CN105988141A - 一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管 - Google Patents

Abstract

本发明属于铀矿勘查地球物理井下测量仪器技术领域，具体涉及一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管。本发明采用辐射探测器将伽玛射线转变成电脉冲信号；电脉冲信号依次通过反相放大、脉冲整形、同相放大及零位钳制后，输送至甄别电路；甄别电路将电脉冲信号与阈值电平进行比较，得到满足能量阈范围的伽玛信号脉冲，并将其输送至时序计数电路进行计数处理后进入驱动输出电路进行放大驱动，最后向井上地面控制台输出数据。本发明解决了现有技术难以准确测量低含量铀矿层铀含量的技术问题，探测灵敏度得到显著提高，对高含量和低含量铀矿层都能够进行正确测量。

Description

一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管

技术领域

本发明属于铀矿勘查地球物理井下测量仪器技术领域，具体涉及一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管。

背景技术

伽玛测井是普查勘探放射性铀矿床的一种基本的地球物理测井方法，它是用井中辐射探测器，沿井孔测量岩层和矿体的天然伽玛射线强度，并根据测得的伽玛场分布，确定钻孔所穿过的放射性矿层的位置、厚度以及其中放射性元素的含量。目前，铀矿床上的伽玛总量测井结果已作为铀矿储量计算的主要资料，特别是在矿层地段岩芯提取率不高的情况下更为重要。

铀矿勘查测井不同于石油测井，多为小口径测井，并且对伽玛总量测井有严格的行业规范要求。现有技术中，铀矿勘查在用的符合铀矿伽玛测井规范要求的伽玛总量测井探管，仅有FD-3019及与之指标相同的G401两种伽玛总量测井探管，其测量范围为1×10^-5～1×10^-2当量铀含量，最大达到5×10^-2当量铀含量。

对于一般的放射性铀矿层和某些高铀含量的矿层，现有技术中的伽玛总量测井探管能够测得准确的铀含量数据，但对于一些低含量的铀矿层，现有伽玛总量测井探管存在灵敏度较低、无法准确测定铀含量的问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有伽玛总量测井探管灵敏度较低，难以准确测量低含量铀矿层铀含量。

本发明的技术方案如下所述：

一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，包括辐射探测器，其特征在于：还包括反相放大器、脉冲整形电路、同相放大器、钳位电路、甄别电路、时序控制电路、驱动输出电路和电源：辐射探测器将探测到的天然伽玛射线转变成电脉冲信号；辐射探测器输出的电脉冲信号依次通过反相放大器反相放大、脉冲整形电路脉冲整形、同相放大器同相放大及钳位电路零位钳制后，输送至甄别电路；甄别电路将电脉冲信号与阈值电平进行比较，得到满足能量阈范围的伽玛信号脉冲，并将满足能量阈范围的的伽玛信号脉冲输送至时序计数电路；伽玛信号脉冲经时序计数电路进行计数处理后进入驱动输出电路进行放大驱动，并向井上地面控制台输出数据。

作为优选方案：所述辐射探测器为采用屏蔽措施的高灵敏度辐射探测器，所述辐射探测器包括闪烁体和光电倍增管。

作为优选方案：辐射探测器输出的电脉冲信号经反相放大器反相放大、脉冲整形电路整形后，形成前后沿基本相等、峰顶圆滑的钟脉冲，再经同相放大器同相放大后，通过钳位电路将信号基线钳制在零电平，零位钳制后的信号脉冲输送至甄别电路与阈值电平进行比较，得到大于阈值电平的信号脉冲作为满足能量阈范围的伽玛信号脉冲。

作为优选方案：所述阈值电平由阈值调节电路根据伽玛射线能量设定。

作为优选方案：所述时序计数电路包括时序控制电路、计数电路和门控电路：时序控制电路用于对门控电路及计数电路进行时序控制；计数电路用于对满足能量阈范围的伽玛信号脉冲进行计数；门控电路用于使伽玛脉冲信号在时序信号控制下以固定的计数周期进入计数电路计数，并输出计数后的数据。

