单芯电缆测井数据高速传输系统
专利汇可以提供单芯电缆测井数据高速传输系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种单芯 电缆 测井 数据高速传输系统，包括地面遥测单元和井下遥测单元，井下遥测单元和地面遥测单元通过单芯电缆连接，每个单元都包含发送单元和接收单元。本系统可以应用在直径28mm以上的测井仪器中，不但可以使用单芯电缆，也可在三芯电缆和七芯电缆上使用，传输距离大于5000米，井下单元耐温可达125℃，传输速率达到8Mbps。，下面是单芯电缆测井数据高速传输系统专利的具体信息内容。
1.一种单芯电缆测井数据高速传输系统，包括地面遥测单元和井 下遥测单元，井下遥测单元和地面遥测单元通过单芯电缆连接，每个 单元都包含发送单元和接收单元，其特征是：
所述的发送单元包括串并转换器、OFDM编码装置、功率放大电 路、输出阻抗匹配电路，信号经串并转换器后由OFDM编码装置调制 到相互正交的多个子载波上，经功率放大电路放大，通过输出阻抗匹 配电路以频分复用的方式发送到单芯电缆上；
所述的接收单元包括输入阻抗匹配电路、信号放大电路、OFDM 解码装置、并串转换器，信号经输入阻抗匹配电路、信号放大电路放 大后，由OFDM解码装置进行解码，然后经并串转换器恢复出原始数 据。
2.根据权利要求1所述的单芯电缆测井数据高速传输系统，其特 征是：OFDM编码装置包括IFFT模块。并串转换器、组帧模块、D/A转 换器，首先IFFT模块将待发送的串行位流调制到合适的载波上，经并 串转换器合成一个信号，并加CP插入循环前缀以减少码间串扰，通过 组帧模块加入同步序列和信道估计序列。
3.根据权利要求1所述的单芯电缆测井数据高速传输系统，其特 征是：OFDM解码装置包括捕获同步模块、信道估计模块、解帧模块、 串并转换器、FFT模块、并串转换器，捕获同步模块和信道估计模块， 首先对接收的OFDM信号进行捕获同步和信道估计，经解帧模块、去CP 后，进入FFT模块解码，最后经并串转换器恢复出原始位流信号。
技术领域
本发明涉及一种通过测井电缆在地面测井采集系统和井下仪器 之间高速传输数据的遥测系统，更具体地说，把数据从井下仪器实时 高速地传输到地面测井采集系统，同时，将命令从地面测井采集系统 下传到测井仪器。
背景技术
测井使用的电缆一般为单芯，三芯和七芯。七芯电缆也称为多芯 电缆，通过缆芯复用技术可以获得比单芯电缆和三芯电缆高得多的传 输数率。缆芯越少，可提供的传输通道越少。单芯电缆只有一根缆芯， 因此供电和信号传输都必须使用相同的通道。单芯电缆的缆芯和外铠 构成供电回路。由于电缆的特性分布不均匀，需要在电缆两端设计阻 抗匹配电路。
由于油井内管柱内径和井内工具的限制，生产测井的仪器外径不 能超过42mm，一般使用单芯电缆。在单芯电缆数据传输技术应用上， 国内外大多使用基于曼彻斯特编码的遥测技术，这种编码通过判断时 钟周期内的电平跳变来判断码元信号，由于存在码间干扰，速率一般 不高，通常为5Kbps，20Kbps，最高不超过100Kbps。随着多参数测量 和阵列式传感器的应用，以及信号采样率的提高，需要更高的传输率 来实时传输数据。
通讯技术的发展为测井数据传输提供了更多更快的技术平台，但 由于测井条件的限制，电缆长度变化带来的电缆分布参数的不均匀， 以及油井内高温高压环境的影响，使得这些技术在应用在单芯电缆上 时传输率提高不多，难以达到1Mbps以上。
发明内容
本发明是通过以下技术方案实现：
单芯电缆测井数据高速传输系统，包括地面遥测单元和井下遥测 单元两部分，地面遥测单元和井下遥测单元两个部分通过单芯电缆连 接，每个部分都包含发送单元和接收单元两个部分，所述的发送单元 包括串并转换器、OFDM编码装置、功率放大电路、输出阻抗匹配电 路，信号经串并转换器后由OFDM编码装置调制到相互正交的多个子 载波上，经功率放大电路放大，通过输出阻抗匹配电路以频分复用的 方式发送到单芯电缆上；所述的接收单元包括输入阻抗匹配电路、信 号放大电路、OFDM解码装置、并串转换器，信号经输入阻抗匹配电 路、信号放大电路放大后，由OFDM解码装置进行解码，然后经并串 转换器恢复出原始数据。
