随钴电磁中继传输电路系统研究
发布时间：2021-06-05 05:34
随钻电磁中继电路传输系统是利用电磁波把井下地层的方位信息通过中继转发装置进行电磁波的再次传输的技术,对提高井下的传输深度有着重要的作用。而这种传输方式以其结构简单、传输距离远而得到广泛的应用。相比于国外,国内的随钻测量技术就比较落后,大多是处在实验室阶段,没有成熟的产品。因此要想打破国外的垄断局面,就必须自主研发出高质量的随钻测井仪器。由于国内的各大油田公司相继的进驻这一领域,所以研制随钻中继电路是当前热门的攻坚任务。本课题在上述随钻测井的研究背景下,对随钻电磁中继传输电路仪器的接收转发及发射功能进行了设计和研究。包括的工作内容如下:（1）根据项目要求的技术指标以及工程需要,设计了随钻电磁中继传输电路系统的收发整体系统框图和方案。（2）针对中继电路系统的接收和发射部分,提出了低噪声滤波放大方案,实现了电磁测井的前级调理作用。数字信号处理方面,提出了由FPGA最小系统负责BPSK解调以及外部控制程序,在调制方面,提出了由STM单片机负责调制工作。实现了从中继接收和再次发射的全过程。（3）针对项目的随钻钻杆仪器的空间尺寸,提出了基于高度集成SOC硬件电路系统方案,这种一体化方案实现信号的采...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
随钻电磁无线传输示意图
ln4CFrr 公式（2-4）中：C为传输带宽，单位为bit/s；m为10Hz以下的低频噪声电平，单位为uV/Hz；A为钻杆材料系数，钢制钻杆为2.6，合金钻杆为0.13；P为发射功率，单位为W；r为金属钻杆直径，单位为m；F为信号传输频率，单位为Hz；ρ为地层电阻率，单位为Ω·m；因此从公式（2-4）中可以看出，电磁随钻传输所传输的最远距离是在于受 F、ρ 和 P 的直接影响[15]。如图 2-5 所示，图中给出了发射功率、 接受电压、号调制频率以及地层电阻率之间的相关关系。从中可以看出，当地层的电阻率变时，调制的信号载波的频率就越小，中继器接收信号也就越强。另一方面，继器所能接受到的信号强度随着地层的电阻率以及传输频率的变化，而产生相的变化。
图 3-2 JTAG 配置示意图如下图 3-3 所示，展示的是 XILINX spartan6 的最小系统原理图，包括供电电路、时钟晶振电路、JTAG 接口电路。FPGA 通过 FLASH XCF6S 来存储程序，共同构成了 JTAG 配置类型。COM6 是板级的下载口，它连接了 XILINX FPGA 和FLASH 形成 JTAG 链，通常情况下，加载程序有两种方式：第一种是 bit 文件下载它是直接下载到 FPGA 中，缺点是每次一掉电程序会丢失；另一种下载配置是通过 JTAG 把程序下到 FLASH 中，再通过 FLASH 把程序加载到 FPGA 中，不同之处是每次下电之后，FLASH 会存储之前下载的程序，等下次上电之后，FPGA 会自动加载 FLASH 中的程序。3.2.2 ADC 采样电路本课题对比了模拟解调和数字解调两种主流的方式，由于模拟解调在精度、抗噪方面等方面有很差的性能，但在随钻系统中对于噪声的要求有着严格的规定所以解调方式采用数字解调的方式。但天线接收到的信号是调制的模拟信号，所
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB的FIR滤波器的仿真与设计[J]. 刘俊宏,杨晨光,张花普. 电脑知识与技术. 2016(33)
[2]电磁随钻测量系统D类功率放大电路设计[J]. 严丰,孙向阳. 现代电子技术. 2016(02)
[3]井下电磁中继传输技术研究及应用[J]. 胡越发,杨春国,高炳堂,王立双. 科技导报. 2015(15)
[4]基于FPGA的电子密码锁设计[J]. 汪浩,陈学英. 现代电子技术. 2014(19)
[5]国内EM-MWD技术发展现状及在煤层气中的应用展望[J]. 杜俊杰,范业活,韩永国. 中国煤层气. 2014(04)
[6]随钻测量数据传输方式的现状和发展趋势[J]. 刘海军. 西部探矿工程. 2014(04)
[7]高稳定BPSK信号载波相位同步算法[J]. 刘安邦,安建平,王爱华. 北京理工大学学报. 2011(07)
[8]基于FPGA的BPSK调制与解调器设计[J]. 高磊,陈志强,吴黎慧,胡洋,蒲南江. 电子测试. 2011(06)
