1.本实用新型属于信号测量技术领域，具体涉及一种高信噪比、高灵敏度的噪声测量系统。
背景技术：2.当液体、气体通过介质时就会产生噪声，这个噪声来自流体本身和流体流动时周围元素的振动。噪声仪的原理是利用换能器捕捉井下液体流动产生的声音。目前噪声仪已经广泛的应用于油田。它作为配套的测试系列在产出井,注水井和工程测井中均取得了较好的效果,主要用于判断漏失位置,窜槽位置,吸水层位，注入产出剖面评价等,与相应的测井方法结合可以更可靠的反应井下实际情况。
3.现在大部分的噪声仪性能指标和实测效果在一些低压力、低渗漏的井况测试效果不佳，导致经常误判或漏判。这种问题主要是受限于仪器所用的单个换能器尺寸较小，而换能器的本身的品质因数 q、中心频率等主要参数又各有差别，造成对本身就十分微弱的信号测量动态范围和灵敏度都不足的现象，导致最终的误判、漏判。
技术实现要素：4.为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种高信噪比、高灵敏度的噪声测量系统，具有结构简单、实用性强的特点。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
6.一种高信噪比、高灵敏度的噪声测量系统，包括声系安装骨架1，所述声系安装骨架1两端安装有低频声系2和高频声系3，声系安装骨架1的中间设置有两块前置信号处理板4。
7.所述低频声系2由3个同样尺寸大小(外径φ30mm、内径φ25mm、高度40mm)，极性相同，且中心频率为20khz的换能器组成，换能器相互之间呈“一”字型并排紧挨着安装在骨架1的一端，安装时用聚乙烯材料的缓冲垫支撑传感器和隔绝其与金属的接触，以减少机械本体引入的声音震动。
8.所述高频声系3由3个同样尺寸大小(外径φ30mm、内径φ23mm、高度25mm)，极性相同，且中心频率为40khz的换能器，换能器组成，换能器相互之间呈“一”字型并排紧挨着安装在骨架1的另一端，安装时用聚乙烯材料的缓冲垫支撑传感器和隔绝其与金属的接触，以减少机械本体引入的声音震动。
9.所述两块前置信号处理板4为前置信号处理板1#和前置信号处理板2#，所述低频声系2的3个换能器按离电路板由近到远的顺序分别连接在前置信号处理板1#的三路功能和参数配置相同的前级放大器的输入端sensor1sensor2和sensor3上，第一路前级放大器由 u1、r1、c1组成，r1与c1并联后，它们的两端分别接到u1的6脚和u1的2脚，u1的3脚接地；第二路前级放大器由u2、r3、c6组成,r3与c6并联后，它们的两端分别接到u2的6脚和u2的2脚， u2的3脚接地；第三路前级放大器由u3、r4、c13组成，r4与c13 并联后，它们的两端分别
接到u3的6脚和u3的2脚，u3的3脚接地；然后再由u4、r7、r8、r9、r10组成的反向加法器，r7、r8、r9 的一端分别与u1的6脚、u2的6脚、u3的6脚连接，它们的另一端连在一起再和u4的2脚相接，r10跨接在u4的2脚和u4的6脚之间，u4的3脚接地，将三路经过放大的噪声信号合并成模拟输出out1；
10.所述高频声系3的3个换能器也按离电路板由近到远的顺序分别连接在前置信号处理板2#的三路功能和参数配置相同的前级放大器的输入端sensor1sensor2和sensor3上，第一路前级放大器由u1、 r1、c1组成，r1与c1并联后，它们的两端分别接到u1的6脚和u1 的2脚，u1的3脚接地；第二路前级放大器由u2、r3、c2组成,r3 与c2并联后，它们的两端分别接到u2的6脚和u2的2脚，u2的3 脚接地；第三路前级放大器由u3、r5、c25组成，r5与c25并联后，它们的两端分别接到u3的6脚和u3的2脚，u3的3脚接地；然后再由u4、r7、r8、r9、r10组成的反向加法器，r7、r8、r9的一端分别与u1的6脚、u2的6脚、u3的6脚连接，它们的另一端连在一起再和u4的2脚相接，r10跨接在u4的2脚和u4的6脚之间，u4的 3脚接地，将三路经过放大的噪声信号合并成模拟输出out2；最后，再由u5、r11、r12、r13、r14、r15组成的反向加法器，r11、r12的一端分别接out1和out2，它们的另一端接在一起与u5的2脚相连， r13跨接在u5的2脚和6脚之间，u5的3脚接地，r14和r15组成分压电路，将u5的6脚输出进行分压，输出信号sc_out端连接在 r14和r15之间；