进一步的技术方案是：
所述的OFDM编码装置包括IFFT模块、并串转换器、组帧模块、D/A 转换器，IFFT模块将待发送的串行位流调制到合适的载波上，经并串 转换器合成一个信号，并加CP以减少码间串扰，通过组帧模块加入同 步序列和信道估计序列。
所述的OFDM解码装置包括捕获同步模块、信道估计模块、解帧模 块、串并转换器、FFT模块、并串转换器，捕获同步模块和信道估计 模块首先对接收的OFDM信号进行捕获同步和信道估计，经解帧模块后 去CP，然后进入FFT模块解码，最后经并串转换器恢复出原始位流信 号。
本发明基于正交频分复用技术(OFDM)，在电缆上传输的是经过调 制的正交基带模拟信号，传输只需要一根缆芯。在形成码元时加入同 步序列和信道估计序列，接收端可进行突发预测、同步和信道估计， 从而自适应利用信道带宽。在接收端和发送端都设计了专用的阻抗匹 配电路，可很好地抑制反射波。因此，本发明能够实现在单芯测井电 缆上远距离、高速率数据实时传输。
本系统可以应用在直径28mm以上的测井仪器中，不但可以使用单 芯电缆，也可在三芯电缆和七芯电缆上使用，传输距离大于5000米， 井下单元耐温可达125℃，传输速率达到8Mbps。
附图说明
图1是本发明用于测井传输状况示意图。
图2是本发明井下发送/接受单元原理图。
图3是本发明地面发送/接受单元原理图。
图4是本发明中OFDM编解码系统结构图。
具体实施方式
本发明的一个实施例见图2至图3，包括地面遥测单元4和井下 遥测单元2两部分，地面遥测单元4和井下遥测单元2两个部分通过 单芯电缆3连接。
井下遥测单元2包括井下仪器控制器24、串行发送器25、井下发 送单元21、井下接收单元22、串行接收器23。井下发送数据流程为 由井下仪器控制器24对来自各个传感器的数据串行转化为比特流， 通过串行发送器25进入井下发送单元21，编码调制后传输到单芯电 缆上3。井下接收发送数据流程为由井下接收单元22检测到来自单 芯电缆3的数据信号到达时，进行解码得到传输数据比特流通过串行 接收器23由井下仪器控制器24转化为字节数据。
地面遥测单元4包括地面测井系统46、EtherNet接口44、串行 发送器45、地面发送单元41、地面接收单元42、串行接收器43。 地面发送数据流程为由地面测井系统通过EtherNet接口发送命令， 通过串行发送器进入地面发送单元41编码调制后传输到单芯电缆上 3。地面接收数据流程为由地面接收单元42检测到来自单芯电缆3的 数据信号到达时，进行解码得到传输数据比特流通过串行接收器43， 再通过EtherNet接口44进入地面测井系统46。
井下遥测单元2的井下发送单元21与地面遥测单元的地面发送 单元41结构完全一致，由串并转换器211、411、OFDM编码装置212、 412、功率放大电路213、413、输出阻抗匹配电路214、414组成。
井下遥测单元2的井下接收单元22与地面遥测单元的地面接收 单元42结构完全一致，由并串转换器221、421、OFDM解码装置222、 422、信号放大电路223、423、输入阻抗匹配电路224、424组成。
OFDM编码装置212、412由IFFT模块2121、4121、并串转换器 2122、4122、加CP2123、4123、同步序列2124、4124、组帧模块2125、 4125、信道估计序列2127、4127、D/A模块2126、4126组成。信号 经IFFT模块2121、4121进行IFFT变换，再通过并串转换器2122、 4122将并行数据转化为串行数据，由加CP2123、4123加入循环前缀， 经组帧模块2125、4125形成OFDM码元。在组帧时，须加入同步序列 2124、4124和信道估计序列2127、4127，以便接收端进行突发预测、 同步和信道估计，最后经D/A模块2126、4126输出正交的基带信号。
