信道自适应钻井通信中继短节、钻柱和频率自适应调节器制造技术

本发明专利技术实施例涉及数据传输技术领域，公开了一种信道自适应钻井通信中继短节、钻柱和频率自适应调节器，利用中继短节接收井下传输来的信号，经过解调、调制、放大等处理后，将该信号转发给上方钻杆，从而实现井下信号接力传输，提高信号的抗衰减能力。

Channel adaptive drilling communication relay stub, drill string and frequency adaptive regulator

【技术实现步骤摘要】
信道自适应钻井通信中继短节、钻柱和频率自适应调节器
本专利技术实施例涉及数据传输
，特别涉及一种信道自适应钻井通信中继短节、钻柱和频率自适应调节器。
技术介绍
随着石油钻井技术的不断发展，钻井设备也在向着信息化和自动化方向发展。在钻井过程中，有必要实时获取测井过程中的地质数据，实时监控钻井环境，从而及时的调整钻井工艺。随钻测量技术，是指在钻井的过程中使用传感器对井下的各种参数进行测量，再将测量得到的数据实时发送回地面，方便地面的工作人员对数据进行收集，并根据收集到的数据对工作状态进行判断，进行实时决策。但是，井下剧烈震动、高温高压、泥浆介质和金属钻杆电磁干扰等问题对随钻测控中数据高效传输到地面的上行通讯以及从地面将控制信号传送到井下的下行通讯提出了更高的要求。智能钻柱网络系统实现了地面和井下的实时、高速通信。在两短节工具钻杆内部，数据经由同轴电缆传输，而在两短节工具之间的钻杆接头处，数据在耦合器的两线圈之间通过磁感应耦合原理进行传输。由电流的磁效应可知通电的导线能在其周围产生磁场，通过交变电流的导线在其周围产生变化的磁场，电磁感应原理表明变化磁场能在闭合的回路中生成电流，磁感应耦合器在两短节之间的通讯正依据这两个原理。待传输的数字信号不能在磁感应信道中直接传输，用数字信号将其调制成能够在信道中传输的正弦载波信号，当数字信号产生变化时，载波信号的频率、相位或幅度也会随着变化。磁感应传输信道具有带通特性，正弦载波信号进入磁感应信道后，会有交变电流在初级线圈中产生，进而产生交变磁场，在次级线圈中交变磁场激励产生交变电流。在钻杆之间信号以这种方式进行传输，传输到井上后，对正弦载波信号进行解调，得到数字信号。已调制信号沿着钻杆内的电缆经过感应接头一节一节的传输，由于两线圈之间存在漏磁通，它们不能完全的耦合，当经过约30节钻杆磁感应耦合器传输后，信号受到的干扰较多，衰减较大，难以继续传输信息。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的在于提供一种信道自适应钻井通信中继短节、钻柱和频率自适应调节器，能够使传输的信号被中继短节接收到后进行信号放大处理并转发至下一节钻杆，如此经过多次中继转发之后，使信号可以满足长距离的传输要求，最终使得信号到达目的地。第一方面，本专利技术的实施方式提供了一种信道自适应钻井通信中继短节，包括：在所述中继短节两端的接头处分别设置有线圈，该线圈与相邻短节接头处的线圈形成耦合器，数据在所述耦合器的两线圈之间通过磁感应耦合原理进行传输；所述中继短节还包括：解调模块、调制模块和放大电路；所述解调模块，用于接收从井下上传的第一相位连续FSK信号，并对所述第一相位连续FSK信号采用锁相环电路进行相位连续FSK信号解调，得到原始测量数字信号；所述调制模块，用于对所述原始测量数字信号进行相位连续FSK信号调制，得到第二相位连续FSK信号；所述放大电路，用于对所述第二相位连续FSK信号进行功率放大，并将放大后的信号继续上传至井上；其中，所述锁相环电路包括：SE564锁相环芯片、环路滤波器及外接在SE564锁相环芯片引脚12、13的定时电容，所述定时电容包括多支容值不同的电容支路；所述中继短节还包括：单片机和分别与所述单片机和所述定时电容控制连接的多路复用器；所述单片机，用于控制所述多路复用器切换外接在所述SE564锁相环芯片引脚12、13的定时电容中的电容支路，以使得所述SE564锁相环芯片中射级耦合多谐振荡器的中心频率接近当前磁感应信道的谐振频率，以接收并解调从井下上传的所述第一相位连续FSK信号；所述锁相环电路还包括：外接在所述SE564锁相环芯片引脚15的数字电位器AD8400，以调整引脚15的外接直流电压，使所述SE564锁相环芯片中的施密特触发器工作在合适的触发状态下。第二方面，本专利技术的实施方式提供了一种信道自适应钻井通信钻柱，包括：多节普通短节和多节如权利要求1所述的信道自适应钻井通信中继短节，所述普通短节内部安装有同轴电缆，电缆的两端各连接着一个线圈；处于相邻位置的两节普通短节或者相邻位置的普通短节和中继短节之间，通过相邻的线圈构成耦合器；数据在所述普通短节内部通过所述同轴电缆传输；数据在所述耦合器的两线圈之间通过磁感应耦合原理进行传输。第三方面，本专利技术的实施方式提供了一种频率自适应调节器，包括：外接在SE564锁相环芯片引脚12、13的多个电容支路，与所述多个电容支路连接的多路复用器，以及与所述多路复用器连接的单片机；所述单片机，用于控制所述多路复用器切换外接在所述SE564锁相环芯片引脚12、13的电容支路，以使得所述SE564锁相环芯片中射级耦合多谐振荡器的中心频率接近当前磁感应信道的谐振频率，以接收并解调输入的相位连续FSK信号。本专利技术实施方式相对于现有技术而言，通过在钻井通信钻杆中增加中继短节，用于在接收从井下上传的第一相位连续FSK信号后，对第一相位连续FSK信号采用锁相环电路进行相位连续FSK信号解调，得到原始测量数字信号；对原始测量数字信号进行相位连续FSK信号调制，得到第二相位连续FSK信号；最后对第二相位连续FSK信号进行功率放大，并将放大后的信号继续上传至井上，从而提高磁感应信号在磁感应信道中的抗衰减能力，保证从井下上传的数据信号能够顺利上传到地面。并且，通过在锁相环电路中的SE564锁相环芯片引脚12、13两端外接定时电容，通过灵活调整外接不同容值的电容支路，使得锁相环电路的信号接收频率范围能够覆盖磁感应信道的谐振频率，以接收并解调出井下传来的信号。同时，通过对SE564锁相环芯片脚15外接直流电压进行调整，从而使SE564锁相环芯中的施密特触发器工作在合适的触发状态下，保证锁相环电路的稳定性能。本方案中，利用中继短节接收井下传输来的信号，经过解调、调制、放大等处理后，将该信号转发给上方钻杆，从而实现井下信号接力传输，提高信号的抗衰减能力。附图说明一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。图1是根据本专利技术第一实施方式的信道自适应钻井通信中继短节的结构示意图；图2是根据本专利技术第一实施方式的锁相环芯片SE564结构框图；图3是根据本专利技术第一实施方式的锁相环芯片SE564应用电路图；图4是根据本专利技术第一实施方式的频率自适应调节器的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本专利技术各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。本专利技术第一实施方式涉及一种信道自适应钻井通信中继短节，如图1所示，包括：在中继短节两端的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信道自适应钻井通信中继短节，其特征在于，包括：在所述中继短节两端的接头处分别设置有线圈，该线圈与相邻短节接头处的线圈形成耦合器，数据在所述耦合器的两线圈之间通过磁感应耦合原理进行传输；所述中继短节还包括：解调模块、调制模块和放大电路；/n所述解调模块，用于接收从井下上传的第一相位连续FSK信号，并对所述第一相位连续FSK信号采用锁相环电路进行相位连续FSK信号解调，得到原始测量数字信号；/n所述调制模块，用于对所述原始测量数字信号进行相位连续FSK信号调制，得到第二相位连续FSK信号；/n所述放大电路，用于对所述第二相位连续FSK信号进行功率放大，并将放大后的信号继续上传至井上；/n其中，所述锁相环电路包括：SE564锁相环芯片、环路滤波器及外接在SE564锁相环芯片引脚12、13的定时电容，所述定时电容包括多支容值不同的电容支路；/n所述中继短节还包括：单片机和分别与所述单片机和所述定时电容控制连接的多路复用器；/n所述单片机，用于控制所述多路复用器切换外接在所述SE564锁相环芯片引脚12、13的定时电容中的电容支路，以使得所述SE564锁相环芯片中射级耦合多谐振荡器的中心频率接近当前磁感应信道的谐振频率，以接收并解调从井下上传的所述第一相位连续FSK信号；/n所述锁相环电路还包括：外接在所述SE564锁相环芯片引脚15的数字电位器AD8400，以调整引脚15的外接直流电压，使所述SE564锁相环芯片中的施密特触发器工作在合适的触发状态下。/n...