[9]一种基于Costas环的BPSK解调设计[J]. 张才霞,王少云,刘海颖. 信息化研究. 2010(11)
[10]无线随钻测量信息传输的现状与问题[J]. 袁鹏斌,余荣华,欧阳志英. 焊管. 2010(10)
硕士论文
[1]随钻测量无线电磁传输系统的设计与实现[D]. 张光辉.电子科技大学 2017
[2]随钻测量无线电磁传输中模拟系统的设计与实现[D]. 严丰.电子科技大学 2016
[3]随钻电阻率测井中频综与收发系统电路的设计与实现[D]. 曾文斌.电子科技大学 2012
本文编号：3211540
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
随钻电磁无线传输示意图
ln4CFrr 公式（2-4）中：C为传输带宽，单位为bit/s；m为10Hz以下的低频噪声电平，单位为uV/Hz；A为钻杆材料系数，钢制钻杆为2.6，合金钻杆为0.13；P为发射功率，单位为W；r为金属钻杆直径，单位为m；F为信号传输频率，单位为Hz；ρ为地层电阻率，单位为Ω·m；因此从公式（2-4）中可以看出，电磁随钻传输所传输的最远距离是在于受 F、ρ 和 P 的直接影响[15]。如图 2-5 所示，图中给出了发射功率、 接受电压、号调制频率以及地层电阻率之间的相关关系。从中可以看出，当地层的电阻率变时，调制的信号载波的频率就越小，中继器接收信号也就越强。另一方面，继器所能接受到的信号强度随着地层的电阻率以及传输频率的变化，而产生相的变化。
图 3-2 JTAG 配置示意图如下图 3-3 所示，展示的是 XILINX spartan6 的最小系统原理图，包括供电电路、时钟晶振电路、JTAG 接口电路。FPGA 通过 FLASH XCF6S 来存储程序，共同构成了 JTAG 配置类型。COM6 是板级的下载口，它连接了 XILINX FPGA 和FLASH 形成 JTAG 链，通常情况下，加载程序有两种方式：第一种是 bit 文件下载它是直接下载到 FPGA 中，缺点是每次一掉电程序会丢失；另一种下载配置是通过 JTAG 把程序下到 FLASH 中，再通过 FLASH 把程序加载到 FPGA 中，不同之处是每次下电之后，FLASH 会存储之前下载的程序，等下次上电之后，FPGA 会自动加载 FLASH 中的程序。3.2.2 ADC 采样电路本课题对比了模拟解调和数字解调两种主流的方式，由于模拟解调在精度、抗噪方面等方面有很差的性能，但在随钻系统中对于噪声的要求有着严格的规定所以解调方式采用数字解调的方式。但天线接收到的信号是调制的模拟信号，所
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB的FIR滤波器的仿真与设计[J]. 刘俊宏,杨晨光,张花普. 电脑知识与技术. 2016(33)
[2]电磁随钻测量系统D类功率放大电路设计[J]. 严丰,孙向阳. 现代电子技术. 2016(02)
[3]井下电磁中继传输技术研究及应用[J]. 胡越发,杨春国,高炳堂,王立双. 科技导报. 2015(15)
[4]基于FPGA的电子密码锁设计[J]. 汪浩,陈学英. 现代电子技术. 2014(19)
[5]国内EM-MWD技术发展现状及在煤层气中的应用展望[J]. 杜俊杰,范业活,韩永国. 中国煤层气. 2014(04)
[6]随钻测量数据传输方式的现状和发展趋势[J]. 刘海军. 西部探矿工程. 2014(04)
[7]高稳定BPSK信号载波相位同步算法[J]. 刘安邦,安建平,王爱华. 北京理工大学学报. 2011(07)
[8]基于FPGA的BPSK调制与解调器设计[J]. 高磊,陈志强,吴黎慧,胡洋,蒲南江. 电子测试. 2011(06)
[9]一种基于Costas环的BPSK解调设计[J]. 张才霞,王少云,刘海颖. 信息化研究. 2010(11)
[10]无线随钻测量信息传输的现状与问题[J]. 袁鹏斌,余荣华,欧阳志英. 焊管. 2010(10)
硕士论文
[1]随钻测量无线电磁传输系统的设计与实现[D]. 张光辉.电子科技大学 2017
[2]随钻测量无线电磁传输中模拟系统的设计与实现[D]. 严丰.电子科技大学 2016
[3]随钻电阻率测井中频综与收发系统电路的设计与实现[D]. 曾文斌.电子科技大学 2012
本文编号：3211540
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