一种新型远距离无线双向通信检测系统研究
发布时间：2020-12-29 07:50
为满足测井过程中需要实时准确获得井下温度压力等相关数据,以及测试人员对井下工作系统的远距离实时操作的需求,设计了一种新型远距离无线双向通信检测系统。该系统由井下模块与地面模块组成。针对井下通信信道复杂,上行下行信号需在同一信道中传输,信号衰减严重且信噪比低的难点,设计了基于时频分复用协议的低频电磁场信道,并采用小波去噪等方法解决微弱信号测量的难题。试验表明,该系统在实地工况下首次成功实现套管井中的双向通信,对测井等远距离检测技术发展具有积极意义。
【文章来源】：电测与仪表. 2020年15期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1 双向通信检测系统构架图
在该协议中，井下模块的时隙被划分为发送数据、休眠和接收指令三个部分循环进行。地面模块则分为信号接收与指令发射两个部分。在系统工作时，地面模块向井下发送开机指令与发射数据指令，井下模块开机后根据指令发射实时测量数据后进入休眠状态，此时地面模块进入信号接收状态并接收井下数据。地面装置接收数据后，在人为控制下向井下装置继续发送人为设定的指令，例如停止发射或继续发射等指令。井下装置在休眠状态中检测到地面指令后，根据地面指令执行命令，进入下一个工作循环。基于此设计，同一时刻信道中仅会存在上行数据和下行指令中的一个，实现两者在同一信道中传输，且可通过人为控制地面模块的工作状态控制系统通信方向。协议中时隙分配如图2所示。同时井下数据上行和地面指令下行采用不同的频段。在载频的选取中，考虑到频率越低，地层对电磁波的衰减越小[7]，但同时频率越低，带宽越窄，数据传输速度越慢，需对两者折中考虑。同时，载频的选择也需考虑接收装置所使用的采集卡的采样率是由载频设定的。综上考虑，选择上行数据为载频为6.25 Hz的调制信号，下行指令为载频为2.5 Hz的调制信号。
为实现检测系统信号的双向传输，系统整体构架已在图1中给出。系统设计的模块图如图3所示，由井下模块与地面模块组成。系统基于时频分复用协议工作。井下模块包含井下发射模块和井下接收模块，并与井下测试用传感器连接。传感器使用310-38-520系列传感器。该传感器可用于测量范围为0-35 000 PSIA与-40℃～+218℃的压力与温度数据。井下模块使用单片机AT 90CAN128进行整体控制，使用XR-2211芯片进行解调，使用AD 7399进行DA输出。上行通信时，井下发射模块将传感器得到的数据解调后通过低频电磁场信道向地面发送。井下装置的休眠过程则基于单片机的Standby模式，即在休眠的同时以极低的电流维持时间基准，并具有对指令的快速启动能力。在地面指令下行传输时，井下接收模块检测指令，单片机根据指令调整自身的工作状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低频微弱信号高精度检测研究[J]. 郎平,韩磊,李岩. 北京理工大学学报. 2020(02)
[2]改进小波阈值去噪法在谐波检测中的应用[J]. 谭莲子,张莉萍,解大,陈宇晨,彭璐佳. 电测与仪表. 2019(13)
[3]低频电磁波无线通信技术及在油田动态长期监测中的应用[J]. 陈洪明. 江汉石油职工大学学报. 2019(01)
[4]高频信号注入法测量配电网电容电流及滤波的研究[J]. 景旭,孙岩洲,宋晓燕. 电测与仪表. 2016(24)
[5]井下测试数据无线直读技术研究与现场应用[J]. 韩雄,庞东晓,刘飞,温杰文,王志敏. 油气井测试. 2016(06)
[6]井下无线微小信号识别技术研究[J]. 庞东晓,潘登,贺秋云. 石油机械. 2016(03)
[7]基于改进的小波阈值的电能质量信号去噪[J]. 许超. 电测与仪表. 2015(05)
[8]井下测试数据地面直读技术发展现状[J]. 刘飞,贺秋云,肖军,张明友,潘登,林轶斌,庞东晓. 钻采工艺. 2013(04)
[9]地层对电磁随钻测量信号的影响研究[J]. 呼石磊,鄢泰宁,李晓. 煤炭科学技术. 2011(09)
[10]井下测试数据无线传输技术探讨[J]. 胡长翠,张明友,张琴,双凯,尹洪东. 钻采工艺. 2011(01)
