基于电磁感应井下信号传输系统研制

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1、硕士学位论文基于电磁感应的井下信号传输系统研制THEDEVELOPMENTOFDOWNHOLESIGNALTRANSMISSIONSYSTEMBASEDONELECTROMAGNETICINDUCTION徐方臣哈尔滨工业大学2012年7月国内图书分类号：TP391.4学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于电磁感应的井下信号传输系统研制硕士研究生：徐方臣导师：张世平副教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TP391.4U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEDEVELOPMENTOFDOWNHOLESIGNALTRANSMISSIONSYSTEMBASEDONELECTROMAGNETICINDUCTIONCandidate：XuFangchenSupervisor：Assoc.Prof.ZhangShipingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechn

3、ologyAffiliation：Dept.ofAutomaticTestingandControlDateofDefence：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在钻探过程中，高速的数据传输对评估钻探环境、准确描述钻探进程以及钻头的实时控制起着至关重要的作用。电磁感应传输系统是实现高速数据传输的有效方法之一。本实验室在前期对电磁信道特性进行了分析，并研发了一种井下数据传输系统。该系统采用频移键控的方法，用数字信号对载波

4、进行调制，已调信号则利用电磁感应原理在钻杆间进行非接触式传输。前期工作取得了很大进展，同时也还存在一些问题，包括以下几个方面：1.电路工作不稳定，调制端输出波形畸变严重，电路不易调试；2.耦合器部分参数来源于估计，在对信道特性进行分析的过程中没有考虑到测试设备对信道的影响。针对上述问题，本论文重新设计了调制解调电路，使电路达到了较好的稳定性；采用新方法测量了耦合器自感等参数，在测量过程中考虑进了测试设备自身电容对测量结果的影响，并使用新测得的参数根据电路模型进行了仿真，在一定范围内实测结果与仿真结果吻合较好。为了应对信号在传输过程中的衰减，达到更远

5、的传输距离，本论文设计制作了中继电路，在信号衰减为无用信号前进行放大，将放大后的信号重新放到信道上进行传输。中继电路能够自动检测信号到来的方向，实现半双工通信。最后，本论文在实验室已有条件下对设计的数据传输系统进行了实验，包括实验室测试和现场测试。在无中继的情况下，可传输20节耦合器。中继实验中，中继电路工作稳定，能够达到延长传输距离的目的。在磁感应数据传输系统井下实验中，系统能够正常通信。实验中数据传输速率均达到了115.2kbps。关键词：电磁感应；调制解调；频移键控；中继-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractIntheproce

6、ssofdrilling,highspeeddatatransmissionplaysanimportantroleintheassessmentofthedrillingenvironment,theaccuratedescriptionofthedrillingprocessaswellasthereal-timecontrolofthedrill.Andelectromagneticinductiontransmissionsystemisaneffectivemethodofachievinghigh-speeddatatransmissi

7、on.Inearlydays,thecharacteristicofelectromagneticchannelwasanalyzedinourlaboratory,andadown-holedatatransmissionsystemwasdeveloped.Frequencyshiftkeying(FSK)wasusedinthesystemtomodulatecarrierwaveaccordingtodigitalsignal.Modulatedsignaltraveledthroughdillpipeinnon-contactway.In

8、theexperimentofthissystem,thedataratereached115.2kbps.Greatpr