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摘 要：针对微电阻率成像测井仪极板的出厂测试与维修测试,设计了一套基于分布式架构的测试软件。该测试软件包含 通信模块、处理模块、数据管理模块和显示模块。通信模块完成 UDP 通信功能,采用多线程技术提高运行效率,使用 FIFO 缓存数据,提高通信可靠性;处理模块完成 FFT 处理、增益计算、直流漂移计算和噪声计算。测试表明 ：通信模块运行稳定, 处理模块计算准确,可应用于微电阻率成像测井仪极板的出厂测试与维修测试。
Design of Communication and Processing Module for Plate Testing Software of Micro Resistivity Imaging Logging Tool
MEI Jiawei, LI Hui, TIAN Zhuolin, HE Xiaoying
(School of Electronics & Information, Yangtze University, Jingzhou Hubei 434000)
【Abstract】：Aiming at the factory test and maintenance test of the plate of the Micro resistivity Imaging Logging Tool, a set of test software based on distributed architecture is designed. The test software includes communication module, processing module, data management module and display module. The communication module completes the UDP communication function, adopts multi-threading technology to improve operation efficiency, and uses FIFO to cache data to improve communication reliability. The processing module completes FFT processing, gain calculation, DC drift calculation and noise calculation. The test results show that the communication module runs stably and the processing module calculates accurately, which can be applied to the factory test and maintenance test of the plate of the Micro resistivity Imaging Logging Tool.
【Key words】：micro resistivity imaging logging tool;test software;FFT;multithreading;FIFO
Design of Communication and Processing Module for Plate Testing Software of Micro Resistivity Imaging Logging Tool
MEI Jiawei, LI Hui, TIAN Zhuolin, HE Xiaoying
(School of Electronics & Information, Yangtze University, Jingzhou Hubei 434000)
【Abstract】：Aiming at the factory test and maintenance test of the plate of the Micro resistivity Imaging Logging Tool, a set of test software based on distributed architecture is designed. The test software includes communication module, processing module, data management module and display module. The communication module completes the UDP communication function, adopts multi-threading technology to improve operation efficiency, and uses FIFO to cache data to improve communication reliability. The processing module completes FFT processing, gain calculation, DC drift calculation and noise calculation. The test results show that the communication module runs stably and the processing module calculates accurately, which can be applied to the factory test and maintenance test of the plate of the Micro resistivity Imaging Logging Tool.
【Key words】：micro resistivity imaging logging tool;test software;FFT;multithreading;FIFO
0 引言
