[發明專利]一種金屬管道內無線中繼通信系統

在審

• 申請號: 202111447741.0
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114245336A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 余修鑫;賈金祿;裴紅星;李紀云;王俊平;張璞;賈亞娟
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W88/04;H04Q9/00;G01L1/16
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 霍彥偉

本發明公開一種金屬管道內無線中繼通信系統，包括探桿，所述探桿為分段探桿，所述分段探桿包括與探頭依次連接的首段探桿、至少一個中間探桿和末段探桿，所述首段探桿內設置采集卡電路和第一無線發射模塊，所述中間探桿內靠近首段探桿的一端設置第一無線接收模塊，靠近末段探桿的一端設置第二無線發射模塊，所述末段探桿內設置終端無線接收模塊，其中采集卡與第一無線發射模塊通過串口線連接，第一無線接收模塊與第二無線發射模塊通過串口線連接，終端無線接收模塊通過串口線與上位機連接。本發明大大提高架設管道系統的效率，顯著降低架設管道通信系統的時間和人力成本，使用無線中繼，傳輸效率，穩定性和環境適應性大為提升。

技術領域

本發明涉及勘測行業的管內通信技術領域，尤其涉及一種金屬管道內無線中繼通信系統。

背景技術

管道系統存在于諸多行業之中，尤其在冶煉化工、石油開采、能源輸送、地質勘探等領域。伴隨著管道的還有大量的數據需要輸送，如流量、管道溫度、鉆頭狀態、土壤性質等等。

目前靜力觸探普遍采用傳統的有電纜式的靜力觸探設備。測量時,一方面通過多芯電纜從地面上為地下的探頭測量電橋提供電壓，另一方面也通過多芯電纜將電橋產生的微小模擬信號傳輸到地面。最終由地面上的微機完成模數轉換并記錄形成最終的靜力觸探勘探數據。

傳統的有線方式在使用中存在很多不便。其一: 所有探桿都必須用一根線纜串聯起來, 因此在探頭壓入過程中阻礙了套管的設置工作，進而顯著降低了靜力觸探的勘探深度，最終大大限制了該勘探方法的使用范圍。其二: 線纜的存在嚴重增加了續接探桿的難度,導致目前人工勘探作業時主要時間都耗費在連接探桿上,也導致無法實現續接探桿過程的自動化。其三: 過長的線纜會導致探頭的信號在傳過程中產生額外的衰減，使接收到的信號不能真實反映實際土層情況。

為了除去線纜, 國內外研究了許多新型方法。一類是存儲式，即對勘探數據和深度數據通過相互獨立的采集記錄儀分別完成采集和存儲，將采集土層數據的采集卡電路放在探頭中，與探頭一起進入土中采集并存儲數據。待測試完成后通過時鐘同步完成二者的匹配并形成最終的勘探結果。這種方式的主要缺點是不能實時監控數據，當探頭遇到堅硬巖層,由于不能及時發現數據異常并終孔 容易造成探頭受力超過其承受能力而報廢，或者地基條件復雜且均勻性差、導致探頭傾斜嚴重時，不能及時發現造成探桿因繞度過大而折斷的嚴重事故。

另一類是非存儲式的測量系統，即實時測量實時傳輸。最新發展起來的隨鉆測量系統是低頻透地通信，即在地下設置一個電磁波發射裝置，電磁波透過土層后由接收裝置接收并解調得到數據。這種方式局限性仍然很大，受土層電阻率影響電磁波頻率只能設置的很低，這導致傳輸速率極低, 最高只有200bit/s左右。不同電阻率的土層傳輸效果差距也很大。而且地下發射機功耗很大（在5W以上），難以長時間工作。探測深度不能過長，距離過長所需發射功率急劇增大。

發明內容

為解決上述問題，提供一種金屬管道內無線中繼通信系統。

本發明的目的是以下述方式實現的：

一種金屬管道內無線中繼通信系統，包括探桿，所述探桿為分段探桿，所述分段探桿包括與探頭依次連接的首段探桿、至少一個中間探桿和末段探桿，所述首段探桿內設置采集卡電路和第一無線發射模塊，所述中間探桿內靠近首段探桿的一端設置第一無線接收模塊，靠近末段探桿的一端設置第二無線發射模塊，所述末段探桿內設置終端無線接收模塊，其中采集卡與第一無線發射模塊通過串口線連接，第一無線接收模塊與第二無線發射模塊通過串口線連接，終端無線接收模塊通過串口線與上位機連接。

所述分段探桿的各探桿之間采用對絲接頭連接，所述對絲接頭為中空的管結構，管的兩端為外螺紋，所述外螺紋與分段管道的各管道端部的內螺紋相配合。

所述系統中的無線發射模塊上還設有發射天線，無線接收模塊上還設有接收天線。

所述發射天線為定向天線，接收天線采用陶瓷天線。