MRIL—P型核磁共振成像測(cè)井儀器發(fā)射器模塊故障分析

李 勝 張 利 唐松安

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司吐哈事業(yè)部 新疆鄯善)

MRIL—P型核磁共振成像測(cè)井儀器發(fā)射器模塊故障分析

李 勝 張 利 唐松安

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司吐哈事業(yè)部 新疆鄯善)

MRIL—P型核磁共振測(cè)井儀器電子儀線路檢測(cè)儀(MREE)中,發(fā)射器模塊是最容易發(fā)生故障的部件之一。文章介紹了發(fā)射器模塊在整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)中的功能,并對(duì)其故障進(jìn)行了分析。

MRIL—P型核磁;發(fā)射器模塊;瞬態(tài)電壓抑制器

0 引 言

在MRIL—P型核磁共振測(cè)井儀系統(tǒng)中,有兩塊發(fā)射器模塊,其作用就像一個(gè)工作在開(kāi)關(guān)模式的全波功率放大器,它為天線提供一個(gè)大功率的RF發(fā)射脈沖信號(hào),幅度可達(dá)1.5 kV,15 A。產(chǎn)生如此大功率的脈沖信號(hào)對(duì)發(fā)射器模塊的性能要求十分嚴(yán)格。本文介紹了發(fā)射器模塊的維修過(guò)程和經(jīng)驗(yàn)[1、2]。

1 發(fā)射器模塊的工作原理

發(fā)射器模塊由一個(gè)浮地電源板、四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)驅(qū)動(dòng)板、四組功率場(chǎng)效應(yīng)管和若干保護(hù)機(jī)構(gòu)組成。浮地電源板為四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)板提供+15 V隔離電源。場(chǎng)效應(yīng)驅(qū)動(dòng)器板為發(fā)射器功率場(chǎng)效應(yīng)管提供+15 V的柵極控制脈沖信號(hào)。場(chǎng)效應(yīng)漏極接到±600 V的直流電源,源極的輸出受柵極控制信號(hào)的控制。發(fā)射器的輸出接到一個(gè)調(diào)諧至基頻的發(fā)射濾波器,信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的濾波、變壓最終將一個(gè)在功率的RF發(fā)射脈沖信號(hào)送到天線。其中RF脈沖幅度的大小由激發(fā)器模塊輸出的兩個(gè)RF脈沖幅度控制信號(hào)的相位移來(lái)決定。

2 故障現(xiàn)象與分析

2.1 故障現(xiàn)象

吐哈事業(yè)部的MRIL—P型核磁共振儀自2006年引進(jìn)使用中就一直存在發(fā)射器模塊頻繁被燒壞的情況,其現(xiàn)象表現(xiàn)為如下幾個(gè)方面:

(1)故障頻率高。平均三口井發(fā)射器模塊就會(huì)被燒壞一次。

(2)故障的不可控制性。發(fā)射器模塊A和B都有燒壞的現(xiàn)象,有時(shí)甚至兩塊模塊同時(shí)被燒壞。故障具有隨機(jī)性和不可控制性。

(3)故障現(xiàn)象又具有一致性。在燒壞的發(fā)射器模塊中,每次都是其內(nèi)部的功率場(chǎng)效應(yīng)管被燒壞,有時(shí)是場(chǎng)效應(yīng)管漏極和源極被激穿,有時(shí)是元件直接炸裂,同時(shí)伴隨著二極管MBR3045ST被激穿的現(xiàn)象。

2.2 故障分析與查找

發(fā)射器模塊被燒壞的情況在各個(gè)測(cè)井公司都曾發(fā)生過(guò),但是這種高頻率的儀器故障還是極其罕見(jiàn)的,說(shuō)明儀器的某個(gè)環(huán)節(jié)存在故障隱患。通過(guò)對(duì)儀器故障的分析認(rèn)為,能夠直接導(dǎo)致發(fā)射器模塊被燒壞的因素有三個(gè)方面,分別是:(1)功率場(chǎng)效應(yīng)管柵極控制脈沖信號(hào)不正常;(2)探頭上波段繼電器性能下降;(3)發(fā)射器內(nèi)部保護(hù)電路存在問(wèn)題。

針對(duì)以上因素,我們對(duì)可能引起儀器故障的因素進(jìn)行深入的查找,逐步排除,最終鎖定并解決了問(wèn)題。發(fā)射器模塊部分電路圖如圖1所示。

首先,在儀器發(fā)射期間,利用高分辨率示波器檢查激發(fā)器模塊的輸出信號(hào)XLL—A1+/-和XLL—B1+/-,信號(hào)的相位差和波形均正常。說(shuō)明功率場(chǎng)效應(yīng)管柵極控制脈沖信號(hào)工作正常,直接排除了DSP模塊和激發(fā)器模塊的問(wèn)題。