作为优选方案：所述计数电路为高位、低位两计数通道电路。

作为优选方案：所述电源包括高压电源和低压电源，高压电源向辐射探测器的光电倍增管提供-300V～-1200V负高压，低压电源向各部分电路提供±5V及±12V电源。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，采用高灵敏度辐射探测器，使伽玛射线照射时能够激发晶体产生更多的光子，通过光电倍增管的多级放大后，产生更多的光脉冲信号，使探测灵敏度大大提高；

(2)本发明的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，信号处理电路采用高速宽带运算放大器，使脉冲信号得到有效放大；

(3)本发明的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，采用适于铀矿放射性伽玛信号的参考信号能量设置方法，最大限度屏蔽无用信号，拾取有用信号，使其效率最大化，从而在低含量的铀矿层的条件下，实现铀含量的定量准确测定；

(4)经核工业标准模型站标定，本发明的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管符合铀矿伽玛测井规范的要求，其灵敏度为现有技术普遍采用的FD-3019伽玛总量测井探管灵敏度的2.5倍，对高含量和低含量铀矿层都能够进行正确测量。

说明书附图

图1为伽玛总量测井探管的电路原理框图；

图2为伽玛总量测井探管探测器示意图；

图3为反相放大器、脉冲整形电路、同相放大器、钳位电路及甄别电路组成的脉冲信号放大处理电路示意图；

图4为伽玛总量测井探管计数电路示意图；

图5为伽玛总量测井探管时序控制及驱动输出电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管进行详细说明。

本发明中的伽玛总量测井探管，采用辐射探测器将探测到的天然伽玛射线转变成电脉冲信号；辐射探测器输出的电脉冲信号通过高速宽带运算放大器进行初步放大后，再经过脉冲信号整形、再放大及零位钳制后，输送至甄别电路；甄别电路采用适于铀矿放射性伽玛信号的参考电平设置方法，将电脉冲信号与阈值电平进行比较，得到满足能量阈范围的伽玛信号脉冲，并将满足能量阈范围的伽玛信号脉冲输送至时序计数电路；伽玛信号脉冲经时序计数电路进行计数处理后进入驱动输出电路进行放大驱动，并向井上地面控制台输出数据。

实施例1

如图1所示，本实施例中的伽玛总量测井探管，包括辐射探测器，反相放大器、脉冲整形电路、同相放大器、钳位电路、甄别电路、时序控制电路、驱动输出电路和电源。

所述辐射探测器为高灵敏度的辐射探测器，将探测到的天然伽玛射线转变成电脉冲信号，辐射探测器优选采用屏蔽措施，以降低低能散射射线对定量测定铀含量的影响。

如图2所示，所述辐射探测器包括闪烁体和光电倍增管，选用有效体积为Ф30mm×80mm的碘化钠(铊)晶体作为辐射探测器的闪烁体，相对大的晶体使得伽玛射线照射时激发晶体产生更多的光子，通过光电倍增管GDB-23的多级放大后将产生更多的光脉冲信号，使探测灵敏度显著提高。

所述反相放大器、脉冲整形电路、同相放大器、钳位电路及甄别电路组成脉冲信号放大处理电路。所述电脉冲信号经反相放大器反相放大、脉冲整形电路整形后，形成前后沿基本相等、峰顶圆滑的钟脉冲，再经同相放大器同相放大后，通过钳位电路将信号基线钳制在零电平，避免在高计数率情况下基线发生漂移，零位钳制后的伽玛信号脉冲输送至甄别电路进行比较。

如图3所示，反相放大器和同相放大器可以采用具有高速、宽带特点的LM318运算放大器，电脉冲信号经反相放大器U1反相放大后，经RLC构成的脉冲整形电路进行脉冲整形，再经同相放大器U2同相放大，然后通过钳位电路将其基线钳制在0V，之后进入甄别电路；甄别电路中，伽玛电脉冲信号输入比较器U3与阈值电平进行比较，得到满足能量阈范围的伽玛信号脉冲。

