【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种工业自动化和无线能量传输，特别是关于一种应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环及其方法和调制解调系统。
技术介绍
1、在现代工业自动化领域，智能钻杆被广泛应用于深井钻探、油气开采等过程。然而，传统的供电与通信方式面临着诸多挑战，主要包括以下几种：
2、有线供电：有线供电方式存在导线缠绕的问题，无法直接使用，且在深井环境中容易损坏。
3、内置电池供电：内置电池的电量有限，必须定期更换，在某些更换电池不被允许的情况下，该供电方式将影响作业的连续性。
4、电刷式滑环供电：电刷式滑环的磨损较快，导致能量传输不稳定，且需要定期维护，增加了运营成本。且防爆电滑环结构复杂，体积较大，在智能钻杆上的安装容易产生结构干涉。
5、旋转变压器供电：旋转变压器的安装工艺要求高，容易受到温度变化等环境因素的影响，且导致供电不稳定。
6、综上所述，传统的供电和数据传输方式不仅限制了钻杆的灵活性，还可能导致供电不稳、电缆磨损、信号干扰等问题，严重影响作业效率和安全性。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环及其方法和调制解调系统，基于电磁耦合技术的滑环设计，以实现智能钻杆的高效无线供电与双向无线通信，克服现有技术中的不足，提高系统的稳定性和可靠性。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其包括：
3、进一步，送电端外壳和受电端外壳都采用环形结构；位于送电端外壳的外侧端端部设置有定子固定端。
4、进一步，受电端外壳套接在智能钻杆上，并采用防松顶丝固定。
5、进一步，磁芯由若干块u型磁芯排列拼接而成，且每块u型磁芯都采用多块铁氧体磁钢拼接成，铁氧体磁钢采用长方体状结构。
6、进一步，相邻铁氧体磁钢之间采用速干胶固定；相邻u型磁芯之间也采用速干胶固定。
7、进一步，送电端外壳的内侧端与受电端外壳的内侧端两者之间具有间隙，以使两者的外侧端内设置的磁芯之间具有间距。
8、进一步，在送电端外壳和受电端外壳上都设置有过线孔，以使送电端线圈和受电端线圈的引出线缆分别穿过对应的过线孔，并分别通过格兰将引出线缆密封固定在对应的外壳上。
9、进一步，送电端线圈的引出线缆经送电端供电/通信线连接至供电/通信线路板，受电端线圈的引出线缆经受电端供电/通信线插入智能钻杆保护短节，与供电/通信主回路连接。
10、一种应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环的安装方法，用于安装上述用于安装上述各实施例中的应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其包括：
11、清理壳体表面；
12、将送电端外壳或受电端外壳固定在安装平台上，保持其水平；
13、将多块铁氧体磁钢拼接成u型磁芯，并使用速干胶固定；
14、将若干块u型磁芯，均匀排布在送电端外壳的环形槽中，使用速干胶固定；
15、将双芯线缆剥去外皮，以螺旋状缠绕于u型磁芯槽底，达到设定匝数后将线缆从送电端外壳或受电端壳体的穿线孔穿出，使用防爆格兰11将其密封固定在壳体上；
16、将环氧树脂均匀灌注在磁钢和线圈上方，保证液面与壳体上表面持平；静置后以确保灌封胶彻底固化；
17、将受电端外壳套接于智能钻杆外侧，使用防松顶丝固定，确保其与钻杆相对静止，同步旋转；
18、将送电端外壳套接于受电端外壳上方，两者通过不锈钢滚珠以类轴承形式连接，滚珠外涂覆固体润滑油；送电端与受电端间距约为2mm，以确保磁芯间隙约为3mm；
19、将铰链或线缆连接送电端的定子固定端；
20、将送电端的引出线缆连接供电/通信线路板，将受电端引出线缆插入智能钻杆保护短节，与供电/通信主回路相连。
21、一种应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环的调制解调系统，基于上述用于安装上述各实施例中的应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环实现，其包括：送电端电路和受电端电路；
22、送电端电路的高频逆变电路将直流电源提供的直流电能转换为高频交流电能，传输至谐振补偿电路；
23、2fsk调制电路将数据处理中心发送的下行信号加载至高频交流电能中，传输至谐振补偿电路；
24、谐振补偿电路将稳定输出电磁感应驱动信号，电磁感应能量与信号经由送电端线圈无线传送至受电端线圈；
25、电磁感应能量与信号经受电端电路中的谐振补偿电路传输至整流电路，由整流电路将电磁感应能量与信号转换为直流信号，以为智能钻杆负载和受电端电路中的调制解调电路供电；
26、电磁感应能量依次经隔离电路、带通滤波器、解调放大电路和检波电路后，输出上行信号，传输至受电端mcu；
27、受电端传感数据打包形成上行信号，依次通过2fsk调制电路和谐振补偿电路，由谐振补偿电路输出反向驱动电磁感应信号，反向驱动电磁感应信号经受电端线圈无线传送至送电端线圈；同时，并通过与送电端电路相同的检波过程返回至送电端mcu，通过有线方式发送至数据处理中心。
