高压控制和 谱误差控制
CCS接口
计数率寄存和传输
谱信号的 能窗逻辑
电源
探头部分
谱信号与环 信号放大
高压控制和 谱误差控制
计数率寄存和传输
谱信号的 能窗逻辑
指令用户字所载的数据 送NGC-053板的16位移 位寄存器。如果控制数 据是调节高压的则送入 由U10、U13、U12组成 的锁存一可逆计数器， 再经D/A转换器U14和放 大器U1去调整光电倍增 管的高压。如果用户字 CCS接口 的数据用来微调比较器 门槛，则把数据送入U8、 U5和U7组成的寄存器， 再经12位D/A转换器和 放大器U2，作为谱误差 控制电压送NGC-052板 电源 的放大器U22的输入端， 微调谱信号比较器的门 槛。
式中APLW——镅源低能窗计数率； APUW——镅源高能窗计数率。
2. K、Th能谱峰稳谱
为了进一步稳定全谱，在NGT-C自然伽马能谱测 井仪中又增添了用地层的K峰（1460kev）和Th峰 （2615keV）稳谱，为此，在K峰和Th峰的两侧都设 置高、低能窗：
K峰的能窗范围是1365～1460keV和1460～1590keV， Th峰的能窗范围是2515～2610kev和2610～2740keV。
第八章自然伽马能谱测井仪
8.1 自然伽马能谱测井方法原理 8.2 NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理 8.3 NGT—C自然伽马能谱测井仪电路分析 习题

8.1自然伽马能谱测井方法原理



8.1.1 岩石的自然放射性 8.1.2 自然伽马能谱探测原理 8.1.3 自然伽马能谱测井仪器测量原理
铀（U）、钍（Th）、钾（K）的伽马射线能谱
各种粘土矿物的Th/K比
因此，用Th和K的比值可识别各种粘土矿物。
用Th和U的比值研究沉积环境


从化学沉积物到碎屑沉积物，Th和U的比 值增大 ； 碳酸盐岩的Th/U为0.3～2.8； 粘土岩的Th/U为2.0～4.1 ； 砂岩的U含量变化范围很大，因而Th/U 值变化范围也大。
在电路上用三个比 较器来实现，比较器的 参考电压分别为： 0.8V（相对于40keV） 1V（相对于60keV） 1.2V（相对于80keV）
稳谱条件
记录高、低能窗的计数率， 如果满足下式就认为全谱处 于正确位置。为满足这个条 件，测井过程中将不断地调 节光电倍增管的高压。
APLW APUW 0 APLW APUW
放电计数管： γ辐射使气体电离探测γ射线，效率比较低。
闪烁计数管
射线γ+NaI——e——激发原子—— 回到稳定态时产生光子——光电子——在阳极记录
光 电 倍 增 管
自然伽马能谱测井仪测得的仪器谱

仪器谱
当用NaI（Tl）晶体探测伽马射线能谱时，由于伽马射线与物质的 三种作用产生次级电子的能量不同，因此既使是单能伽马光子，其脉 冲幅度仍有一个很宽的分布。实际能谱曲线是连续的，称仪器谱。 在能谱曲线上，除了光电效应造成的光电峰或全能峰外，还有康普 顿散射产生的峰，穿过晶体的伽马射线反射回来产生的光电峰以及电 子对效应产生的逃逸峰等。
能窗设置 在高能域设置三个能窗，W3、W4和W5，分别探测1.46、 1.76和2.62MeV个主要峰 在低能域再设置二个能窗，W1和W2，探测地层中康普顿 散射后的伽马射线。 W1：0.15～0.5Mev W2：0.5～1.1Mev W3：1.32～1.575Mev(K) W4：1.65～2.39Mev(U) W5：2.475～2.765Mev(Th) 稳谱 晶体和光电倍增管对温度十分灵敏，温度变化将引起光 电倍增管输出脉冲幅度的改变，等效于能谱的漂移。因此， 在测量过程中，通过调整电压和电子线路参数保证能量谱 的稳定。
1.2V：对应能级为80keV 1V： 对应能级为60keV 0.8V：对应能级为40keV
能级比较器
脉冲记忆触发器
脉冲输出 选通门
脉冲读出、复位定时逻辑
当输入环信号幅 度在0.8～1.0V， 即相当于核脉冲 能量在40～60keV， 比较逻辑电路工 作时序
（a) U3端7
（b) U8端5 （c) U8端13 （d) U5端11 （e) U4端4
NGT-C原理框图 被测的地层谱信号送测量能级比较器U1、U2、U3、U4、U11、U12、U13、U14、U15、
谱信号与环 U16和U17，输出9个能窗的信号，即W1、W2、W3、W4、W5、K稳谱峰的N1、N2和Th稳谱峰的 探头部分 信号放大 N1、N2。这9个信号与Am241稳谱峰的N1、N2一道加至NGC-054板的11个8位计数器，在下传 命令的控制下，再从计数器信号加载进11个8位移位寄存器，与此同时，高压状态信号和 仪器状态也载入另外三个8位移位寄存器。这14个移位寄存器的112个数据位在上传时钟的 节拍下串行输出，经CCS接口板沿电缆送到地面。

