[發(fā)明專利]一種適用于鉆孔無線遙測系統(tǒng)的地面發(fā)射裝置及方法

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• 申請日: 2021-09-05
• 公開（公告）號: CN113593213A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方娟;李天祿
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電波傳播研究所（中國電子科技集團公司第二十二研究所）
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;E21B47/13
• 代理公司: 青島博雅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37317
• 代理人: 封代臣

本發(fā)明公開了一種適用于鉆孔無線遙測系統(tǒng)的地面發(fā)射裝置及發(fā)射方法，該裝置包括變壓器，該變壓器通過非線性器件與發(fā)射電源電連接，通過整流電路與發(fā)射天線電連接，非線性器件與頻率合成模塊電連接，頻率合成模塊則通過通信模塊與外界通信。本發(fā)明所公開的裝置，利用地面電磁波大功率發(fā)射技術(shù)和頻率合成大功率驅(qū)動電路，將極低頻信號通過頻率合成方法，利用變壓器、發(fā)射電源、非線性器件向地層發(fā)射。該裝置設(shè)計巧妙、使用方法簡單，電阻匹配適應(yīng)范圍廣，穩(wěn)定可靠，無需其它額外配件和操作，提高了鉆孔無線遙測系統(tǒng)的實用性和靈活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電路驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及該領(lǐng)域中的一種適用于鉆孔無線遙測系統(tǒng)的地面發(fā)射裝置及方法，既能應(yīng)用于鉆孔的雙向通信中，又可應(yīng)用于其他需要大功率發(fā)射的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)前鉆孔無線遙測技術(shù)發(fā)展迅猛，但大多數(shù)為單向通信，例如在鉆孔現(xiàn)場作業(yè)中，正常工作模式是井下發(fā)射采集到的實時數(shù)據(jù)信號，地面接收這些信號并解析，從而指導(dǎo)現(xiàn)場工作，即井下發(fā)射、地面接收。但如要更改井下的傳輸參數(shù)或通信鏈路的某些參數(shù)，就需要實現(xiàn)地面與井下的雙向通信，目前常規(guī)方法是利用泵序變化實現(xiàn)對井下的控制，即通過地面泵的開停時序下發(fā)，進行簡單的切換，但這些切換要求現(xiàn)場人員進行精確操作或者需要在立管上安裝專門的分流工具進行泵序控制。

目前在國內(nèi)現(xiàn)場未見采用電磁波發(fā)射方式實現(xiàn)井下控制，如要采用電磁波技術(shù)實現(xiàn)對井下的控制，怎樣在井筒與徑向分布參考電極之間加載大功率極低頻電磁波信號是技術(shù)難點。雖然在不少發(fā)明專利中提及了鉆孔無線遙測系統(tǒng)的地面發(fā)射技術(shù)，但均未詳細說明要如何實現(xiàn)，只是泛泛說要有發(fā)射驅(qū)動電路、功率控制電路等等。

常用的發(fā)射驅(qū)動電路設(shè)計方法有：單電源互補對稱電路OTL、雙電源互補對稱功放電路OCL、平衡橋式功率放大電路BTL。OTL電路無變壓器、單電源供電、電路簡單，但是需要輸出兩組大體積耦合電解電容，低頻特性差，且輸出功率低；OCL電路無輸出電容、效率較高、輸出功率較OTL電路高，但是需要雙電源供電；BTL電路的功率是OCL電路的4倍，頻率特性好，但是效率低且電路復(fù)雜，由兩個OTL電路或OCL電路組成。

井場上漏電、電弧焊、重載設(shè)備運行引起的干擾較易引入地面發(fā)射電極中，導(dǎo)致大功率驅(qū)動電路受到干擾，加上地表參考電極與井筒之間等效阻抗的不穩(wěn)定性，大功率驅(qū)動電路無法采用上述三種常用設(shè)計方法。由于體積非常大，笨重且頻率特性不穩(wěn)定，不適合直接采用傳統(tǒng)的變壓器進行阻抗匹配。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種適用于鉆孔無線遙測系統(tǒng)的地面發(fā)射裝置及方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種適用于鉆孔無線遙測系統(tǒng)的地面發(fā)射裝置，其改進之處在于：包括變壓器，該變壓器通過非線性器件與發(fā)射電源電連接，通過整流電路與發(fā)射天線電連接，非線性器件與頻率合成模塊電連接，頻率合成模塊則通過通信模塊與外界通信。

進一步的，變壓器為大功率高頻脈沖變壓器，功率不低于50W，有3組以上輸出。

進一步的，非線性器件為IGBT。

進一步的，發(fā)射電源為開關(guān)電源或線性電源。

進一步的，整流電路包括大功率整流橋和大功率濾波電容。

進一步的，頻率合成模塊將待發(fā)射的極低頻信號調(diào)制至高頻信號。

進一步的，極低頻信號的頻率為3.125Hz，高頻信號的頻率為1kHz。

進一步的，通信模塊的通信方式包括USB通信、網(wǎng)口通信、RS-485通信和RS-232通信，通信對象包括計算機和電路。