所述阈值电平为阈值调节电路设定的阈值电压，伽玛脉冲信号经比较器U3比较，阈值电平以上的信号为满足能量阈范围的伽玛信号脉冲。阈值调节电路中，把阈值电平设定在铀矿石的伽玛射线能量附近可记录绝大多数预测射线，仅剔除少数预测射线，故可得较高的灵敏度。

所述时序计数电路包括时序控制电路、计数电路和门控电路。时序控制电路用于对门控电路及计数电路进行时序控制；计数电路用于对满足能量阈范围的伽玛信号脉冲进行计数；门控电路用于使伽玛脉冲信号在时序信号控制下以固定的计数周期进入计数电路计数，并输出计数后的数据。如图4所示，本实施例中的满足能量阈范围的伽玛信号脉冲经门控电路U4进入计数电路。由于探测灵敏度提高，为避免测量高铀含量的矿层时发生计数器溢出，计数电路设计为22位的计数器，分为高位、低位两个计数通道L1、L2输出，使得高含量和低含量铀矿层都能够正确测量。如图5所示，U10、U11产生各路时序信号，用以提供门控电路和计数电路的控制信号，并且控制计数信号以固定格式输出，U14为驱动输出，将信号功率放大后向井上传送。

所述驱动输出电路对时序计数电路的输出信号进行驱动放大后，将数据输送至井上地面控制台。

所述电源包括高压电源和低压电源，高压电源向辐射探测器的光电倍增管提供-300V～-1200V负高压，低压电源向各部分电路提供±5V及±12V电源。高压电源及低压电源均由DC/DC模块电源将井上通过测井电缆供给井下探管的电源转换得到。

Claims (7)

1.一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，包括辐射探测器，其特征在于：还包括反相放大器、脉冲整形电路、同相放大器、钳位电路、甄别电路、时序控制电路、驱动输出电路和电源：辐射探测器将探测到的天然伽玛射线转变成电脉冲信号；辐射探测器输出的电脉冲信号依次通过反相放大器反相放大、脉冲整形电路脉冲整形、同相放大器同相放大及钳位电路零位钳制后，输送至甄别电路；甄别电路将电脉冲信号与阈值电平进行比较，得到满足能量阈范围的伽玛信号脉冲，并将满足能量阈范围的伽玛信号脉冲输送至时序计数电路；伽玛信号脉冲经时序计数电路进行计数处理后进入驱动输出电路进行放大驱动，并向井上地面控制台输出数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，其特征在于：所述辐射探测器为采用屏蔽措施的高灵敏度辐射探测器，所述辐射探测器包括闪烁体和光电倍增管。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，其特征在于：辐射探测器输出的电脉冲信号经反相放大器反相放大、脉冲整形电路整形后，形成前后沿基本相等、峰顶圆滑的钟脉冲，再经同相放大器同相放大后，通过钳位电路将信号基线钳制在零电平，零位钳制后的信号脉冲输送至甄别电路与阈值电平进行比较，得到大于阈值电平的信号脉冲作为满足能量阈范围的伽玛信号脉冲。

4.根据权利要求3所述的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，其特征在于：所述阈值电平由阈值调节电路根据伽玛射线能量设定。

5.根据权利要求3所述的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，其特征在于：所述时序计数电路包括时序控制电路、计数电路和门控电路：时序控制电路用于对门控电路及计数电路进行时序控制；计数电路用于对满足能量阈范围的伽玛信号脉冲进行计数；门控电路用于使伽玛信号脉冲在时序控制电路控制下以固定的计数周期进入计数电路计数，并输出计数后的数据。

6.根据权利要求5所述的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，其特征在于：所述计数电路为高位、低位两计数通道电路。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于低含量铀矿床定量测量的伽玛总量测井探管，其特征在于：所述电源包括高压电源和低压电源，高压电源向辐射探测器的光电倍增管提供-300V～-1200V负高压，低压电源向各部分电路提供±5V及±12V电源。