摘 要：脉冲器是随钻测井实时信号传输系统的心脏，因此对其性能的全面测试十分重要。但由于国产的脉冲器起步较晚，其性能测试还不够严谨。本文作者通过对脉冲器组成及工作原理的深入了解，在原有测试设备的基础上，设计出这款脉冲器测试盒。它具有以下特点：相比于原来测量外部传动盘转速换算内部转子转速的方式，它能够直接且实时测量脉冲器内部转子的转速；其次它改变了采用万用表测量发电机开路电压和短路电流的方式，在发电机携带一定负载情况下测量其电压，电流；同时它整合了脉冲器拉伸测试功能。通过以上的测试手段能更加全面细致的了解脉冲器的性能，解决了原有脉冲器测试不够全面的问题。
　　关键词：随钻测井；实时；脉冲器测试；晶闸管整流；转速测量
　　引言：
　　脉冲器是随钻测量实时信号传输的心脏， FEWD设备使用的脉冲器除了在井下发射脉冲进行实时信号传输之外还负责给探管提供工作电压。可以想象如果脉冲器的发电功率达不到探管正常工作的要求，探管将无法工作，影响整个作业。所以测试脉冲器机械性能的同时，测试发电机的电机转速和发电机功率是十分必要的。同时，测量外部转子的转速的做法不够严谨，当内部转子出现故障，其转速并未达到标定转速时无法第一时间发现。因此，设计出一款能实时测量发电机转速、电压、电流以及具备脉冲器拉伸控制功能的测试盒很有必要。
　　1脉冲器工作原理
　　由于井内循环泥浆的带动，脉冲器外部的转子高速转动，同时由于磁力的关系转子带动脉冲器内部磁轴转动，而固定在磁轴顶部的磁盘产生的磁力线同样旋转切割三组发电线圈来产生三相电。当脉冲器磁轴的转速达到2500RPM以上时，可以产生+20V的电压提供给探管作为工作电压。在发射实时信号时，探管发送控制电压来控制脉冲器内的控制阀，使脉冲器发生动作，产生泥浆脉冲，平台接收到这些脉冲并将之解码得到实时测量数据。
　　2脉冲器测试盒电路设计
　　2.1脉冲器整流电路
　　整流电路采用晶闸管整流，将星形发电机发电机产生的三相电整流成直流，通过底部七芯接头的C脚输出，同时其中一相的正弦信号控制三极管基极，从D.E脚输出同频率的方波信号。其中B脚为地，A脚接电磁阀控制信号。
　　晶闸管触发电路中，控制信号通过限流电阻传输到G极控制导通；阻容电路通过移相，使控制信号相位提前，加速晶闸管的导通；稳压二极管对控制信号进行限压，通过将正弦交流电信号作为三极管基极的控制信号，输出与交流电频率相同、电平为20V～30V的方波信号。
　　2.电压转换电路
　　由于将脉冲器输出的电压在20-30V之间，且纹波较大，因此进行整流和电平转换，输出12V及5V电压给后续电路使用。
　　脉冲器产生的直流电压通过脉冲器的C脚引入，先进行滤波和电平转换，输出+5V。供给测试盒其他模块使用。同时，在输入电压初级接入电压电流表显示脉冲器测试盒工作时电压电流变化。
　　3.转速测量电路
　　相比于常用的测量脉冲器外部转子转速，本设计将脉冲器发电机产生的正弦信号进行处理，来测量脉冲器内部磁轴的转速。
　　通过对脉冲器发电机的研究，发现发电机产生的正弦电流频率与其磁轴的转速有4：1的关系，因此测速电路首先将脉冲器产生的不规整的方波信号进行整形输出5V的方波，再通过74LS93计数器进行4分频处理得到与转速1：1的频率信号，最后送到转速表进行转速显示。这样测量得到的转速比此前采用的直接测外部电机的转速更合理，更精确。
　　4.拉伸控制电路
　　脉冲器实时信号是通过拉伸蘑菇头产生脉冲来实现的，并且在拉伸时，由于要控制电磁阀工作，因此电流消耗上会存在变化，其消耗电流在30mA左右。
　　拉伸电路以555定时器为基础，设计一个谐振电路。产生周期T=2s（f=0.5HZ）的方波信号。以1s为间隔，555芯片的3脚输出高电平，三极管Q导通，光耦工作，12V电流输出到控制阀，脉冲器电磁阀工作，蘑菇头处于拉伸状态。1s后，555芯片3脚输出低电平，三极管Q截止，光耦停止工作，12V电流截断，脉冲器电磁阀停止工作，蘑菇头收回。
　　5.测试盒面板部分及PCB设计：
　　面板部分包括：
　　（1）7芯接头。
　　（2）电压表，量程为100V精度为0.1V。
　　（3）电流表，量程1A，精度1mA。
　　（4）转速表，量程达到9999RPM，精度1RPM。
　　（5）供电和拉伸控制开关及相应的指示LED灯。
　　结束语：
　　相比于传统的测量外部传动装置转速来计算脉冲器转子的转速，通过脉冲器交流电的频率能更准确的测得脉冲器内部转子的转速。通过测试也可以发现，正常情况下的外部转子与内部磁轴的转速也是存在差异的，当转速2500RPM左右时，差值达到150RPM；此外，这款脉冲器测试盒集成了拉伸测试功能，经过适当的改进，还可以应用于MK6和MK9脉冲器。