圖1 發(fā)射器模塊部分電路圖

其次,探頭上波段繼電器的壽命平均在10萬(wàn)次左右,相當(dāng)于測(cè)25口井。我們的儀器在投產(chǎn)的初期就一直存在發(fā)射器模塊被燒壞的隱患,加上儀器每次掃頻都正常。所以波段繼電器性能在理論上沒(méi)有問(wèn)題。

最后,將問(wèn)題基本鎖定在發(fā)射器內(nèi)部保護(hù)電路上,電感L2(0.3μH)的作用是當(dāng)功率場(chǎng)效應(yīng)管ATP1001RBN(Q1、Q2、Q3)導(dǎo)通時(shí),限制吸收對(duì)原已放電的另一組功率開(kāi)關(guān)的輸出電容的充電電流峰值,起到保護(hù)作用。瞬態(tài)電壓抑制器D1(1.5KE24CA)和二極管D2的作用是避免當(dāng)出現(xiàn)在功率場(chǎng)效應(yīng)管源極的尖峰電壓為正時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部的二極管導(dǎo)通,起到保護(hù)作用。二極管串(D11～D15)和瞬態(tài)電壓抑制器(D5～D7)的作用是當(dāng)功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷中止了輸出電流時(shí),貯存在限流電感L2中的能量將在功率管(Q1、Q2、Q3)的源極產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的尖峰脈沖,此時(shí)通過(guò)二極管串(D11～D15)和瞬態(tài)電壓抑制器(D5～D7)的浪涌電流將在200ns中吸收此能量。二極管(D61～D64)的作用是減少儀器工作在接收方式期間可能由發(fā)射器注入天線的噪聲。以上各元器件都有嚴(yán)格的檢驗(yàn)技術(shù)指標(biāo),二極管D2(MBR3045ST)的準(zhǔn)確壓降為+0.157V(0.15V～0.16V為正常),二極管(MGR2025CT)串(D11～D15)的準(zhǔn)確壓降為+0.383V(一般大于0.35V為正常),二極管(MGR2025CT)(D61～D64)的準(zhǔn)確壓降為+0.4V,瞬態(tài)電壓抑制器(1.5KE24CA)D1和D5～D7是對(duì)管,其兩極阻值理論上為無(wú)窮大。針對(duì)問(wèn)題,結(jié)合各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),我們對(duì)兩塊發(fā)射器模塊保護(hù)電路進(jìn)行了深入的檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩塊發(fā)射器模塊中瞬態(tài)電壓抑制器D5～D7兩端都導(dǎo)通,失去了保護(hù)作用,造成功率管(Q1、Q2、Q3)頻繁被燒壞。

所以說(shuō)發(fā)射器模塊被燒壞的原因?yàn)?瞬態(tài)電壓抑制器D5～D7壞,當(dāng)功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷中止了輸出電流時(shí),儲(chǔ)存在限流電感L2中的能量在功率管(Q1、Q2、Q3)的源極產(chǎn)生的尖峰脈沖不能及時(shí)進(jìn)行吸收,導(dǎo)致功率管被高壓燒壞。

2.3 解決方案

首先更換瞬態(tài)電壓抑制器D5～D7,恢復(fù)完整的保護(hù)電路結(jié)構(gòu)。其次,由于一組功率管燒壞可能影響其它組的功率管性能,為了達(dá)到最優(yōu)化儀器性能,需更換發(fā)射器模塊中的所有功率管。最后,根據(jù)儀器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),對(duì)儀器的保護(hù)電路進(jìn)行整體檢查,確保各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)在規(guī)定范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

在儀器引進(jìn)的初期,曾經(jīng)使用過(guò)便攜式直流電源給儀器提供高壓。由于該電源當(dāng)初工作不穩(wěn)定,可能導(dǎo)致儀器瞬態(tài)電壓抑制器D5～D7被擊穿,造成儀器隱患。故在利用核磁振儀器測(cè)井時(shí),要求直流電源必須絕對(duì)穩(wěn)定。通過(guò)以上問(wèn)題的分析和解決,已在實(shí)際的測(cè)井過(guò)程中得到有效的驗(yàn)證,證明對(duì)問(wèn)題的分析和解決是完全正確的。

[1] 王會(huì)平.北京環(huán)鼎科技有限責(zé)任公司[M].MRIL—P型核磁共振成像測(cè)井儀培訓(xùn)教材(第6版),2007

[2] Halliburton.Houston,USA.Magnetic Resonance Imaging Logging System Maintenance Manual.1999(資料)

P631.8+1

B

1004-9134(2010)01-0091-02

李 勝,男,1981年生,工程師,2004年畢業(yè)于西南石油學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè),現(xiàn)在中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司吐哈事業(yè)部?jī)x修中心主要從事生產(chǎn)測(cè)井儀器、MRIL—P型核磁共振成像測(cè)井儀器的維修工作。郵編:837202

2009-06-25編輯梁保江)

·開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)·