方位远探测声波测井仪数据采集控制软件设计

方位远探测声波测井技术在近年来得到了快速发展。数据采集控制软件是测井仪器系统的重要功能模块,其主要功能是完成地面采集控制平台与井下仪器的实时命令控制与数据传输。方位远探测声波测井仪数据采集控制软件模块以仪器库的形式挂接到成像测井系统,软件主要由仪器初始化、数据采集、数据分析及处理、仪器参数设置、下发命令封装、文件操作、实时波形绘图显示、实时波形处理、数据回放、帮助系统等部分组成。在程序设计中采用了多线程编程技术,提高与测井主控平台进行交互的时效性以及程序的响应速度。实验室及现场测试表明,方位远探测声波测井仪数据采集控制软件的总体及各个功能模块运行稳定,能够完成现场应用过程中对仪器的控制、数据读取、数据分析及处理、文件记录以及与现场测井采集控制平台的数据接口等需求,为仪器的进一步功能优化升级和现场应用提供了基础。

声电测井探测器主要干扰成因分析

声波类测井仪器通常有数千伏的激励高压,高压脉冲形成的电磁干扰可影响测井仪器的功能部件和正常测量,降低信噪比。由于声电测井探测器采集的声电转换波信号极其微弱,易受电磁干扰,这就决定了声电测井探测器对电磁兼容性有更高的要求。结合探测器的结构和电磁兼容三要素研究了声电测井探测器的电磁干扰特性。分析了作为敏感源的电极测量回路特征,通过干扰测试明确了高压脉冲源是主要干扰源,并分析了电磁干扰耦合路径的形成机理。以定性的电耦合模型、定量的高斯电场定律和电耦合实验研究相结合的方式对探测器的电磁干扰特性进行系统分析与验证,还原探测器的主要干扰特征,揭示高压脉冲的电耦合是探测器的主要干扰成因,并提出减小耦合干扰的方法。测试结果表明,该方法能够有效改善声电测井仪器的电磁兼容特性,提高对声电转换波弱信号的探测能力。

髋关节镜手术治疗轻度成人髋臼发育不良的临床效果

目的:探讨关节镜治疗轻度成人髋臼发育不良(developmental dysphasia of the hip,DDH)的可行性和临床疗效。方法:回顾性研究于2011年5月~2014年7月在我科因DDH行关节镜手术治疗并最终获得随访的27例患者。平均年龄39.6±10.1岁(21~59岁);男2例,女25例;左髋11例,右髋16例。本组仅收集符合Perner分型Ⅰ度,即轻度髋臼发育不良的患者,测量每位患者的外侧中心边缘角(LCE角)和股骨头覆盖率。手术在髋关节镜下进行,主要操作包括髋臼盂唇损伤的修整或缝合,髋臼或股骨头软骨损伤的清理。应用改良的髋关节Harris评分对术后疗效进行评价,同时对患者进行满意度评估。结果:27例患者从起病到手术时间为4个月到10年,平均21.6±32.3个月。随访时间33.2±9.6个月(21~53个月)。LCE角为19.8°±6.2°(13.1°~27.7°),股骨头覆盖率为67.4%±6.1%(57.4%~75.0%)。手术中证实,27例患者均存在盂唇损伤,9例行盂唇缝合术,18例行盂唇修整术;8例髋臼和股骨头软骨均无损伤,19例髋关节负重区的股骨头或/和髋臼软骨损伤,行软骨病灶清理术。Harris评分由术前的66.9±12.2分(45~90分)增加到术后的90.1±5.1分(86~100分),P<0.001。患者满意度评估中,21例(77.8%)非常满意,4例(14.8%)满意,2例(7.4%)一般。结论:髋关节镜下治疗轻度成人髋臼发育不良可以显著改善患者的髋关节症状和功能,减缓髋关节骨关节病进展,是一项安全、有效、微创的技术。

