三、中子探测器
探测方法： 热中子与探测器物质的原子核发生反应 => 放出电离能力很强的带电离子 => 探测器内形成脉冲电流或闪烁荧光，产生电压负脉冲、计数率、 源距与孔隙度 的关系
零 源 距
补偿中子计算孔隙度曲线
五、补偿中子测井的补偿原理
热中子与超热中子能量差不多，其空间分布规律与超热中子的空间 分布规律基本一致。即长源距情况下，饱含流体岩层的孔隙度越大，热 中子计数越低；孔隙度越小，计数率越高。 热中子能量与原子核能量处于平衡状态，易于被原子核俘获，同时生 成伽玛射线（ 地层中Cl的俘获截面最大）。 热中子测井同时受到H、Cl的影响，为了消除Cl的影响，采用双源距 比值法的测井仪器。
低压输入电路
组成： （1）变压器和 整流、滤波器 （2）振荡器和 脉宽调节器 （3）串联开关 Q3及过流保护电 路
L1
（1）变压器和整流、滤波器

从地面供给井下仪器250V，60Hz电源，通过变压器T1降压变压输出大约38V，再经 CR桥式全波整流和电容C1、C2滤波送电压调节器（紧接着的稳压调节电路）。 R1保护仪器电子短节不受超载损害，如果超载就会熔断。 扼流圈L1阻塞电源通断由变压器反馈耦合的电流。
桥式整流电源电路图原理
电容滤波电路
9.3 CNT-G补偿中子测井仪

9.3.1概述
—仪器功能 —仪器结构特点


9.3.2仪器工作原理 9.3.3电路分析
仪器功能



补偿热中子孔隙度测量，用两个He3探测器测量距源 38.1cm和62.8cm的热中子通量 ，确定地层的含氢指数和 孔隙度 超热中子孔隙度测量，使用双探测器测量距源一定距离的 超热中子通量 ，计算地层孔隙度 CNT-G把补偿热中子和补偿超热中子孔隙度测量结合在一 起 ，可以获得比单一的某种补偿种子测井更好的效果
电 源 电 路
电路仿真F5-6
构成： (1)变压器：输入180V AC，输出1300V AC和37V AC两种信号。 (2)低压整流、滤波及稳压电路：输出+24V DC。（图中下面通道） (3)高压整流、滤波及稳压电路：输出1150V DC。高压稳压由两级构成，第 一级稳压输出1350V，第二级放在保温瓶内，减小井下高温对器件的影响
中能中子——1kev~0.5Mev
慢中子—— 0~1kev
超热中子——0.2~10ev 热中子—— 0.025ev(处于平衡状态）
中子源——将中子从原子核中释放出来的装置
同位素中子源（连续中子源）： Am 241 Np 237 He 4( ) 95 93 2
4 Be 9
2 He 4 6 C 12 0 n 1 Q (5.701MeV )
4
加速器中子源（脉冲中子源）：
D T
He 2

n 0
1
17.588MeV
二、中子和物质的作用
1）快中子非弹性散射 快中子+靶核=>复核=>能量较低中子+非弹性散射伽玛射线=>基态靶核 2）快中子对原子核的活化 快中子+稳定原子核=>放射性原子核=>活化核衰变 +活化伽玛射线 3）快中子的弹性散射 快中子+稳定靶核=>能量较低的中子+反冲核=> => =>热中子+基态靶核 微观弹性散射截面——一个中子与一个原子核发生弹性散射的几率 宏观弹性散射截面——1cm3原子核的微观弹性散射截面 沉积岩的核素中，H的散射截面以及每次散射的能量损失最大。
(1)开关调节器主要由开关管Q3，占空比控制电路、误差放大器和振荡器U1组成 (2)误差放大器将滤波输出的＋24V电压和参考电压比较、放大。若是正好24V时，误差放大器输出控 制占空比为某一定值。当滤波输出低于＋24V时，误差放大器输出控制占空比增大，相反，就控 制占空比减小。 (3)Q3工作在开关通、断方式，开关通、断频率由振荡器输出信号频率决定。开关通、断时间比，即 波形占空比将依据误差放大器输出信号改变而改变。流过开关Q3的电流经L2、C8滤波输出＋24V 直流。 (4)＋24V电源分两由输出，一路经斩波、变压、整流和滤波产生±5V和±15V直流。另一路送至高压 电源电路。
第九章补偿中子测井仪



9.1 测量方法原理 9.1.1 方法原理 9.1.2 测量原理 9.2 2435补偿种子测井仪 9.3 CNTG补偿种子测井仪 习题
9.1测量方法原理
一、中子和中子源
中子—— 原子核中不带电的中性微小粒子，
与质子以很强的核力结合在一起。 中子分类： 快中子—— > 0.5Mev
B117068混合电路
电路简介： 该模块对输入的负脉冲信号进行缓冲、鉴别、分频、整形、电 缆驱动输出。它共有五个引线，分别为电源输入+24V（+15V）、基准输出 +12V(+6.2V）、GND、信号输入IN和鉴别器接线端DISC与两个输出端子SIG OUT和SIG GND。外部在+12V（+6.2V）引线和DISC引线之间接一电阻来调节 内部鉴别器的鉴别门槛。调节电阻两端的电压值即为鉴别门槛值。信号处 理线路用的分频倍数可选择一，二，四，八，十六，三十二，六十四，一 百二十八。缓冲器和外部输入信号之间要加一隔直耦合电容才可使用。 用 途：它可适用于脉冲伽玛仪器，补偿中子仪器，补偿密度等仪器。在这 些仪器上，只把探头经过前放的信号引入它即可得到直接可上上传电缆的 信号，不需任何外围电路。它实际上是把进口的B117068混合电路和它所需 的外围电路集成在一起，方便使用并更加可靠。
在均匀无限介质中，电状快中子源造成的热中子分布：
K Ld e r / Ls e r / Ld N t(r ) ( ) 2 2 r r 4 d(Ls Ld )
2
当 (r1 - r2)/L足够大时，长、短源距的计数率比值，只 与地层的减速性质有关，从而仅反映地层的含H情况。
Nt (r1 ) r2 ( r1 r2 ) / Ls e Nt (r2 ) r1
低压输入电路
Q3
C8
（3）串联 开关Q3及过 流保护电路