硕士论文
[1]心电可穿戴检测干扰抑制算法研究[D]. 胡佳伟.南京大学 2018
[2]超低频极低频波在地—各向异性电离层波导中的传播机理研究[D]. 李国政.浙江大学 2012
本文编号：2945296
【文章来源】：电测与仪表. 2020年15期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1 双向通信检测系统构架图
在该协议中，井下模块的时隙被划分为发送数据、休眠和接收指令三个部分循环进行。地面模块则分为信号接收与指令发射两个部分。在系统工作时，地面模块向井下发送开机指令与发射数据指令，井下模块开机后根据指令发射实时测量数据后进入休眠状态，此时地面模块进入信号接收状态并接收井下数据。地面装置接收数据后，在人为控制下向井下装置继续发送人为设定的指令，例如停止发射或继续发射等指令。井下装置在休眠状态中检测到地面指令后，根据地面指令执行命令，进入下一个工作循环。基于此设计，同一时刻信道中仅会存在上行数据和下行指令中的一个，实现两者在同一信道中传输，且可通过人为控制地面模块的工作状态控制系统通信方向。协议中时隙分配如图2所示。同时井下数据上行和地面指令下行采用不同的频段。在载频的选取中，考虑到频率越低，地层对电磁波的衰减越小[7]，但同时频率越低，带宽越窄，数据传输速度越慢，需对两者折中考虑。同时，载频的选择也需考虑接收装置所使用的采集卡的采样率是由载频设定的。综上考虑，选择上行数据为载频为6.25 Hz的调制信号，下行指令为载频为2.5 Hz的调制信号。
为实现检测系统信号的双向传输，系统整体构架已在图1中给出。系统设计的模块图如图3所示，由井下模块与地面模块组成。系统基于时频分复用协议工作。井下模块包含井下发射模块和井下接收模块，并与井下测试用传感器连接。传感器使用310-38-520系列传感器。该传感器可用于测量范围为0-35 000 PSIA与-40℃～+218℃的压力与温度数据。井下模块使用单片机AT 90CAN128进行整体控制，使用XR-2211芯片进行解调，使用AD 7399进行DA输出。上行通信时，井下发射模块将传感器得到的数据解调后通过低频电磁场信道向地面发送。井下装置的休眠过程则基于单片机的Standby模式，即在休眠的同时以极低的电流维持时间基准，并具有对指令的快速启动能力。在地面指令下行传输时，井下接收模块检测指令，单片机根据指令调整自身的工作状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低频微弱信号高精度检测研究[J]. 郎平,韩磊,李岩. 北京理工大学学报. 2020(02)
[2]改进小波阈值去噪法在谐波检测中的应用[J]. 谭莲子,张莉萍,解大,陈宇晨,彭璐佳. 电测与仪表. 2019(13)
[3]低频电磁波无线通信技术及在油田动态长期监测中的应用[J]. 陈洪明. 江汉石油职工大学学报. 2019(01)
[4]高频信号注入法测量配电网电容电流及滤波的研究[J]. 景旭,孙岩洲,宋晓燕. 电测与仪表. 2016(24)
[5]井下测试数据无线直读技术研究与现场应用[J]. 韩雄,庞东晓,刘飞,温杰文,王志敏. 油气井测试. 2016(06)
[6]井下无线微小信号识别技术研究[J]. 庞东晓,潘登,贺秋云. 石油机械. 2016(03)
[7]基于改进的小波阈值的电能质量信号去噪[J]. 许超. 电测与仪表. 2015(05)
[8]井下测试数据地面直读技术发展现状[J]. 刘飞,贺秋云,肖军,张明友,潘登,林轶斌,庞东晓. 钻采工艺. 2013(04)
[9]地层对电磁随钻测量信号的影响研究[J]. 呼石磊,鄢泰宁,李晓. 煤炭科学技术. 2011(09)
[10]井下测试数据无线传输技术探讨[J]. 胡长翠,张明友,张琴,双凯,尹洪东. 钻采工艺. 2011(01)
硕士论文
[1]心电可穿戴检测干扰抑制算法研究[D]. 胡佳伟.南京大学 2018
[2]超低频极低频波在地—各向异性电离层波导中的传播机理研究[D]. 李国政.浙江大学 2012
本文编号：2945296
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