高水平运动员髋关节镜手术临床疗效及影响因素分析

目的:探讨应用髋关节镜治疗高水平运动员髋关节损伤的手术疗效及影响预后的相关因素。方法:回顾性研究2007年5月至2020年11月因髋关节损伤在我院行髋关节镜治疗的34例(35髋)高水平运动员患者的临床资料并随访。34例患者中有8例为二级运动员,5例为一级运动员,9例为运动健将,4例为国际级运动健将,8例未参与技术等级评定。患者平均年龄24.89±11.13(13~54)岁,男性18例、女性16例;左髋13例、右髋20例、双髋1例;受伤到手术时间平均为18.67±22.08月。随访时间11~172月,平均72.68±36.76月。术前拍摄X线片及CT扫描,测量α角、外侧中心边缘角(LCEA)、T?nnis角及髋臼角(Sharp角)等。术中记录髋关节镜下处理内容,包括修复损伤的盂唇及关节软骨,磨除股骨头颈部或髋臼增生,恢复髋臼和股骨头颈正常形态。通过患者术前、术后的改良Harris评分(mHHS)、疼痛视觉模拟评分(VAS)及术后回归运动情况,评估患者疼痛缓解和关节功能恢复情况。结果:患者术前α角66.71°±8.34°、LCEA 26.32°±7.80°、T?nnis角5.55°±6.17°、Sharp角40.21°±4.03°。髋关节mHHS评分由术前的77.07±15.12分提升至末次随访时的95.9±3.30分(P<0.01),VAS评分由术前的5.32±1.95分降低至末次随访时的1.94±1.79分(P<0.01)。但在从事超活动度运动(体操、舞蹈)和不对称/过顶运动(羽毛球、乒乓球)的患者中,术后疼痛VAS评分和mHHS评分改善不明显(P>0.05)。34例患者中有3例患者因术后疼痛改善不明显、盂唇软骨再次损伤在我院进行了髋关节镜翻修手术。影像学结果显示部分从事超活动度运动的患者和翻修患者Tonnis角>10°而LCEA<20°,存在明显的髋关节发育不良。全部27例现役运动员中有25例回归正常运动,回归运动率(RTS)达到92.6%。未发现患者性别和体质指数(BMI)对患者术后疗效存在影响。结论:髋关节镜治疗高水平运动员髋关节损伤术后症状显著缓解,髋关节功能明显提升,绝大部分现役运动员都能回归运动,手术效果和回归运动率推测与运动类型和是否存在髋关节发育不良有关。

关节镜下治疗髋关节盂唇炎性钙化的临床研究

目的:探讨关节镜下治疗髋关节盂唇炎性钙化的手术方法和临床效果。方法:回顾性研究了自2015年4月至2017年8月期间采用髋关节镜进行治疗的5例髋关节盂唇炎性钙化患者。术前常规髋关节X线、CT及MRI检查,行髋关节镜下钙化灶清理、盂唇缝合或部分切除术。术前及末次随访时采用疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)、改良髋关节Harris评分(modified Harris hip score,mHHS)及髋关节非骨关节炎评分(nonarthritic hip score,NAHS)评估症状和功能情况,同时对患者进行了满意度的评估。结果:5例患者中,男性1例、女性4例,左髋3例,右髋2例,年龄37.8±6.5岁(29~47岁),病程7.8±3.5个月(3~12月)。术后随访时间34.4±9.9个月(24~51个月)。5例患者的外侧中心边缘角(lateral centraledge angle,LCE角)31.9±3.6度(28.8~36.4度),α角40.2±5.3度(33.6~48.2度),均无Cam和Pincer畸形。关节镜下清理髋臼盂唇内钙化灶后,3例行盂唇缝合,2例行盂唇部分切除术。末次随访时所有患者症状均得到明显改善,VAS评分由术前的5.8±1.7分降至1.1±0.3(P<0.01),mHHS评分由术前的57.2±10.3分提高至90.3±8.7分(P<0.01),NAHS评分由术前的60.2±11.5分提高至84.0±8.5分(P<0.01)。患者满意度评估,5例(100%)非常满意。结论:髋关节盂唇炎性钙化作为一种少见的引起髋关节疼痛的疾病,应与股骨髋臼撞击综合征(femoroacetabular impingement,FAI)伴随的髋臼小骨或盂唇钙化灶相鉴别;经髋关节镜清理盂唇钙化病灶,缝合或部分切除盂唇能显著改善患者的髋关节症状和功能,获得满意的疗效。

声波测井模拟电路老化及检测系统研制

为提高阵列化声波测井仪器的可靠性,研制了声波测井仪模拟电路老化及检测系统;该检测系统的硬件以PXI系统为硬件平台,扩展相关的辅助专用硬件实现;基于LabVIEW平台,开发了控制及数据处理软件,实现了声波测井模拟电路的全自动老化和在线检测;在数据处理过程中以数字相敏检波算法代替拟合算法来计算失真度,简化了计算复杂度,提高了计算的准确性;该检测系统具有良好的稳定性和可扩展性,极大提高了阵列化声波测井仪器模拟电路老化和检测效率,为新型高端声波测井仪器和现行声波测井仪器的可靠性提供了保障。

