，发射控制和接收控制信号控制整个仪器的时序，U7,U8 及 U2 将解码后的并行数据转换成串行数据并通过总线将仪器的状态回送到地面。 图 4 声波接口电路框图 4 讲究检修先后顺序，作好对故障的分析和判断 提倡敢于动手，不等于鼓励蛮干。故障现象一样，故障原因并不见得相同。如果遇到同样的故障现象总是一味地照方抓药，盲目地更换器件，显然不够明智。维修时稍有怀疑就急于更换器件，还可能额外造成许多新的故障，给维修工作带来麻烦或增加难度。讲究检修顺序才可找到解决问题的最短路径，避免乱捅乱拆。 一般来说，电路的检查我们可以按照外观，电源，线的通断，各个电路板的输入输出信号，板上的测试点，元器件的管脚等步骤有序的检修，一步一步缩小故障范围直至解决故障。 目前我们的仪器附属配件，如各种模拟盒，刻度盘等也比较全面了，合理并有效的利用这些配件对我们判断故障有着极为重要的意义。声波，侧向，感应等可以分解为两个独立短节的仪器首先可以通过交叉检查和模拟盒，刻度盘等准确判定故障在哪一部分；井径，密度等仪器则要先检查机械部位，因为这类仪器机械部件活动和暴露的部分比较多并且机械故障相对来说易观察易修复；对于能谱，连斜等独立的仪器在检修前也应该首先排除各种连线，地面软件等的影响，不要因为这些细节问题误导自己。 5 要善于总结，善于寻找资料，不断提高自己的维修水平 虽然仪器种类越来越多，但是我们可以发现有很多器件都是通用的，如果对某种仪器上使用的器件掌握了，在新的仪器上遇到这个器件，我们就能很快的看懂电路。 如下图是连斜仪器激磁电路，电路功能就是产生 5kHz的方波信号来激励三个磁通门工作，那这个激励信号是如何产生的呢？晶振的输出信号频率为 2.4567MHz，通过查询资料知道集成块 4060 是一个 14 级二进制串行计数器，我们通常都用作是分频器，它的输出信号频率根据管脚的不同而输出不同频率的信号，在该图中，信号从 9 脚输出，那么我们就可以计算出 2.4567M / 29 =5K。 图 5 连斜激磁电路电路图 熟悉了这个电路我们可以类推到如下图所示的双侧向的屏流源电路的分析。这里我们再次看到了 CD4060 的存在。 图 6 双侧向屏流源电路电路图 晶振起振频率是 2.29376MHz，从CD4060 Q13 输出的信号频率就是 2.29376M /213 的 = 280Hz，在经过反相器CD4049 后分两路输出，一路作为斩波参考信号送入浅屏流源电路产生浅屏流发射信号，另一路送到电压电流测量电路作为参考信号。 通过上面的例子，只要我们自己善于总结，善于类比，往往能够达到触类旁通，举一反三的效果，只有多看多学多查多总结才能不断提升我们自身的素质和维修能力。 6 结束语 仪器维修是一项技术性很强的工作，方法在维修中有着举足轻重的作用，限于作者水平，本文只是从最基本的层面总结了仪器维修的最基本的技能和方法，要成为一个优秀的仪修工是需要长期的实践经验，需要认识层次的不断提高和不断积累，希望在以后的工作中各位同行能够不吝赐教，相互交流，总结经验，为提高全体仪修人员的维修能力而努力！ 参考资料1 补偿声波测井仪操作维修手册. 中国石油集团测井有限公司 2 模拟电子技术基础. 童诗白. 高等教育出版社 3 双侧向测井仪操作维修手册. 中国石油集团测井有限公司 系测井仪操作维修手册. 中国石油集团测井有限公司 4 连斜井径电极 作者简介：袁吉祥，男，1981 年生，工程师，2005 年毕业于大庆石油学院测控技术与仪器专业。现在中国石油集团测井有限公司长庆事业部从事测井仪器的维修工作。邮编：7