【技术特征摘要】
1.一种信道自适应钻井通信中继短节，其特征在于，包括：在所述中继短节两端的接头处分别设置有线圈，该线圈与相邻短节接头处的线圈形成耦合器，数据在所述耦合器的两线圈之间通过磁感应耦合原理进行传输；所述中继短节还包括：解调模块、调制模块和放大电路；
所述解调模块，用于接收从井下上传的第一相位连续FSK信号，并对所述第一相位连续FSK信号采用锁相环电路进行相位连续FSK信号解调，得到原始测量数字信号；
所述调制模块，用于对所述原始测量数字信号进行相位连续FSK信号调制，得到第二相位连续FSK信号；
所述放大电路，用于对所述第二相位连续FSK信号进行功率放大，并将放大后的信号继续上传至井上；
其中，所述锁相环电路包括：SE564锁相环芯片、环路滤波器及外接在SE564锁相环芯片引脚12、13的定时电容，所述定时电容包括多支容值不同的电容支路；
所述中继短节还包括：单片机和分别与所述单片机和所述定时电容控制连接的多路复用器；
所述单片机，用于控制所述多路复用器切换外接在所述SE564锁相环芯片引脚12、13的定时电容中的电容支路，以使得所述SE564锁相环芯片中射级耦合多谐振荡器的中心频率接近当前磁感应信道的谐振频率，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：王尔钧，李中，郭永宾，钟其水，谢玉洪，李辉，刘振江，孟文波，颜帮川，赵启彬，任冠龙，董钊，张崇，余意，崔龙，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司湛江分公司，电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44