随钻声波相控发射声系研究

国内随钻声波测井仪器的研究尚有一些关键技术问题需要解决,声系结构及其激励电路是随钻声波测井的关键技术之一。针对该技术问题,提出了一种可相控的阵列式声系设计方案,并设计了一种多通道换能器激励电路,激励信号的延迟时间和脉冲宽度可以精确控制。经过系统调试后,在实验室水池中进行了声场测试。研究结果表明,采用相控阵技术可以提高发射声系换能器激发能量,还可以在轴向上控制辐射声束偏转方向,使其具有一定方位分辨能力。研究结果为随钻声波测井仪器的研制提供了技术参考。

基于嵌入式技术的声波测井阵列式声系测试系统

为增加测井解释的准确性,目前声波测井仪器正向复杂阵列化发展,仪器的复杂化提高了对稳定性的要求,同时也增加了仪器声系组装、调试的难度。为提高测井设备研发和现场故障诊断的效率,更好地验证声波测井阵列式声系的有效性、性能一致性,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的阵列式声系检测系统,并应用其进行声波测井阵列式声系测试。测试中,通过标准接收换能器测试了测试系统发射装置的幅度、频率调整范围;通过标准发射换能器验证了测试系统接收装置的接收一致性。并将测试系统应用到实际声系的测试中,通过理论模拟与实际测量数据的对比分析,发现该系统能够很好地检测接收声系各通道的有效性和一致性,并单独对发射声系的单极子和偶极子模式进行性能评价,同时可以对换能器阵列进行刻度,为实际测井中资料处理作参考。本系统主要包括以下两个部分:基于嵌入式uclinux系统和网络互连的主从式系统架构,以基于ARM技术的芯片为硬件核心,上位机通过以太网接口与嵌入式前端机通讯,实现发送控制命令与接收上传数据的功能,并完成数据处理、图显、存储等任务,嵌入式前端机与声系检测电路板通过扩展I/O总线相连,完成各调试功能的控制、数据采集、网络互连等功能;基于FPGA的声波发射装置和接收装置以及相应的数据处理模块,声波发射装置由扬声器、波形发生电路、数模转换电路、滤波电路及程控放大电路构成,声波接收装置由拾音器、滤波电路、程控放大电路及模数转换电路构成。该系统不仅可以快速检测仪器声系的工作状态,而且能够提高仪器研发和维修过程中的层次性、科学性和调试诊断的效率。

方位远探测声波测井仪电子系统设计

为解决现有声波测井仪探测深度浅、方位分辨率有限的问题,研制了方位远探测声波测井仪,该仪器的关键技术之一是有源发射声系和有源接收声系的结构设计,配套的电子系统是实现这种声系结构的关键部件。采用阵列化传感器与多通道电子系统一体化的设计技术,设计了由主控电路、多节点接收采集电路、相控激励电路构成的仪器电子系统。基于主节点和多个子节点的模式实现仪器电子系统互联,将主控电路设计为主节点,其他电路设计为多个数字化功能子节点,通过专用的仪器模块互联总线实现仪器内部各节点互联。现场实验测量得到的波形信噪比高,波形特征清楚,单极方位模式在实验中的探测深度约为40 m。方位远探测声波测井仪电子系统实现了声波远探测大动态范围信号的采集,能够满足方位远探测声波仪器的测量要求,为仪器在多方位大探测深度测量模式下提供可靠且高信噪比的测量数据。

声波测井仪器井下数据文件系统设计

为解决声波测井仪器中井下数据存储管理问题,在对NAND Flash存储器特点和嵌入式文件系统进行研究的基础上,设计了一款适用于声波测井仪器的井下数据文件管理系统。介绍所设计的井下存储控制电路,提出井下数据文件系统分层实现的软件结构思路,介绍了文件系统的实现过程:包括FatFS文件系统的移植和闪存转换层(FTL)的实现过程,说明了底层驱动层的实现和应用层的开发。对该文件系统进行了性能和应用测试,测试结果表明,该系统能够实现对测井数据的文件式管理,满足目前声波测井井下存储的需求。该设计的实现不仅提出了一种井下数据存储管理的有效解决方案,有利于声波测井仪器进一步升级和改造,而且对其他嵌入式文件系统开发也具有一定参考价值。

方位反射声波成像测井技术在井旁地质体评价中的应用

方位反射声波成像测井技术能够接收来自井旁地层不同方向的纵波信号,实现对井旁几十米范围内的地质体方位和到井距离的测量。当井旁地质体尺度明显大于地层中的纵波波长时,利用该地质体产生的反射纵波可以对地质体进行精确成像;当井旁地质体尺度与地层中的纵波波长相当时,则可以利用该地质体产生的散射纵波获得地质体的分布情况。方位远探测声波测井仪器装配了10个八单元声波接收站,每个接收站由沿圆周均匀分布的8个压电型接收振子构成,可以获得多个源距、不同方位的声波数据。介绍了方位反射声波成像测井技术及2个应用案例,并将声波相控阵技术应用于方位声波测井资料处理中,以提高井旁地质体方位测量的准确度。针对过井裂缝和相邻井的方位反射声波成像测井测量实例,验证了利用该测井方法评价井旁地质体空间位置时的可靠性。

