Способ передачи и приема забойной информации

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике для передачи информации из забоя при бурении нефтяных или газовых скважин и при их освоении. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности передачи информационного сигнала по одной линии связи с током питания. Сущность изобретения: обеспечивают независимость среднего значения тока питания от информационного сигнала путем формирования сигнала последовательностью импульсов периодических выключений ключевого элемента длительностью τ и периодом следования Т, так что где τ₀ - длительность выключения ключевого элемента при передаче "нуля" двоичного кода; τ₁ - длительность выключения ключевого элемента при передаче "единицы" двоичного кода; Т₀ - длительность времени между последовательными выключениями ключевого элемента при передаче "нуля" двоичного кода; T₁ - длительность времени между последовательными выключениями ключевого элемента при передаче "единицы" двоичного кода, причем время передачи "единицы" и "нуля" одинаково, а синхрослова кодируют поочередно прямым и инверсным двоичными кодами. 4 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике для передачи информации из забоя при бурении нефтяных или газовых скважин и при их освоении.

Известен способ передачи и приема информации по двухпроводной линии связи, в котором измеряемую информацию кодируют параллельным кодом, затем преобразуют в последовательный код, формируют последовательность синхроимпульсов, которыми наполняют последовательный код, передают его по двухпроводной линии связи, а затем преобразуют в параллельный (см., например, а.с. 1767511 кл. G 08 C 19/28 опубл. 1992).

Необходимость постоянной передачи синхроимпульсов делает этот способ плохо помехозащищенным.

Наиболее близким способом передачи и приема информации является способ, в котором формируют параллельный двоичный код, кодируют синхрослово, преобразуют в последовательный двоичный код, для достоверности передачи вводят проверочные символы, передачу осуществляют циклически, а затем выделяют синхрослова и декодируют (см. например, а.с. 1583953 кл. G 08 C 19/28, опубл. 1990).

Недостаток этого способа заключается в том, что синхрослово остается общим для всех блоков сообщения, что в ряде случаев, в частности при медленном обновлении информации, снижает помехозащищенность способа передачи.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности передачи сигналов по одной линии связи с током питания.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, основанном на преобразовании сигналов с датчиков в последовательный двоичный код и кодировании синхрослова кодирующим блоком, установленным на передающей стороне, циклической передаче кодированных информационных сигналов при помощи ключевого элемента и приеме их с выделением синхрослова и декодирования на приемной стороне, обеспечивают независимость среднего значения тока питания от информационного сигнала путем формирования последнего последовательностью периодических выключений ключевого элемента на время τ и периодом следования T, так что где τ_o - длительность выключения ключевого элемента при передаче "нуля" двоичного кода; τ₁ - длительность выключения ключевого элемента при передаче "единицы" двоичного кода; T₀ - длительность времени между последовательными выключениями ключевого элемента при передаче "нуля" двоичного кода; T₁ - длительность времени между последовательными выключениями ключевого элемента при передаче "единицы" двоичного кода.

Причем время передачи "единицы" и "нуля" двоичного кода одинаково, а синхрослова кодируют поочередно прямым и инверсным двоичным кодом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена временная последовательность включений и выключений ключевого элемента при передаче "нуля" двоичного кода, на фиг. 2 - временная последовательность включений и выключений ключевого элемента при передаче "единицы" двоичного кода, на фиг. 3 - временная последовательность передачи кадров, на фиг. 4 - схема устройства передачи и приема информации, реализующая заявленный способ.

В основе способа передачи и приема информации с забоя скважины лежит время-импульсный метод кодирования. Для этого информацию, снятую с датчиков, установленных на забое скважины, преобразуют в последовательный двоичный код а каждый бит этого кода передается последовательностью импульсов. При этом задают длительность импульсов τ_o - нулевого и τ₁ - единичного битов и их период следования T₀ и T₁ так, чтобы соблюдалось условие постоянства скважности и условие одинаковой длительности бита "1" и "0", т.е. N₀T₀ = N₁T₁, где N₀ -число импульсов τ в бите "0", N₁ - число импульсов в бите "1".

Объем информации со всех датчиков представляет информационный кадр. Между кадрами вставляются синхрослова, маркирующие начало (или конец) кадра. Одинаковая длительность единичных и нулевых битов т.е. соотношение N₀T₀ = N₁T₁, обеспечивает неизменную фиксированную длительность кадра, а также всех информационных слов, содержащихся в нем.