微电阻率成像测井仪在石油测井领域中应用广泛, 极板是其关键部件,但容易受到损坏 [1-4]。现有的极板 检测装置存在设备简略、功能不完善等问题。鉴于此, 笔者拟设计一款基于 Qt 的微电阻率成像测井仪极板测 试软件。软件通过对下位机传输来的数据进行解析和处 理,将得到的极板噪声、极板直流偏移、极板增益、原 始波形以及经过 FFT 处理后的波形显示在上位机界面中,对极板进行可视化管理,简化了实际应用场景中的 极板检测流程,降低了极板检测的维护成本。
1 总体方案
微电阻率成像测井仪极板测试软件结构主要包含通 信模块、处理模块、数据管理模块和显示模块。软件结 构框图如图 1 所示。
其中,通信模块采用 UDP 协议与下位机通信,接 收下位机数据并按照通信协议解析。解析的原始数据分别发给显示模块、数据管理模块及处理模块,进行原始 数据的波形绘制、存储及数据处理。其次,通信模块接 收显示模块的指令,按照通信协议打包后转发给下位机。
处理模块接收通信模块发送的原始数据,分别进行 FFT 处理、增益计算、信号直流偏移计算及信号噪声计 算,将计算结果发送给显示模块进行显示,并将计算结 果发送给数据管理模块进行存储。
数据管理模块主要将通信模块发送的原始数据及处 理模块计算结果以文件形式存储,同时可以将历史数据 发送给显示模块做显示。
显示模块具备实时显示原始数据波形、FFT 频谱图、 信号直流分量以及噪声功能,可配置下位机参数,具备 历史数据显示功能。
2 软件设计
2.1 通信模块设计
通信模块使用 UDP 协议,采用多线程技术实现数 据收发,包含指令发送线程和数据接收解析线程。该通 信模块使用 QUdpSocket 套接字创建套接对象,使用 bind() 函数绑定本机 IP 和端口,完成上述初始化过程 后,启用多线程 [5.6]。
其中,指令发送线程流程图如图 2 所示。进入该线 程后,首先判断是否有下位机参数配置指令,若无指令 则继续等待,若有指令,则将配置指令按照通信协议打 包,打包完成后通过 UDP 协议下发给下位机,指令下 发结束后继续等待新的配置指令。
数据接收解析线程流程图如图 3 所示。UDP 协议 接收到的数据先保存到 FIFO 数据缓冲区等待处理,进 入接收解析线程后,首先判断 FIFO 数据缓冲区是否有 数据,若无数据则继续等待,若有数据则将数据按照通 信协议解析。当数据解析错误,则继续等待 FIFO 数据 缓冲区有待处理的数据,当数据解析正确,提取原始波 形数据,并将原始波形数据分别发给显示模块、数据管 理模块以及处理模块,待原始波形数据发送完成,继续 等待 FIFO 数据缓冲区有待处理的数据。
2.2 处理模块设计
处理模块主要针对解析的原始波形数据做相应计算, 该原始波形数据包含正弦波数据及噪声数据两类。
处理模块流程图如图 4 所示。进入该模块,首先判 断是否有未处理的原始波形数据,若无则等待,若有则 判断原始波形数据的类型。若原始波形数据为正弦波数 据,则进行 FFT 处理,并进一步针对该数据做增益计算; 若原始波形数据为噪声数据,则先计算直流偏移,再计 算噪声。上述计算结束,将计算结果发送给显示模块及 数据管理模块,完成计算结果发送后进入等待状态。
针对 FFT 处理,采用 gsl 软件库,该库是专门为应 用数学和科学技术领域的数值计算提供支持的软件库 [7.8]。 通过 FFT 处理获取正弦波数据的频率成分及对应幅值, 再根据获取的 10KHz 频率对应幅值计算微电阻率成像 测井仪极板增益,计算公式如下：
Gain=V10KHz · 5000 (1)
式中, Gain 为极板增益, V10KHz 为 10KHz 频率对应 幅值。
针对直流偏移计算,采用如下公式：
퐷Coffset =
(2)
式中,Datai 为第 i 个噪声数据, 数量总量为 N, DCoffset 为直流偏移。
针对噪声计算,采用公式：
式中, Noise 为噪声,Datai 为第 i 个噪声数据,数
量总量为 N,DCoffset 为直流偏移。
3 测试
3.1 通信测试
下位机采集一个频率为 10KHz 峰值为 1V 的正弦 信号,并将采集到的结果通过 UDP 通信模块传给极板 测试软件,测试软件接收到数据后按照协议解析并以 文件形式保存; 将保存的正弦波数据使用 Matlab 绘 图,结果如图 5 所示,图中信号频率为 10KHz,幅度 为 1V,与下位机采集的原始信号一致,表明 UDP 通信 正常。
3.2 FFT 计算测试
将 FFT 处理的结果保存文件后通过 Matlab 绘图, 结果如图 6 所示,频率成分为 10KHz 时对应幅值为 0.977V,表明 FFT 计算结果准确。
3.3 直流偏移计算测试
下位机采集不同幅值的直流信号,上传给测试软 件,测试软件计算直流偏移结果如表 1 所示,计算结果 的相对误差较小,表明直流偏移计算准确。
4 总结
本文以 Qt 作为微电阻率成像测井仪极板测试软件开发平台,采用 UDP 协议及多线程技术实现了测试软 件与下位机之间的双向通信,采用 FIFO 缓冲机制实现 了接收数据的正确解析,使用 FFT 处理、增益计算、 直流偏移计算及噪声计算,实现了对极板工作参数的准 确提取。测试表明,该测试软件通信稳定可靠,计算准 确,可应用于微电阻率成像测井仪极板的测试。
参考文献
[1] 黄建红,王波,衡勇,等.微电阻率扫描成像测井在涩北气田的 应用[J].成都理工大学学报(自然科学版),2015.42(4):444-450.
[2] 赵晓鸿,夏竹君,付琛,等.增强型微电阻率扫描成像测井仪及 其应用[J].石油管材与仪器,2019.5(1):67-70.
[3] 孙阳春 .油基泥浆微电阻扫描测井仪极板测试装置设计[D]. 成都:电子科技大学,2016.
[4] 中国石油集团测井有限公司 .MCI6570微电阻率成像测井 仪使用维修手册[Z].
[5] 金旭球,金斌英 .基于UDP协议的嵌入式系统之间通信的实 现[J].台州学院学报,2008(3):24-27.
[6] 霍亚飞,程梁 .Qt 5编程入门[M] .北京航空航天大学出版 社,2015.
[7] 杨绪峰,乔斌,凌震莹,等.基于GSL科学计算库的主动定向浮 标信号处理算法实现[J].舰船电子工程,2016.36(7):44-46+164. [8] Gough,Brian.GNU Scientific Library Reference Manual - Third Edition[M].Network Theory Ltd, 2009.
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