Проводной канал телеметрической связи

 

Изобретение относится к области телеизмерения и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности при бурении и исследовании скважин. Задача изобретения - повышение помехоустойчивости передачи информации с одновременным устранением разрывов питания скважинного прибора при передаче информации по одножильному кабелю, а также обеспечение двунаправленной передачи информации. Проводной канал телеметрической связи содержит наземную и скважинную части, соединенные линией связи. Наземная часть содержит блок питания, представляющий собой источник постоянного напряжения, одним выводом подключенный к линии связи, другим - к преобразователю ток - напряжение, соединенному с линией связи. Наземная часть снабжена ключевым элементом, включенным параллельно с резистором преобразователя ток - напряжение и подключенным по управляющему выводу к микропроцессорной системе, а также первой дифференцирующей схемой, соединенной с преобразователем ток - напряжение и включенной последовательно с первым гистерезисным элементом, соединенным с микропроцессорной системой. Скважинная часть, содержащая измерительный блок и скважинный блок питания, также содержит управляемый источник тока, подключенный двумя выводами к линии связи, а управляющим выводом - к микроконтроллеру, который соединен с измерительным блоком, входной блок, подключенный входными выводами к линии связи, а выходными - к стабилитрону и скважинному блоку питания, а также вторую дифференцирующую схему, соединенную с линией связи и включенную последовательно со вторым гистерезисным элементом, который соединен с микроконтроллером. 2 ил.

Изобретение относится к области телеизмерения и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности при бурении и исследовании скважин.

Известно устройство для передачи информации по одножильному кабелю связи, содержащее передающую и приемную части, соединенные каротажным кабелем, при этом передающая часть содержит шифратор, соединенный с двумя ключевыми элементами и дроссель, а приемная часть - наземный блок питания, представляющий источник постоянного тока, а так же компараторы и дешифратор (А.с. СССР №1317114, кл. Е 21 В 47/02, опубл. 1987). В этом устройстве передача информации осуществляется в одном направлении путем замыкания и размыкания цепи источника тока, что отражается на напряжении в приемной части устройства.

К недостаткам данного устройства следует отнести невысокую помехозащищенность вследствие использования источника тока в приемной части устройства, зависимость работоспособности устройства от токов утечки, а также односторонность передачи информации.

Известно устройство передачи питания и информации по двухпроводной линии связи, которое содержит передающую и приемную части, соединенные линией связи, при этом передающая сторона содержит два ключевых элемента, соединенных с блоком управления, конденсатор, соединенный со стабилизатором, и информационный блок, а на приемной стороне - источник постоянного напряжения (А.с. 1830625, кл. Н 04 В 3/54, опубл. 1993). Цифровая информация в данном устройстве передается импульсами тока, которые создают импульсы напряжения в обмотке трансформатора на приемной стороне, далее поступая в блок приема.

Недостатками данного устройства являются односторонность передачи информации, а также использование для приема информации трансформаторов, что усложняет устройство и увеличивает его габариты, ограничивая область его применения.

Известно также устройство для передачи и приема данных по двухпроводной линии связи, содержащее в передающей части формирователь сообщений, операционный усилитель, транзистор и генератор стабильного тока, а в приемной источник постоянного тока и преобразователь сигналов постоянного тока в напряжение (дроссель).

В данном устройстве сформированное из последовательного кода сообщение усиливается операционным усилителем, с выхода которого разность напряжений преобразуется транзистором в сигналы постоянного тока, поступающие в линию. В приемнике сигналы преобразуются дросселем в напряжение и далее обрабатываются.

К недостаткам данного устройства следует отнести односторонность передачи информации, а также невысокую потенциальную помехозащищенность приемника вследствие наличия источника постоянного тока в приемной части.

Наиболее близким техническим решением к данному является устройство передачи и приема забойной информации, которое содержит передающую и приемную части, соединенные линией связи, при этом приемная часть содержит источник постоянного напряжения, а передающая - входной стабилизатор, на вход которого подключен блок конденсаторов; приемная и передающая части содержат ключевые элементы, соединенные с блоками кодирования, преобразователи ток - напряжение (резисторы) и декодеры (Патент РФ №2131514, кл. Е 21 В 47/12, Н 04 В 3/54, опубл. 1999). Передача информации в данном случае осуществляется посредством размыкания-замыкания ключей на передающей части. При этом ток изменяется от максимального значения до нуля. Импульсы тока преобразуются в напряжение на преобразователях ток - напряжение приемной части и обрабатываются декодерами.

К недостаткам данного устройства следует отнести: во-первых, значительные разрывы тока питания и как следствие применение блока конденсаторов на входе стабилизатора, что приводит к повышению габаритов устройства; во-вторых, амплитуда передаваемых импульсов зависит от тока потребления.

Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости передачи информации с одновременным устранением разрывов питания скважинного прибора при передаче информации по одножильному кабелю, а также обеспечение двунаправленной передачи информации.

Технический результат достигается тем, что проводной канал телеметрической связи, содержащий наземную и скважинную части, соединенные линией связи, в наземной части содержит блок питания, представляющий источник постоянного напряжения, одним выводом подключенный к линии связи, другим - к преобразователю ток - напряжение, соединенному с линией связи, а в скважинной - измерительный блок и скважинный блок питания, в отличие от прототипа наземная часть снабжена ключевым элементом, включенным параллельно с резистором преобразователя ток - напряжение и подключенным по управляющему выводу к микропроцессорной системе, а также первой дифференцирующей схемой, соединенной с преобразователем ток - напряжение и включенной последовательно с первым гистерезисным элементом, соединенным с микропроцессорной системой, а скважинная часть содержит управляемый источник тока, подключенный двумя выводами к линии связи, а управляющим выводом - к микроконтроллеру, который соединен с измерительным блоком, входной блок, подключенный входными выводами к линии связи, а выходными - к стабилитрону и скважинному блоку питания, а также вторую дифференцирующую схему, соединенную с линией связи и включенную последовательно со вторым гистерезисным элементом, который соединен с микроконтроллером.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2, а-г представлены диаграммы работы устройства при передаче информации из скважины на поверхность.