工作原理
NGT-C原理框图
探头部分
谱信号与环 信号放大
环路信 号就是 Am241 稳谱峰 信号
高压控制和 谱误差控制
CCS接口
计数率寄存和传输
谱信号放大
谱信号的 能窗逻辑
由光电倍增管输出的计数脉冲 包含了地层的自然伽马谱信号和稳 谱源Am241的谱信号。经U10/U11组 成的放大级放大后，地层的谱信号 送NGC-052测量信号比较器。Am源的 高压控制和 信号再经U12/U13组成的放大级放大 谱误差控制 后作为控制光电倍增管高压的环信 号送环信号能级比较器U1、U2、U3。 CCS接口 比较器的参考电压分别为1.2V、1V、 计数率寄存和传输 0.8V，对应的能级为80keV、60keV、 40keV。经窗口逻辑电路后输出 Am241峰高（60～80keV）和低 （40～60keV）能窗的计数率值N2和 电源 N1，N2和N1的差值通过电路或软件 指令改变高压值使Am241峰稳定在 60keV。
8.1.2 伽马能谱探测原理
1.伽马射线探测器



伽马射线与物质的相互作用能引起物质中原子的 电离和激发。利用这两种物理现象可以探测伽马 射线。 利用次级电子电离气体而建立的探测器有电离室、 正比计数器和盖革一弥勒计数器等。 利用次级电子使原子核的外层电子受激发，当原 子返回基态时放出光子，发生闪光，而建立了闪 烁计数器。
•输出值：自然伽玛总计数率CTS、U、Th、K四条曲线。
8.1.3 伽马能谱测井仪器测量原理
8.2 NGT—C自然伽马能谱测井仪测量原理
7.2.1 稳谱原理
Am源稳谱 K、Th能谱峰稳谱


7.2.2 NGT-C 仪器测量原理和框图 7.2.3 刻度能量和电压的转换关系

8.2.1 稳谱原理

•解谱原理 用U、Th和K分别代表各自含量，W1~W5代表 五个能窗的计数率，则
W1 a11U a12Th a13 K W a U a Th a K 21 22 23 2 W3 a31U a32Th a33 K W a U a Th a K 41 42 43 4 W5 a51U a52Th a53 K 式中,a11 ~ a53由仪器刻度时标定.
2.环信号比较逻辑电路
组成： 能级比较器U1、U2和 U3 脉冲记忆R—S触发器： U4、U5 脉冲读出、复位定时 逻辑U7、U8和U9 脉冲输出选通门：U6a、 U6b 从放大器输出的信号 送比较器U1、U2和U3 的反相输入端，这三 个比较器的同相端接 参考电压的分压电阻， 使得这三个比较器的 门槛电压分别为：
8.3 NGT-C自然伽马能谱测井仪电路分析

7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4
环信号放大、比较逻辑电路 谱信号比较逻辑电路 高压环路控制和谱误差控制 能窗计数率的发送
8.3.1环信号放大、比较逻辑电路

环信号放大电路


作用：放大谱信号、环信号（稳谱峰信号），适应 能级比较电路的要求 结构及工作原理 作用：检出能量在40keV—60keV和60keV—80keV 的环信号脉冲，送高低两个能窗计数 结构 工作原理
1. Am源稳谱
为了使能谱信号处于能窗的 正确位置，采用调整光电倍增管 高压的办法，使输出脉冲幅度有 所改变。为此，选用一个单能伽 马源作为能量参考，记录它的能 量谱，实现稳谱。仪器把5μCi 的Am241源紧靠着闪烁晶体，它产 生没有散射的60keV的单峰，这 个峰也不受地层谱的影响。 在60keV峰的两旁设置二个 能窗，低能窗是40～60keV，高 能窗是60～80keV。
伽马能谱测量要通过伽马脉冲幅度来判别它 们是从哪种放射性核素放射出来的，因而幅度信 息是重要的，必须保证不受其它因素影响。 由于闪烁晶体和光电倍增管的对温度十分灵 敏，由于温度的变化会导致谱信号记入错误的能 窗，因此，稳谱措施是自然伽马能谱测井仪设计 中很重要的一环。 NGT-C自然伽马能谱测井仪采用两种稳谱方法。
和Am241峰稳谱原理一样，测量K峰和Th峰的高、 低能窗的计数率，如果高、低能窗计数率相等，则 全谱稳定。如高、低能窗计数率不等，则调节能窗 比较器的门槛电压。 和用Am241源通过调光电倍增管高压实现稳谱相 比，这是一种稳谱的“细调”。
8.2.2 NGT-C 仪器测量原理和框图

结构

探头组成 电子短节：由测量、稳谱和接口三大部分组成
8.1.1 岩石的自然放射性
主要放射性核素： 铀、钍、钾 岩石放射性： 沉积岩： 火山岩>变质岩>沉积岩 高放射性：深海泥质沉积物 中放射性：浅海、陆相泥质 低放射性：砂岩、石灰岩、煤等 根据统计，沉积岩的自然放射性一般有以下变化规律：
(1)随泥质含量的增加而增加 (2)随有机物含量的增加而增加 (3)随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。
无信号输入时，三个比较器的输 出都是高电平，每个比较器输出端 的R-S触发器置零。 因此N1、H2均 无输出(高电平)。 当输入环信号幅度在0.8～1.0V 之间,N1输出一负脉冲。