OFDM解码装置222、422由FFT模块2221、4221、串并转换器2222、 4222、捕捉同步模块2223、4223、去CP2224、4224、组帧模块2225、 4225、信道估计模块序列2226、4226组成。信号经捕捉同步模块2223、 4223同步和信道估计模块序列2226、4226进行信道估计后，由去 CP2224、4224去除循环前缀，然后经过由FFT模块2221、4221进行 FFT变换，进行整数倍频偏估计和纠正，得到传输数据比特流，最后 经串并转换器2222、4222输出到下一级。
图4为本发明中OFDM调制解调的主要硬件结构，是集成OFDM编 码装置和OFDM解码装置的一个模块。根据选用的芯片，实施的模块 结构可有不同。它由5个部分组成：DSP、FPGA、正交数字上变频器 (Quadrature Digital Upconverter)、正交数字下变频器(Quadrature Digital Downconverter)，FLASH存储器。
调制时由串行接收器，DSP1、FLASH1、FPGA、正交数字上变频器 依次连接。DSP1完成IFFT变换，FPGA完成OFDM组帧，正交数字上 变频器完成OFDM码元的调制，FLASH1为DSP1存储数据。
解调时由串行接收器，DSP2、FLASH2、FPGA、正交数字下变频器 依次连接。DSP2完成FFT变换，FPGA完成信号的突发检测和定时， 正交数字下变频器完成OFDM码元的解调，FLASH2为DSP2存储数据。
选用的DSP具有以下特性：最高工作频率为300MHz，3.3ns指令 周期；6MB片内SRAM；2个计算模块，每个模块都有1个ALU、1个 乘法器、1个移位寄存器和1个寄存器组；2个整型ALU，用来提供 寻址和指针操作；14个DMA控制器。进行256点的复数FFT变换， 仅需3.67μs。
正交数字上变频器工作频率为200MHz，内部集成半带滤波器、 CIC(CascadedIntegrator Cornb)滤波器，反SINC滤波器和高速的 14位数/模转换器，其核心是一个相位连续的直接数字频率合成器 DDS(Direct Digital Synthesizcr)。在本系统中，正交数字上变频 器工作在正交调制模式。
正交数字下变频器内部集成了一个14位、92Msps的模/数转换 器和4/6通道的数字下变频器。每个通道可独立配置。数字下变频内 部集成了频率变换器、可编程级联梳状滤波器(CIC)、2个滤波器组 和数字自动增益控制。其中：频率变换是通过32位数控振荡器实现 的；CIC实现1～32倍的抽取；2个滤波器组包括FIR滤波器和2倍 抽取的半带滤波器。输入的中频模拟信号经过ADC和频率变换后，使 用滤波器组进行滤波和抽取，最后并行输出正交基带数字信号。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种多参数随钻测井仪 | 2020-05-11 | 921 |
| 脉冲中子测井仪器 | 2020-05-12 | 652 |
| 屏流电极测井装置 | 2020-05-11 | 457 |
| 一种多参数随钻测井仪 | 2020-05-12 | 819 |
| 数字取心测井仪 | 2020-05-11 | 389 |
| 数字聚焦微球测井仪 | 2020-05-12 | 540 |
| 补偿密度随钻测井仪 | 2020-05-13 | 886 |
| 一种测井仪器扶正堵头 | 2020-05-13 | 532 |
| 核磁共振测井仪 | 2020-05-11 | 568 |
| 低功耗测井遥传系统 | 2020-05-11 | 466 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