Проводной канал телеметрической связи содержит наземную 1 и скважинную 2 части, соединенные линией связи 3, представляющей собой одножильный геофизический кабель. Наземная часть 1 содержит блок питания 4, представляющий источник напряжения, включенный последовательно с преобразователем ток - напряжение 5 и соединенный с линией связи 3. Преобразователь ток - напряжение 5 связан с ключевым элементом 6 и первой дифференцирующей схемой 7, соединенной с первым гистерезисным элементом 8, подключенным к микропроцессорной системе 9, которая соединена с управляющим выводом ключевого элемента 6. Скважинная часть 2 содержит входной блок 10, соединенный со стабилитроном 11 и скважинным блоком питания 12, управляемый источник тока 13, подключенный к линии связи и управляющим выводом соединенный с микроконтроллером 14, который связан с измерительным блоком 15 и вторым гистерезисным элементом 16, соединенным со второй дифференцирующей схемой 17, подключенной к линии связи 3. Входной блок 10 содержит транзистор 18, соединенный с резистором 19, диодами 20 и 21, транзистором 22, подключенным к источнику тока 23.

Для обеспечения надежной связи необходимо, чтобы блок питания 12 не шунтировал управляемый источник тока 13. Это достигается путем введения в устройство входного блока 10, обладающего высоким входным сопротивлением. Оно определяется сопротивлением источника тока 23 и коллекторным переходом транзистора 18 и поэтому велико. Заметим, что небольшие изменения тока потребления скважинного прибора могут восприниматься как ложный сигнал. Для устранения этого недостатка в схему введен стабилитрон 11, включенный параллельно со скважинным блоком питания 12, который компенсирует изменения тока нагрузки в соответствие с принципом параметрического стабилизатора.

Наземная часть 1 содержит в качестве преобразователя ток - напряжение 5 резистор и дроссель. Такое включение позволяет выделить фронты импульсов. Индуктивность представляет собой высокое сопротивление перепадам тока, поэтому на фронтах импульсов получаются пики напряжения. Дифференцирующая схема увеличивает вдвое размах сигнала, убирая при этом постоянную составляющую сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение питания скважинной части 2 поступает с наземной части 1 по линии связи 3. При этом ключ 6 находится в разомкнутом состоянии, а управляемый источник тока 13 выключен. Скважинный блок питания 12 обеспечивает нормальную работу всех блоков скважинной части 2.

Информация с измерительного блока 15 скважинной части 2 кодируется специальным образом в микроконтроллере 14 и подается на управляемый источник тока 13, который включается высоким уровнем и выключается низким уровнем сигнала. При включении управляемого источника тока 13 происходит увеличение тока потребления источника напряжения 4 на постоянную величину J (см. фиг.2, а). Тем самым на преобразователе ток - напряжение 5 выделяется постоянные по амплитуде импульсы напряжения U_R=J•R (см. фиг.2, б), причем применение дросселя в преобразователе ток - напряжение 5 позволяет выделить их фронты. Эти импульсы проходят через первую дифференцирующую схему 7, которая увеличивает вдвое размах напряжения (см. фиг.2, в), и первый гистерезисный элемент 8, где восстанавливается их форма (см. фиг.2, г). После чего информация попадает в микропроцессорную систему 9 для дальнейшей обработки.

При передаче управляющей информации с наземной части 2 микропроцессорная система 9 формирует ее в специальном коде и подает ее на ключевой элемент 6, который замыкается в соответствии с этим кодом. При его замыкании падение напряжение на преобразователе ток - напряжение 5 (UR=I_потр•R), выделяется на входе скважинной части 2. Эти сигналы, проходя вторую дифференцирующую схему 17 и второй гистерезисный элемент 16, восстанавливаются и поступают в микроконтроллер 14.

Итак, заявляемое устройство позволяет повысить помехоустойчивость передачи информации, устраняя при этом разрывы питания скважинного прибора, а также обеспечивает двустороннюю связь.

Формула изобретения

Проводной канал телеметрической связи, содержащий наземную и скважинную части, соединенные линией связи, в наземной части содержащий блок питания, представляющий источник постоянного напряжения, одним выводом подключенный к линии связи, другим к преобразователю ток-напряжение, соединенному с линией связи, а в скважинной - измерительный блок и скважинный блок питания, отличающийся тем, что наземная часть снабжена ключевым элементом, включенным параллельно с резистором преобразователя ток-напряжение и подключенным по управляющему выводу к микропроцессорной системе, а также первой дифференцирующей схемой, соединенной с преобразователем ток-напряжение и включенной последовательно с первым гистерезисным элементом, соединенным с микропроцессорной системой, а скважинная часть содержит управляемый источник тока, подключенный двумя выводами к линии связи, а управляющим выводом - к микроконтроллеру, который соединен с измерительным блоком, входной блок, подключенный входными выводами к линии связи, а выходными - к стабилитрону и скважинному блоку питания, а также вторую дифференцирующую схему, соединенную с линией связи и включенную последовательно со вторым гистерезисным элементом, который соединен с микроконтроллером.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2