28、本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
29、1、本专利技术电磁耦合式滑环的防爆结构，采用电磁耦合技术设计滑环结构，所设计的滑环体积小，扁平式构造不会形成对钻杆的干涉，安装方便，适合智能钻杆的应用场景。使用u型磁钢拼组环状磁芯，避免整体磁芯的难加工、易破损等问题；环形磁芯配合上平面螺旋线圈，在耦合距离为3mm左右时，可实现高效率的无线能量传输和双向数据通信；使用环氧树脂灌封磁芯和线圈，满足防爆认证要求。
30、2、本专利技术电磁耦合式滑环调制解调系统，采用基于能量信号的2fsk调频调制技术，在电磁耦合式滑环的发射端（送电端）将通信数据调制至能量信号中，通过电磁感应，把能量和数据无线发送至接收端（受电端）。接收端再通过2fsk解调技术，将能量和数据分离，能量用于接收端的供电，包括受电端电路板和负载（传感器等）；数据用于完成传感器终端的控制和检测。
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1.一种应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，送电端外壳和受电端外壳都采用环形结构；位于送电端外壳的外侧端端部设置有定子固定端。
3.如权利要求1所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，受电端外壳套接在智能钻杆上，并采用防松顶丝固定。
4.如权利要求1所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，磁芯由若干块U型磁芯排列拼接而成，且每块U型磁芯都采用多块铁氧体磁钢拼接成，铁氧体磁钢采用长方体状结构。
5.如权利要求4所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，相邻铁氧体磁钢之间采用速干胶固定；相邻U型磁芯之间也采用速干胶固定。
6.如权利要求1所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，送电端外壳的内侧端与受电端外壳的内侧端两者之间具有间隙，以使两者的外侧端内设置的磁芯之间具有间距。
7.如权利要求1所述应用于智能钻杆无线供电与通信
8.如权利要求7所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，送电端线圈的引出线缆经送电端供电/通信线连接至供电/通信线路板，受电端线圈的引出线缆经受电端供电/通信线插入智能钻杆保护短节，与供电/通信主回路连接。
9.一种应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环的安装方法，用于安装如权利要求1至8任一项所述用于安装上述各实施例中的应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，包括：
10.一种应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环的调制解调系统，基于如权利要求1至8任一项所述用于安装上述各实施例中的应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环实现，其特征在于，包括：送电端电路和受电端电路；
...【技术特征摘要】
1.一种应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，送电端外壳和受电端外壳都采用环形结构；位于送电端外壳的外侧端端部设置有定子固定端。
3.如权利要求1所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，受电端外壳套接在智能钻杆上，并采用防松顶丝固定。
4.如权利要求1所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，磁芯由若干块u型磁芯排列拼接而成，且每块u型磁芯都采用多块铁氧体磁钢拼接成，铁氧体磁钢采用长方体状结构。
5.如权利要求4所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，相邻铁氧体磁钢之间采用速干胶固定；相邻u型磁芯之间也采用速干胶固定。
6.如权利要求1所述应用于智能钻杆无线供电与通信的电磁耦合式滑环，其特征在于，送电端外壳的内侧端与受电端外壳的内侧端两者之间具有间隙，以使两者的外侧端内设置的磁芯之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：李中，吴怡，焦金刚，马英文，谢仁军，张天玮，刘丹，张世平，李振波，李秉轩，赵小力，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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