L2


开关Q3串联在桥式全波整流的负边电路中，当单稳U1B的Q端输出高电平时，串联开关Q3接通。 Q2 、R8和R9 、 R１０构成过流保护电路 在Q3接通时间内，如果负载电流变得太大，那R8和R9两端的电压降将接通Q2，从Q2集电极 输出低电平加在单稳U1B的复位端脚13，使U1B立刻复位并断开Q3，在Q3通、断周期范围内 起到过流保护的作用。 R9是热敏电阻用以提供温度补偿。 当从U1B的Q端（脚10）变低时，Q3断开。在脉冲周期的断开时间内，负载电流由滤波电容
低压输入电路
U1A
U1B
（2）振荡器 和脉宽调节器

单稳U1A的两个反相输出端接成RC多谐振荡器，振荡频率由R5和C3确定。 单稳U1B 用作脉宽调节，由U1A输出的40kHz振荡信号上升沿触发。 Q1基极与7脚连接。当输给A2电压偏大时（4脚），7脚输入低电平，反之输入高电平。 C4是单稳定时电容器 ；Q1是一个压控电流源 ，相当于可变电阻。加在Q1基极的电压 高，相应C4的充电电流小，单稳输出脉冲宽度宽。 反之，单稳输出脉冲宽度将变窄。 CR2限制加在Q1基极的低压范围，以便C4能够充电到单稳的触发门坎电平。通过齐纳二 极管CR3对U1提供一个浮地的10V电源。
9.3.3 电路分析



低压电源 高压电源 测量电路 上传数据模式及电路 诊断电路 ＣＮＴ—Ｇ的命令格式 ＣＮＴ—Ｇ的数据格式
一、低压电源
一般开关稳压电源的原理框图
低压电源框图
低压电 源是一个开 关型电源， 用串联开关 调节器限流 保持稳定输 出＋24V， 然后经过 DC/DC变换 器输出±5V 和±15V低 压电源。
9.3.2仪器工作原理
上 传
地层信号
低压电源 ：输出±5V 、±15V 和+24V 高压电源 ：输出四路直流高压（可调）供探测器使用,近热中子：1200V；远热中子：1400V；近 超热中子：1500V；远超热中子：1400V 测量电路：由探测器、前置放大器、鉴别器、分频器构成,其作用是：将探测到的中子射线转换 为脉冲信号 计数器：脉冲计数； 移位寄存器：实现计数结果的并—串转换 仪器总线接口：实现与遥测短节的命令/数据通讯； 诊断电路：用于仪器测试
缆芯驱动电路
电路仿真F5-5 (1)中子脉冲输入缆芯驱动器的晶体管Q1和Q2，变压器T1和T2对测井电缆提供阻 抗匹配。 (2)输入信号控制晶体管通断从而使变压器输入端产生脉冲信号而耦合输出。 (2)驱动器输出正脉冲，周期大约是38μs，幅度为20V。 (3)驱动器输出是通过C2和C4耦合的交流，按规范连接它们对地是浮动的。输出 负边（引脚6和10）用外跨接线短路，如果要改变脉冲的极性，可以改变跨接 线的连接。
C8提供。因为通过扼流圈L2的电流不能突变，L2上的电压增加直到续流二极管CR4接 通。
低压输出电路
组成： （1）低压调节电路 （2）DC/DC转换器
（1）低压调节电路

该电路由取样电位器R3 、稳压管CR1和误差放大器U1构成。 运算放大器U1将R3提供的取样电压与CR1给定的参考电压之差放大后加到 低压输出电路上Q1的基极，用以控制占空比。
中 子 信 号 处 理 器 电 路
主要功能：对脉冲信号进行幅度鉴别和分频。 主要器件：混合电路B117068(IC1,IC2) 其内部主要包括下列电路。 (1)射极限随器:用作前置放大器和比较器的阻抗匹配。 (2)电压参考电路:为电压比较器提供参考电压(-40mV到-1mV范围内可调)。 (3)电压比较器（鉴别器）:比较器用作脉冲幅度鉴别，当输入脉冲幅度超 过参考电压时，比较器输出大约12V的脉冲信号 。 (4)分频器:长、短源距计数分别除以4和16 ，避免了高计数率情况下，因 电缆充电和衰减影响会造成信号首尾重叠而产生漏记。 (5)单稳电路:将分频器的输出整形为输出幅度约12V，宽为40μs的脉冲到 缆芯驱动器。