11.sc_out、地两路信号经过模拟开关u7、u8后，再经过u6和r63～ r75组成的差分程控增益放大电路，增益放大电路由单片机控制，选择gain0(x1)、gain1(x10)、gain2(x100)和gain3(x1000)四级，最终输出的差分信号送至a、d芯片进行采集。
12.本实用新型的有益效果：
13.本实用新型结构紧凑、简单，便于维修；信号测量方面极大的提高了动态响应范围和最小可探测信号能力。
附图说明
14.图1为本实用新型的结构示意图。
15.图2为本实用新型电气原理框图。
16.图3为前置信号处理板1#示意图。
17.图4为前置信号处理板2#示意图。
18.图5为程控增益放大电路示意图。
19.图6为中心频率示意图。
20.图7为装置测试示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
22.如图1所示，噪声测量系统是由外护管、低频声系2(由3个相同极性的中心频率为20khz的换能器组成)、高频声系3(由3 个相同极性的中心频率为40khz的换能器组成)以及2块前置信号处理板4和声系安装骨架1组成。
23.其中，低频声系2和高频声系3分别安装在声系安装骨架1的两端，两块前置信号处理板4安装在声系安装骨架1的中间，这样可以保证高、低频声系2上各个换能传感器的引线
到相应处理板的距离最短，另外一个好处是较短的引线可以降低外界信号的辐射干扰，保证测量系统本身的底噪水平。安装好的声系骨架装入外壳后，再注入硅油，使其声系和外护管建立一个良好的声音传输通道，提高噪声接收效率；
24.电气部分：
25.电路构成：
26.如图2所示，在整个60khz的频率范围内，选取了中心频率分别为20khz和40kz的两组换能器，将60khz的测试范围细分成3 段，每组再通过使用相同的3个换能器经过先独立放大，再并联合并的连接方式，合成最终的噪声模拟信号，再经过程控增益放大电路、滤波电路后送至a、d芯片进行采集。
27.电路具体描述：
28.单个的换能器在其中心频率处有限的范围内有较高的声伏响应，带宽也比较窄；而不同频率的换能器进行叠加，则除了在各自中心频率处保持较高的声伏相应外，还将整体带宽变大了。见图6。
29.如图3，低频声系2的3个换能器按顺序分别连接在前置信号处理板1#的三路功能和参数配置相同的前级放大器的输入端 sensor1sensor2和sensor3上，三路前级放大器分别由u1、r1、c1,u2、 r3、c6,u3、r4、c13组成，然后再有u4、r7、r8、r9、r10组成的反向加法器，将路路经过放大的噪声信号合并成模拟输出out1。
30.如图4，同理高频声系3的3个换能器也按顺序分别连接在前置信号处理板2#的三路功能和参数配置相同的前级放大器的输入端 sensor1sensor2和sensor3上，三路前级放大器分别由u1、r1、c1,u2、 r3、c2,u3、r5、c25组成，然后再有u4、r7、r8、r9、r10组成的反向加法器，将三路经过放大的噪声信号合并成模拟输出out2.最后，再由u5、r11、r12、r13、r14、r15组成的反向加法器将1#板的输出 out1和2#板的输出out2合并成一路最终的信号sc_out。
31.sc_out、地两路信号经过模拟开关u7、u8后，再经过u6和r63～ r75组成的差分程控增益放大电路，增益由单片机控制可以选择 gain0(x1)、gain1(x10)、gain2(x100)和gain3(x1000)四级，以适应不同的情况；最终输出的差分信号送至a、d芯片进行采集，单片机传输转换数据给地面软件进行分析。
32.如图7所示：建立测试环境，采用与改进前仪器对比测试的方法，数据量化来分析改进前后的差别；
33.将测试仪器的声系部分放置在充满水的管子左端，水听器安装在管子的右端，保证测试仪器与水听器中心对正，信号发生器的输出端连接水听器。管子水平放置在两个v型支架上，中间垫上橡胶垫块。
34.在0～60khz频率范围内对原有结构仪器和采用新结构的仪器分别进行最小可探测信号和最大动态范围的测试，结果进行比较；
35.[0036][0037]
经过测试对比可以看出，新结构仪器在最小可探测信号方面在不同的增益下都比原结构仪器要高，最大提高了一倍，最小也提高了10％；
