無線傳輸?shù)卮艑?dǎo)向系統(tǒng)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1無線傳輸?shù)卮艑?dǎo)向系統(tǒng)無線傳輸?shù)卮艑?dǎo)向系統(tǒng)內(nèi) 容1 概述2 系統(tǒng)組成3 使用案列第1頁/共30頁1 概 述（基本原理）井下儀器隨鉆具下井，完成對鉆具的俯仰角、靶方位角、工具面角等參數(shù)的實(shí)時測量，并通過發(fā)射儀將所測參數(shù)以電磁波形式發(fā)往地面。電磁波信號主要沿鉆柱傳輸，經(jīng)過地層返回到鉆具。地面系統(tǒng)接收井下傳輸?shù)男盘?，?jīng)過放大、去噪和解碼，將數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)終端，將鉆孔長度數(shù)據(jù)采集處理同時發(fā)送至計(jì)算機(jī)終端，計(jì)算機(jī)在軟件中將解碼數(shù)據(jù)和長度數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合處理，恢復(fù)井下儀器的實(shí)測參數(shù)，并送到司鉆顯示器，以便指導(dǎo)操作工程師進(jìn)行下一步的操作。第2頁/共30頁1 概 述（技術(shù)特點(diǎn)） 無線地磁導(dǎo)向系統(tǒng)主要應(yīng)用于

2、大型非開挖鉆機(jī)的隨鉆定向?qū)Ш?，進(jìn)行長距離、大深度以及復(fù)雜地貌、地況穿越工程的導(dǎo)向。技術(shù)特點(diǎn)適用性強(qiáng)。系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)處理和導(dǎo)向指導(dǎo)工作都是隨鉆機(jī)安置處一個工作臺完成，相對于地面布磁引導(dǎo)的無線導(dǎo)向不受復(fù)雜地貌的限制時效性高。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通過電磁波無線傳輸，傳輸速度快等，相對于有線地磁導(dǎo)向在施工中節(jié)省線纜連接的時間長度自動跟蹤。系統(tǒng)自動跟蹤鉆桿鉆進(jìn)時的長度，采樣率高，對于鉆桿的位置信息了解更準(zhǔn)確和具體終端數(shù)據(jù)輸出齊套。系統(tǒng)軟件根據(jù)實(shí)測的導(dǎo)向數(shù)據(jù)與長度信息綜合處理，輸出鉆孔的二位剖面、平面圖、數(shù)據(jù)表等文件第3頁/共30頁內(nèi) 容1 概述2 系統(tǒng)組成3 使用案列第4頁/共30頁2 系統(tǒng)組成系統(tǒng)構(gòu)成第5頁/共

3、30頁地面接收機(jī)接收來自接收天線的信號，通過對此信號進(jìn)行一系列的放大、濾波、采集后，送入工控機(jī)中的信號處理解碼軟件進(jìn)行數(shù)字濾波、干擾抑制、解調(diào)解碼，再將解碼數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。同時完成鉆孔長度測量的數(shù)據(jù)采集和處理并傳輸至計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。第6頁/共30頁地面接收機(jī)地矛井筒地面100m線纜井下激勵的電磁信號，經(jīng)地層傳輸至地面地面接收方式為水平電位接收實(shí)際接收設(shè)備包括地錨、線纜以及井筒的連接器等。線纜將地錨與井筒之間接收的信號輸入到接收機(jī)的輸入引腳。 第7頁/共30頁 技 術(shù) 參 數(shù)輸入動態(tài)范圍：7V7V動態(tài)放大倍數(shù)：1106 50Hz處衰減大于100dB共模抑制比：80dB長度測