方位远探测反射声波成像测井仪器

方位远探测反射声波成像测井仪器利用测量的反射波信息,识别井旁远距离范围内的反射体,定量分析反射体距井筒的距离和方位。该仪器采用相控阵大功率发射技术、方位阵列接收技术以及独创的直接承压式有源发射、接收声系结构,使其能探测距离井筒40m以上某方位的反射体,方位分辨率22.5°。介绍该仪器测量原理、结构设计与特点、性能参数以及方法模拟实验,现场试验验证了其效果,有效地弥补了测井探测深度太浅与地震勘探分辨率较低的缺陷,为深部复杂油气储层的精细描述提供新技术。

股骨髋臼撞击综合征合并股骨头颈交界区骨囊肿的关节镜治疗:个案报道及文献综述

股骨髋臼撞击综合征(femoroacetabular impingement syndrome,FAI)合并股骨头颈交界区骨囊肿并不少见,本文通过一例关节镜下治疗股骨髋臼撞击综合征合并股骨头颈交界区骨囊肿的临床病例,综述相关文献并探讨总结该类病例的手术治疗原则。结果显示关节镜下治疗FAI合并股骨头颈交界区骨囊肿能取得满意的短期临床效果。作者认为:对于此类病例,较小的囊肿可直接磨除,并可作为凸轮(Cam)畸形成型的标准。而较大的囊肿,应以清理囊腔为主,但不宜过多磨削以免影响股骨颈的力学情况。另外,建议先进行Cam成型再处理囊肿,避免囊肿影响对周围凸轮畸形的判断,从而导致Cam成型不足。

关节镜下带线锚钉缝线桥缝合固定治疗肩锁关节脱位

背景:目前肩锁关节脱位手术尚无统一标准,锁骨钩板固定是临床上较为常用的一种固定方式,但是微创的韧带重建技术与关节镜手术已经成为研究的热点。目的:观察关节镜下带线锚钉缝线桥缝合固定治疗肩锁关节脱位的应用价值。方法:选择2016年1月至2018年4月冀中能源邢台矿业集团总医院骨外科收治的TossyⅢ型肩锁关节脱位患者,随机分为2组。关节镜组患者采取关节镜下带线锚钉结合缝线桥技术进行复位固定治疗,锁骨钩钢板组患者采用锁骨钩钢板内固定。记录两组患者手术切口长度、手术花费时间、住院时间及恢复工作时间;术后3,6,12个月按照Lazzcano疗效标准对肩关节功能进行评价,并比较两组患者肩部疼痛目测类比评分、外展上举和前屈上举活动度的差异。所有患者均随访1年,记录两组患者并发症发生情况。研究已获得冀中能源邢台矿业集团有限责任公司总医院医学伦理委员会审核批准,且所有研究对象术前均签署知情同意书。结果与结论:①两组患者手术时间比较差异无显著性意义(P>0.05);关节镜组患者手术切口、住院时间、恢复工作时间均显著优于锁骨钩钢板组(P<0.01);②经Lazzcano疗效标准判定,术后3个月关节镜组患者优良率为84%,优于锁骨钩钢板组的66%(P<0.05);术后6,12个月关节镜组的优良率均高于锁骨钩钢板组,但差异无显著性意义(P>0.05);③两组患者术后3,6,12个月目测类比评分呈逐渐下降趋势(P<0.01),同一时间节点关节镜组患者目测类比评分显著低于锁骨钩钢板组(P<0.01);④两组患者术后3,6,12个月外展上举、前屈上举角度呈逐渐上升趋势(P<0.01),同一时间节点关节镜组患者外展上举、前屈上举角度均大于锁骨钩钢板组(P<0.01);⑤术后1年随访结果显示,关节镜组患者并发症发生率为6%,显著低于锁骨钩钢板组的63%(P<0.01);⑥与锁骨钩钢板固定相比,关节镜下带线锚钉缝线桥缝合固定治疗肩锁关节脱位具有创伤小、恢复快、并发症少、无需再次手术去除内植物等优势,手术同时还可以明确诊断关节内伴随的病变,并在必要时进行治疗,提高修复效果。

