一种基于油水井的单芯电缆的通信系统及施工管柱 |
|||||||
| 申请号 | CN202410051321.8 | 申请日 | 2024-01-15 | 公开(公告)号 | CN117614773A | 公开(公告)日 | 2024-02-27 |
| 申请人 | 西安思坦仪器股份有限公司; | 发明人 | 贾晨辉; 王明; 王磊; 冯立天; | ||||
| 摘要 | 本公开是关于一种基于油 水 井的单芯 电缆 的通信系统及施工管柱，该系统包括：井上编码模 块 ，井下解码模块，井上电源模块，井下电源模块和总线；井上编码模块根据通信 信号 按照差分曼彻斯特码规律生成高脉冲信号和低脉冲信号，通过耦合 电容耦合 至总线上；井下解码模块通过耦合电容从总线上接收高脉冲信号和低脉冲信号，将高脉冲信号进行延时后和低脉冲信号进行比较，并按照差分曼彻斯特码规律进行解码生成通信信号；电源模块通过采集总线的电源生成高 电压 和 低电压 ；总线为单芯电缆。本公开通过差分曼彻斯特码将传输信号耦合至总线中，既提高了 信号传输 的抗干扰能 力 ，也实现了通过单芯电缆同时给井下工具供电和传输信号，进而简化了通信电缆的复杂度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于油水井的单芯电缆的通信系统，其特征在于，包括：井上编码模块，井下解码模块，井上电源模块，井下电源模块和总线； |
||||||
| 说明书全文 | 一种基于油水井的单芯电缆的通信系统及施工管柱技术领域[0001] 本公开实施例涉及油水井井下工具通信技术领域，尤其涉及一种基于油水井的单芯电缆的通信系统及施工管柱。 背景技术[0002] 随着石油工业的发展，地面（井上）与井下的信息传输和数据传输技术已成为石油生产、测井、钻井等领域的重要研究课题。普遍使用的通信方式包括无线通信和有线通信，无线通信受距离和井下环境的影响大，稳定性较低；有线通信的连接线比较多，不利于下井施工。 [0003] 关于上述的技术方案，存在通信传输的抗干扰能力差的问题，或者由于有线通信连接线比较多，通信电缆存在较大的复杂度的问题。 [0004] 因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。 [0006] 本公开实施例的目的在于提供一种基于油水井的单芯电缆的通信系统及施工管柱，进而至少解决通信传输的通信连接线比较多的问题。 [0007] 本发明的目的采用以下技术方案实现：第一方面，本发明提供了一种基于油水井的单芯电缆的通信系统，包括：井上编码模块，井下解码模块，井上电源模块，井下电源模块和总线； 其中，所述井上编码模块根据通信信号按照差分曼彻斯特码规律生成高脉冲信号和低脉冲信号，通过耦合电容将所述高脉冲信号和所述低脉冲信号耦合至所述总线上； 所述井下解码模块通过耦合电容从所述总线上接收所述高脉冲信号和所述低脉冲信号，将所述高脉冲信号进行延时后和所述低脉冲信号进行比较，并按照差分曼彻斯特码规律进行解码生成所述通信信号； 所述井上电源模块通过采集所述总线的电源生成用于所述井上编码模块的编码高电压和编码低电压； 所述井下电源模块通过采集所述总线的电源生成用于所述井下解码模块的解码高电压和解码低电压。 [0008] 可选地，还包括：井下编码模块和井上解码模块，所述井下编码模块采用与所述井上编码模块相同电路编码反馈信号，所述井上解码模块采用与所述井下解码模块相同电路解码反馈信号。 [0009] 可选地，所述井上电源模块通过采集所述总线的电源还生成用于所述井上解码模块的解码高电压和解码低电压；所述井下电源模块通过采集所述总线的电源还生成用于所述井下解码模块的解码高电压和解码低电压。 [0010] 可选地，所述井上电源模块和所述井下电源模块采用相同结构，对所述总线上的电源进行降压并稳压后输出所述编码高电压和所述编码低电压，对所述编码低电压降压后输出所述解码高电压，对所述解码高电压再降压后输出所述解码低电压。 [0011] 可选地，还包括：井上控制模块和井下控制模块，所述井上控制模块向所述井上编码模块发送所述通信信号，从所述井上解码模块接收所述反馈信号；所述井下控制模块向所述井下编码模块发送所述反馈信号，从所述井下解码模块接收所述通信信号。 [0012] 可选地，所述井上编码模块和所述井下编码模块采用相同结构，所述井上编码模块通过第一引脚和第二引脚连接所述井上控制模块，所述井下编码模块通过第一引脚和第二引脚连接所述井下控制模块，所述第一引脚控制所述高脉冲信号，所述第二引脚控制所述低脉冲信号。 [0013] 可选地，所述井上解码模块和所述井下解码模块采用相同结构，所述井上解码模块和所述井下解码模块将所述高脉冲信号通过第二运放进行延时后，和所述低脉冲信号共同发送至第三运放，通过所述第三运放进行差分处理后发送至第一运放，并通过所述第一运放生成数字信号。 [0014] 可选地，所述井上解码模块和所述井下解码模块将通过第二运放进行延时后的所述高脉冲信号发送至所述第三运放的负引脚，将所述低脉冲信号发送至所述第三运放的正引脚。 [0015] 可选地，所述井上控制模块和所述井下控制模块采用MCU。 [0016] 第二方面，本发明提供了一种油水井的施工管柱，包括：通信系统，所述通信系统采用上述任一项所述的基于油水井的单芯电缆的通信系统。 [0017] 本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本公开的实施例中，通过差分曼彻斯特码将传输信号耦合至总线中，既提高了信号传输的抗干扰能力，也实现了通过单芯电缆同时给井下工具供电和传输信号，进而简化了通信电缆的复杂度。 [0019] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0020] 图1示出本公开示例性实施例中基于油水井的单芯电缆的通信系统的结构示意图；图2示出本公开示例性实施例中采用异步双向通信的通信系统的结构示意图； 图3示出本公开示例性实施例中电源模块的电路结构示意图； 图4示出本公开示例性实施例中编码模块的电路结构示意图； 图5示出本公开示例性实施例中解码模块的电路结构示意图。 具体实施方式[0021] 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。 [0022] 此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。 [0023] 本示例实施方式中首先提供了一种基于油水井的单芯电缆的通信系统。参考图1中所示，基于油水井的单芯电缆的通信系统包括：井上编码模块，井下解码模块，井上电源模块，井下电源模块和总线。 [0024] 其中，井上编码模块根据通信信号按照差分曼彻斯特码规律生成高脉冲信号和低脉冲信号，通过耦合电容将高脉冲信号和低脉冲信号耦合至总线上。井下解码模块通过耦合电容从总线上接收高脉冲信号和低脉冲信号，将高脉冲信号进行延时后和低脉冲信号进行比较，并按照差分曼彻斯特码规律进行解码生成通信信号。井上电源模块通过采集总线的电源生成用于井上编码模块的编码高电压和编码低电压。井下电源模块通过采集总线的电源生成用于井下解码模块的解码高电压和解码低电压。总线为单芯电缆。 [0025] 需要理解的是，编码模块的编码规则采用的是差分曼彻斯特码规律，高低脉冲编码，增强抗干扰能力。通信信号通过耦合电容耦合到单芯电缆上。解码模块通过耦合电容将单芯电缆上的通信信号采集到后，将信号分成两路，一路采集高脉冲信号，一路采集低脉冲信号，高脉冲信号经过延时，与低脉冲信号进行比较，进而进行解码处理，增强抗干扰能力。 [0026] 还需要理解的是，差分曼彻斯特码是一种使用中位转变来计时的编码方案。数据通过在数据位开始处加一转变来表示。差分曼彻斯特码在每个时钟周期的中间都有一次电平跳变，这个跳变起到同步的作用。在每个时钟周期的起始处：跳变则说明该比特是0，不跳变则说明该比特是1。由于差分曼彻斯特码是针对的电平跳变，因此高低脉冲编码也称为正负脉冲编码，高脉冲信号也称为正脉冲信号，低脉冲信号也称为负脉冲信号。 [0027] 还需要理解的是，差分曼彻斯特码在传输信息的同时，也将时钟同步信号传输到对方，具有自同步能力和抗干扰性能。 [0028] 根据上述基于油水井的单芯电缆的通信系统，通过差分曼彻斯特码将传输信号耦合至总线中，既提高了信号传输的抗干扰能力，也实现了通过单芯电缆同时给井下工具供电和传输信号，进而简化了通信电缆的复杂度。 [0029] 下面，参考图1至图5所示对本示例实施方式中的上述基于油水井的单芯电缆的通信系统的各个部分进行更详细的说明。 [0030] 可选的，参考图2所示，基于油水井的单芯电缆的通信系统还包括：井下编码模块和井上解码模块，井下编码模块采用与井上编码模块相同电路编码反馈信号，井上解码模块采用与井下解码模块相同电路解码反馈信号。