4、量范圍：09999.99m 精度：5%（單根）RS-485現(xiàn)場總線模塊第8頁/共30頁2.1.3 地面接收機(jī)（續(xù)）機(jī)箱內(nèi)部電源模塊：15V線性電源、+24V開關(guān)電源、+5V開關(guān)電源 放大濾波模塊：低噪聲放大器、抗混疊濾波器 數(shù)據(jù)采集模塊：數(shù)據(jù)采集電路 485總線模塊：HUB8485集線器 第9頁/共30頁 通過地面接收機(jī)與工控計(jì)算機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)鉆孔施工過程中工具面角、井斜角、方位角數(shù)值顯示和連續(xù)5個工具面角指示圖顯示。2.2 司鉆顯示器第10頁/共30頁2.3 天線總成鉆挺天線井下天線第11頁/共30頁2.3.1 鉆挺天線第12頁/共30頁 井下天線上、下兩部分之間相互絕緣，天線的中間部分為橡膠

5、層，可以承受高溫、震動、沖刷。井下天線上部安裝有座鍵環(huán)與鉆挺天線上端電氣導(dǎo)通，下部靠鉆鋌接頭內(nèi)的懸掛接頭來實(shí)現(xiàn)與鉆挺天線下端的電氣導(dǎo)通。2.3.2 井下天線第13頁/共30頁2.4 發(fā)射儀第14頁/共30頁 發(fā)射儀由電源電路、發(fā)射驅(qū)動電路、功率控制電路、發(fā)射匹配器等組成，其中，電源電路提供發(fā)射驅(qū)動電路和功率控制電路所需15V及5V電源。發(fā)射儀的工作流程是發(fā)射驅(qū)動電路通過RS485串口通信被動得到測量短節(jié)數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼輸出，功率控制電路通過輸出端的反饋進(jìn)行功率計(jì)算，調(diào)整發(fā)射匹配器的輸出，來達(dá)到發(fā)射驅(qū)動電路的恒功率輸出，信號饋送到井下天線以低頻電磁波方式實(shí)時向地面發(fā)送。2.4.1 發(fā)射儀組成第

6、15頁/共30頁電源電路 電源部分采用DC/DC輸入輸出隔離電源，電源設(shè)計(jì)中考慮了電池過放、短節(jié)的兼容性及電路的功耗等因素，性能指標(biāo)定為：1）輸入電壓：DC +28V ；2）輸出電壓：DC 15V/0.1A 輸出紋波30mV DC +5V/0.1A 輸出紋波30mV3）工作控制：低電平有效，其中輸出電壓DC15V為一組可控輸出電源；發(fā)射驅(qū)動電路 發(fā)射驅(qū)動電路由通信單元、CPU控制單元、功率放大單元等構(gòu)成，發(fā)射驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)編碼、載波調(diào)制、工作模式設(shè)置、功率放大等功能。 2.4.2 發(fā)射儀模塊電路第16頁/共30頁功率控制電路 功率控制電路通過實(shí)時檢測功率放大器輸出端口A、B、C的電

7、壓、電流，進(jìn)入乘法電路進(jìn)行功率計(jì)算，信號輸出通過程控增益放大電路輸入到控制邏輯電路，最終與設(shè)定的標(biāo)稱輸出功率比較，然后反饋到發(fā)射匹配器，并控制發(fā)射匹配器的輸出，以達(dá)到功率放大器的恒功率輸出。發(fā)射匹配器 發(fā)射匹配器是功率驅(qū)動輸出的最關(guān)鍵部分，受功率控制電路和CPU單元的控制，性能指標(biāo)如下：1）輸入：DC +24V36V/0.5A ；2）輸出： DC 0 V 8V，電流 10A，額定輸出功率40W；3）平均效率： 80%；4）可控輸入： 0 V +5V；5）工作控制： 低電平有效。2.4.2 發(fā)射儀模塊電路（續(xù)）第17頁/共30頁2.5 電池組第18頁/共30頁測量原理 定向儀是利用已知的重力場和