基于PIC单片机的随钻声波测井仪电源管理设计

为了保证随钻声波测井仪在井下长时间高效率工作,需要对电源管理板进行高效管理;根据随钻声波测井仪电子系统的供电特点设计了电源管理控制电路,低功耗微处理器PIC单片机根据随钻测量系统的指令对电源电路开关阵列进行控制,通过CAN-UART对主控板进行工作参数下发,利用实时钟电路提供的时间信息完成对井深和井下存储数据的映射,实现对随钻测井仪间歇式定时工作目的;实验测试结果表明,电源控制电路功耗为0.116 W,开关通断时间为微秒级,输出电压稳定;经实际应用满足了随钻声波测井仪的实际工作需求。

基于帧间差分的随钻测井数据压缩算法

随钻测井技术的快速发展导致常规应用的泥浆传输速率(1 b/s左右)已无法满足测量参数实时上传的需求,而数据压缩技术是提高传输速率的一个有效手段。通过分析泥浆脉冲编码信号的特点,结合现场应用经验,本文设计一种基于帧间差分式的数据压缩算法并将其应用于随钻测井数据编码、解析处理过程中。实际应用效果表明该算法能有效提高传输速率,节省数据更新时间,具有较高的推广前景。

声波测井存储模块的快速检测系统和补偿方法

筛选高温下稳定的存储器并设计有效的温度补偿算法是实现井下声波测井数据存储的关键。为了快速测试不同存储器在高温下的故障情况以及错误校验纠错算法的温度补偿效果,该文设计了基于通用测试座的硬件系统,编写了基于MSComm控件的上位机控制软件,开发了模拟实际测井温度环境的测试策略,并对几种存储器进行了高温老化实验。结果表明,存储器在高温下(175℃)会出现彻底损坏、比特位翻转等故障,错误校验纠错算法可以提高存储器的使用温度。该设计不仅可以对符合开放NAND闪存接口协议的同类存储器进行快速的高温老化与筛选,而且对井下存储系统的设计有重要的参考意义。

USB3.0的高速声波测井仪通信接口设计

基于USB3.0开发了一种用于声波测井数据通信的调试接口和相应的上位机软件。以USB控制芯片CYUSB3014和逻辑控制器EP4CE22F17C8为核心设计了一种可靠的声波测井仪接口电路,设计了基于CAN总线和RS485总线接口的测井仪器互联总线。基于USB3.0主控芯片编写了USB接口协议的固件程序,设计了基于FIFO的USB接口数据传输、外扩总线管理等FPGA测控程序,开发了与接口电路相对应的上位机软件,可以实现对仪器控制命令下发、测井数据上传、文件存储、波形显示等功能。测试表明该方案可以有效稳定传输,满足声波测井仪数据接口的设计要求。

基于末端轨迹修正的导弹跟踪稳定性控制方法

舰载导弹在制导飞行的末端容易受到空气小扰动的影响产生轨迹偏离,需要进行轨迹偏离修正控制,提高弹道对目标跟踪的姿态稳定性,提出一种基于改进的扩展Kalman滤波(EKR)和误差反馈修正的导弹跟踪端轨迹修正控制方法。以陀螺仪采集的导弹的横滚角、俯仰角以及航向偏离的参量为控制约束指标集,采用扩展Kalman滤波算法进行姿态参量融合,结合Smith结构建立导弹跟踪控制的被控对象模型,计算末端轨迹中姿态角与真值的偏差,根据偏差进行导弹的惯性姿态反馈调节,采用自适应的量化融合跟踪识别方法进行导弹定姿处理,通过对末端轨迹的误差反馈修正提高姿态角的输出精度,根据姿态的不断变化实现自适应的位姿修正,实现导弹对敌目标跟踪的稳定性控制。仿真结果表明,采用该方法进行导弹控制的姿态角解算的误差较小,定姿精度较高,提高导弹跟踪控制的稳定性和鲁棒性。

基于Nios Ⅱ的井下静态随机存取存储器管理

针对测井仪器中高速数据缓存的问题,提出了一种基于Nios Ⅱ的静态随机存储器(Static Random-Access Memory,SRAM)控制器的IP核的设计方法,详细介绍了IP核的设计和实现过程并基于一定的硬件平台对SRAM控制器IP核的稳定性进行了测试;测试结果表明,所设计的SRAM控制器IP核能够在高温环境下实现对SRAM的有效管理而且通过修改配置参数就可应用在不同位宽和容量的SRAM上且运行稳定;该设计不仅实现测井仪器中高速数据缓存的管理,也提供了一套SRAM选型测试系统;另外设计介绍的可编程片上系统(System-on-a-Programmable-Chip,SOPC)开发流程对其它SOPC系统开发也具有一定的参考价值.