[0038][0039]
经过测试对比可以看出，新结构仪器在信号最大范围方面在不同的增益下都比原结构仪器提高很多，最大提高了约一倍，最小也提高了约10％；
[0040]
新的噪声测量系统结构紧凑、简单，便于维修；信号测量方面极大的提高了动态响应范围和最小可探测信号能力。
技术特征：1.一种高信噪比、高灵敏度的噪声测量系统，其特征在于，包括声系安装骨架(1)，所述声系安装骨架(1)两端安装有低频声系(2)和高频声系(3)，声系安装骨架(1)的中间设置有两块前置信号处理板(4)。2.根据权利要求1所述的一种高信噪比、高灵敏度的噪声测量系统，其特征在于，所述低频声系(2)由3个同样尺寸大小，极性相同，且中心频率为20khz的换能器组成，换能器相互之间呈“一”字型并排紧挨着安装在骨架(1)的一端。3.根据权利要求1所述的一种高信噪比、高灵敏度的噪声测量系统，其特征在于，所述高频声系(3)由3个同样尺寸大小，极性相同，且中心频率为40khz的换能器，换能器组成，换能器相互之间呈“一”字型并排紧挨着安装在骨架(1)的另一端。4.根据权利要求1所述的一种高信噪比、高灵敏度的噪声测量系统，其特征在于，所述两块前置信号处理板(4)为前置信号处理板1#和前置信号处理板2#，所述低频声系(2)的3个换能器按离电路板由近到远的顺序分别连接在前置信号处理板1#的三路功能和参数配置相同的前级放大器的输入端sensor1 sensor2和sensor3上，第一路前级放大器由u1、r1和c1组成，r1与c1并联后，它们的两端分别接到u1的6脚和u1的2脚，u1的3脚接地；第二路前级放大器由u2、r3和c6组成,r3与c6并联后，它们的两端分别接到u2的6脚和u2的2脚，u2的3脚接地；第三路前级放大器由u3、r4和c13组成，r4与c13并联后，它们的两端分别接到u3的6脚和u3的2脚，u3的3脚接地；然后再由u4、r7、r8、r9和r10组成的反向加法器，r7、r8、r9的一端分别与u1的6脚、u2的6脚、u3的6脚连接，它们的另一端连在一起再和u4的2脚相接，r10跨接在u4的2脚和u4的6脚之间，u4的3脚接地，将三路经过放大的噪声信号合并成模拟输出out1；所述高频声系(3)的3个换能器也按离电路板由近到远的顺序分别连接在前置信号处理板2#的三路功能和参数配置相同的前级放大器的输入端sensor1 sensor2和sensor3上，第一路前级放大器由u1、r1和c1组成，r1与c1并联后，它们的两端分别接到u1的6脚和u1的2脚，u1的3脚接地；第二路前级放大器由u2、r3和c2组成,r3与c2并联后，它们的两端分别接到u2的6脚和u2的2脚，u2的3脚接地；第三路前级放大器由u3、r5和c25组成，r5与c25并联后，它们的两端分别接到u3的6脚和u3的2脚，u3的3脚接地；然后再由u4、r7、r8、r9和r10组成的反向加法器，r7、r8、r9的一端分别与u1的6脚、u2的6脚、u3的6脚连接，它们的另一端连在一起再和u4的2脚相接，r10跨接在u4的2脚和u4的6脚之间，u4的3脚接地，将三路经过放大的噪声信号合并成模拟输出out2；最后，再由u5、r11、r12、r13、r14和r15组成的反向加法器，r11、r12的一端分别接out1和out2，它们的另一端接在一起与u5的2脚相连，r13跨接在u5的2脚和6脚之间，u5的3脚接地，r14和r15组成分压电路，将u5的6脚输出进行分压，输出信号sc_out端连接在r14和r15之间；sc_out、地两路信号经过模拟开关u7、u8后，再经过u6和r63～r75组成的差分程控增益放大电路，增益放大电路由单片机控制，选择gain0(x1)、gain1(x10)、gain2(x100)和gain3(x1000)四级，最终输出的差分信号送至a/d芯片进行采集。
技术总结本实用新型公开了一种高信噪比、高灵敏度的噪声测量系统，包括声系安装骨架，所述声系安装骨架两端安装有低频声系和高频声系，声系安装骨架的中间设置有两块前置信号处理板。本实用新型结构紧凑、简单，便于维修；信号测量方面极大的提高了动态响应范围和最小可探测信号能力。号能力。号能力。
技术研发人员：肖谦 王永强
受保护的技术使用者：西安格威石油仪器有限公司
技术研发日：2021.10.13
技术公布日：2022/7/5