Кодирование синхрослова осуществляют чередуя прямой и инверсный двоичный код от кадра к кадру. Затем последовательный двоичный код в виде временной последовательности импульсов тока непрерывно передают по линии связи.

На приемной стороне принимают кодированный сигнал, выделяют синхрослова и декодируют.

Устройство содержит (см. фиг. 4) забойную 1 и приемную 2 части, соединенные линией связи 3, которая представляет собой геофизический кабель.

Забойная часть 1 содержит входной стабилизатор 4 с гальванической развязкой, на вход которого подключен блок конденсаторов 5, ключевой элемент 6, управление которым осуществляет блок измерения и кодирования информации 7, на вход которого подключены информационные датчики 8.

Приемная (наземная) часть 2 содержит источник 9 постоянного напряжения, подключенный к линии связи 3, преобразователь ток-напряжение 10 (резистор) подключен к нулевой шине (или блоку кабеля) линии связи 3, съем информации с преобразователем ток-напряжение 10 осуществляют через декодер 11 и далее информация поступает на блок 12 обработки и регистрации.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение питания для скважинной части 1 поступает с наземной части 2 по линии связи 3. При этом ключевой элемент 6 замкнут, конденсаторы 5 заряжаются до некоторой величины, достаточной для нормальной работы входного стабилизатора 4 с гальванической развязкой, который обеспечивает питание всех блоков забойной части.

Передача информации с забойной части 1 происходит следующим образом.

Измерительная информация с датчиков 8 кодируется в виде двоичного последовательного кода в блоке 7. В программу блока 7 входит также формирование синхрослова и создание временной последовательности с учетом условия Из блока 7 временные импульсы подаются на ключевой элемент 6, который в соответствии с ними размыкается на время τ и замыкается. Ток, протекающий по линии связи 3, при включении-выключении ключа 6 изменяется от максимального значения до нуля. В приемной части 2 эти изменения тока выделяются на преобразователе ток-напряжение (резисторе) 10 в виде импульсов напряжения последовательного кода, сформированного на передающей стороне. Этот код подается на декодер 11, где принятый сигнал декодируется и далее поступает в блок обработки и регистрации 12.

Таким образом передача и прием информации осуществляется из скважинной части в приемную по линии связи 3.

Условие постоянства скважности импульсов
обеспечивает неизменность среднего времени пребывания ключевого элемента 6 во включенном и в выключенном состоянии и независимость этого времени от содержания передающей информации, следовательно независимость среднего тока в линии связи 3 от числа передаваемых сигналов "1" и "0" двоичного кода. Это условие позволяет исключить влияние информационных сигналов на цепь питания забойной части, несмотря на то, что используется один и тот же электрический провод.

Условие постоянства и неизменности длительности "1" и "0" двоичного кода, т. е. N₀T₀ = N₁T₁ обеспечивает постоянную длительность как отдельных составляющих (слов) так и информационного кадра в целом, что существенно упрощает процесс приема и декодирования информации и повышает помехозащищенность канала связи. Если условие постоянства скважности обеспечивает неизменность мощности передачи, то условие постоянства длительности обеспечивает постоянную и одинаковую энергию, передаваемую в битах "1" и "0", что упрощает их прием.

Кодирование синхрослова в виде чередования прямого и инверсного кода от кадра к кадру обеспечивает его скорейшее обнаружение на фоне "медленного" изменения информации с датчиков. Такое кодирование синхрослова дает большие преимущества при передаче сигналов по кабельному каналу связи с относительно высокой пропускной способностью.

Формула изобретения

Способ передачи и приема забойной информации, основанный на преобразовании сигналов с датчиков в последовательный двоичный код и кодировании синхрослова кодирующим блоком, установленным на передающей стороне, циклической передаче кодированных информационных сигналов ключевым элементом и приеме их с выделением синхрослова и декодирования на приемной стороне, отличающийся тем, что обеспечивают независимость среднего значения тока питания от информационного сигнала путем формирования последнего последовательностью периодических включений и выключений ключевого элемента длительностью τ и периодом следования Т, так что

где τ₀ - длительность выключения ключевого элемента при передаче "нуля" двоичного кода;
τ₁ - длительность выключения ключевого элемента при передаче "единицы" двоичного кода;
Т₀ - длительность времени между последовательными выключениями ключевого элемента при передаче "нуля" двоичного кода;
Т₁ - длительность времени между последовательными выключениями ключевого элемента при передаче "единицы" двоичного кода, причем время передачи "единицы" и "нуля" двоичного кода одинаково, а синхрослова кодируют поочередно прямым и инверсным двоичными кодами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4