需要理解的是，同样井下向井上传输数据过程与井上向井下传输数据过程相同。该通信系统为异步双向通信。 [0031] 可选地，参考图2所示，井上电源模块通过采集总线的电源生成用于井上编码模块的编码高电压和编码低电压，以及用于井上解码模块的解码高电压和解码低电压；井下电源模块通过采集总线的电源生成用于井下编码模块的编码高电压和编码低电压，以及用于井下解码模块的解码高电压和解码低电压。需要理解的是，通过井上电源模块和井下电源模块为整个通信系统供电。 [0032] 可选地，参考图3所示，井上电源模块和井下电源模块采用相同结构，对总线上的电源进行降压并稳压后输出编码高电压和编码低电压，对编码低电压降压后输出解码高电压，对解码高电压再降压后输出解码低电压。需要理解的是，举例来说，编码所需的高低电压分别为+30V和+15V。解码所需的高低电压分别为+5V和+3.3V。井上电源模块和井下电源模块将总线（BUS）上的电源通过功率电阻降压后，利用稳压管的特性输出+30V和+15V电源，+15V电源经过LDO芯片（高电压调整器芯片）U4降压后输出+5V电源，+5V电源经过LDO芯片U5降压后输出+3.3V电源。 [0033] 可选的，参考图2所示，该通信系统还包括：井上控制模块和井下控制模块，井上控制模块向井上编码模块发送通信信号，从井上解码模块接收反馈信号；井下控制模块向井下编码模块发送反馈信号，从井下解码模块接收通信信号。需要理解的是，井上控制模块通过编码电路将控制命令按照差分曼彻斯特码规律编码为正负脉冲信号，通过耦合电容耦合到总线（BUS）上，井下工具通过耦合电容采集总线上的脉冲信号，再经过解码电路，转换为井下控制模块可以识别的数字信号。同样井下向井上传输数据过程与井上向井下传输数据过程相同，从而实现异步双向通信。 [0034] 可选地，参考图4所示，井上编码模块和井下编码模块采用相同结构，井上编码模块通过第一引脚和第二引脚连接井上控制模块，井下编码模块通过第一引脚和第二引脚连接井下控制模块，第一引脚控制高脉冲信号，第二引脚控制低脉冲信号。需要理解的是，图4为井上编码模块和井下编码模块通用的编码模块电路，电源模块为该编码模块电路提供+15V和+30V电源，输入端口XH1和XH2直接与微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)引脚相连接，接收来自MCU的发码信号，按照差分曼彻斯特码规律转换为正负脉冲信号由OUT引脚输出，再通过耦合电容耦合到BUS总线上。XH1引脚控制正脉冲码，XH2引脚控制负脉冲码。 [0035] 可选地，参考图5所示，井上解码模块和井下解码模块采用相同结构，井上解码模块和井下解码模块将高脉冲信号通过第二运放进行延时后，和低脉冲信号共同发送至第三运放，通过第三运放进行差分处理后发送至第一运放，并通过第一运放生成数字信号。需要理解的是，图5为井上解码模块和井下解码模块通用的解码模块电路，电源模块为该解码模块电路提供+3.3V和+5V电源，输入端IN通过耦合电容与BUS总线相连，接收来自总线上的脉冲信号。集成运放U2实现将正脉冲信号延时一定时间，输送给集成运放U3的2引脚，采集到的负脉冲信号输送到U3的3引脚，正脉冲信号与负脉冲信号通过运放U3进行差分处理。然后经过集成运放U1滤波反向，得到MCU可以处理的数字信号。 [0036] 可选的，参考图5所示，井上解码模块和井下解码模块将通过第二运放进行延时后的高脉冲信号发送至第三运放的负引脚，将低脉冲信号发送至第三运放的正引脚。需要理解的是，集成运放U3的2引脚就为负引脚，集成运放U3的3引脚就为正引脚。 [0037] 可选地，参考图2所示，井上控制模块和井下控制模块采用MCU。需要理解的是，井上MCU通过编码电路将控制命令按照差分曼彻斯特码规律编码为正负脉冲信号，通过耦合电容耦合到BUS总线上，井下工具通过耦合电容采集BUS总线上的脉冲信号，再经过解码电路，转换为井下MCU可以识别的数字信号。 [0038] 进一步的，本示例实施方式中，本发明提供了一种油水井的施工管柱。油水井的施工管柱包括：通信系统。通信系统采用上述任一项的基于油水井的单芯电缆的通信系统。 [0039] 应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