煤矿井下电磁波无线随钻测量系统的设计与实现

发布时间：2021-01-30 05:59

　　为保证煤矿安全高效开采,我国每年累计施工数亿米长度的治理瓦斯钻孔工程。为提高钻孔施工效率及质量,保障煤矿安全高效开采,设计了一种煤矿井下电磁波无线随钻测量系统。该系统可随钻测量钻井姿态等参数,通过钻柱与接地线之间形成电势回路,将测得信号通过地层传输到钻机后被接收,实时显示钻孔内近钻头处的钻探参数,可应用于定向钻井施工。经现场工业性试验验证,该仪器使用电磁波传输信号时,信号最大传输距离为500 m,传输速率可达50 bit/s。 

【文章来源】：电子设计工程. 2020,28(13)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

系统构成框图

智能数传系统由低功耗的FPGA芯片Intel?Cyclone?10CX085和D/A模块AD7111组成的DDS电路产生发射信号，经可变增益放大器等多级放大器放大后输出，可通过DDS电路调节通信频率，通过可变增益放大器调节通信功率[10-16]。信号的接收电路主要由开关电容带通滤波器MAX267组成，如图2所示，可通过编程调节带通滤波器的中心频率[17-19]。3 孔中装置

孔中装置由绝缘短节与探管组成。绝缘短节为孔中装置的收发天线，两端相互绝缘，为满足通信需求，其绝缘电阻在DC500 V时不得小于500 MΩ。如图3所示，绝缘短节中间的绝缘段长度越长传输损耗越小，但加工难度也越高。同时为满足钻进需要，其直径需与钻杆外径相同，抗扭矩不小于10 000 N·m。探管包括可充电电池组、智能电源管理单元、姿态测量单元和多模式数传系统。探管的电池组可单独使用给探管供电，也可外接涡轮发电机充电，以满足长时间（大于100小时）连续工作的需求。智能电源管理单元采用姿态检测、压力检测和综合决策等技术智能管理系统电源，根据需要自动给孔中测量模块进行供电、断电，控制孔中设备的工作状态，在钻进过程中休眠，停钻测量时唤醒，降低系统功耗。姿态测量单元将测得的姿态数据发送给多模式数传系统，多模式数传系统以设定的调制模式将数据调制，并通过地层/钻杆传输通道完成与孔口控制器的双向通信。

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本文编号：3008383