8、地磁場做為基準(zhǔn)來定義方向參數(shù)，即利用儀器坐標(biāo)系與基準(zhǔn)坐標(biāo)系之間的相互關(guān)系來計(jì)算方向參數(shù)。儀器的三維坐標(biāo)系為X、Y、Z、O直角坐標(biāo)系，X軸為儀器軸向方向，Y軸垂直于儀器參考面方向，Z軸為與XOY平面正交方向。 三個加速度計(jì)Gx、Gy、Gz和三個磁通門Mx、My、Mz的敏感軸分別平行于OX、OY、OZ安裝。隨著儀器姿態(tài)的變化，各傳感器的輸出相應(yīng)變化，根據(jù)傳感器伺服電路輸出電平并依據(jù)原理公式計(jì)算出儀器的方向參數(shù)。 定向儀還提供溫度參數(shù)的測量，采用溫度傳感器以及相應(yīng)電路，隨溫度變化輸出相應(yīng)的電壓。CPU對各加速度計(jì)、磁通門以及溫度傳感器進(jìn)行采樣、計(jì)算和編碼，并向發(fā)射機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。2.6 地磁導(dǎo)向儀第19

9、頁/共30頁2.6.1 地磁導(dǎo)向儀技術(shù)參數(shù) 技 術(shù) 參 數(shù)工作溫度：125工作壓力：105MPa抗震：20g rms 30300Hz俯仰角：-9090 0.2靶方位角：0360 1.5工具面角： 0360 2.0 第20頁/共30頁2.6.2 地磁導(dǎo)向儀組成第21頁/共30頁u電源電路 電源部分采用DC/DC輸入輸出隔離電源，電源設(shè)計(jì)中考慮了電池過放、短節(jié)的兼容性及電路的功耗等因素，性能指標(biāo)定為： 1）輸入電壓： DC +64V 2）輸出電壓： DC +24V/0.15A 輸出紋波30mV DC +5V/0.1A 輸出紋波30mVu通信單元 通信單元包括標(biāo)準(zhǔn)RS485串口通信和TTL串口通信。

10、 1）RS485通信 RS485通信主要完成與PC機(jī)、發(fā)射機(jī)短節(jié)之間的通信。與PC機(jī)通信主要實(shí)現(xiàn)定向儀短節(jié)的標(biāo)定、檢測和測試工作，與發(fā)射機(jī)短節(jié)間通信實(shí)現(xiàn)施工過程中實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸。工作方式為串口工作方式三，波特率為1200B/S。 2）TTL通信 TTL通信主要完成與傳感器單元的實(shí)時數(shù)據(jù)通信，采用串口工作方式三，波特率為9600B/S。2.6.3 地磁導(dǎo)向儀模塊電路第22頁/共30頁u采集主控單元 采集主控單元主要實(shí)現(xiàn)工作模式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能。 工作模式分為振動工作、連續(xù)工作、測試工作三種模式，其中振動工作模式可以設(shè)置工具面序列、俯仰角+靶方位角序列（動態(tài)、靜態(tài)可選）、全測量數(shù)據(jù)位；而連續(xù)工

11、作模式可以設(shè)置工具面序列、俯仰角+靶方位角序列（動態(tài)）、全測量數(shù)據(jù)位、全測量序列；測試工作模式為固定序列。 由于傳感器單元的數(shù)據(jù)幀格式和長度為固定模式，所以數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換主要完成將傳感器單元所測的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)移位轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)按設(shè)置要求進(jìn)行數(shù)據(jù)組合。 u振動開關(guān) 振動開關(guān)單元為系統(tǒng)的初始啟動源，是實(shí)現(xiàn)地面和井下單元的互動通道，其中電路中采用了雙軸的微機(jī)械加速度計(jì)傳感器ADXL206芯片，可以測量短節(jié)橫向和縱向的振動變化，所測量信號進(jìn)行比較后輸出邏輯信號進(jìn)入單穩(wěn)態(tài)電路，輸出直接進(jìn)入單片機(jī)采樣處理。2.6.3 地磁導(dǎo)向儀模塊電路（續(xù)）第23頁/共30頁u傳感器單元 傳感器單元是鉆孔中工程參數(shù)的主要測量部分，其主要功能是將安裝在骨架上的三個重力加速度計(jì)和三個磁通門傳感器所測的重力場、磁力場分量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、采集、計(jì)算工程量、數(shù)字化輸出，同時也采集電壓、溫度數(shù)據(jù)。2.6.4 地磁導(dǎo)