无线传输地磁导向系统PPT学习教案

会计学1无线传输地磁导向系统无线传输地磁导向系统内 容1 概述2 系统组成3 使用案列第1页/共30页1 概 述（基本原理）井下仪器随钻具下井，完成对钻具的俯仰角、靶方位角、工具面角等参数的实时测量，并通过发射仪将所测参数以电磁波形式发往地面。电磁波信号主要沿钻柱传输，经过地层返回到钻具。地面系统接收井下传输的信号，经过放大、去噪和解码，将数据送至计算机终端，将钻孔长度数据采集处理同时发送至计算机终端，计算机在软件中将解码数据和长度数据等进行综合处理，恢复井下仪器的实测参数，并送到司钻显示器，以便指导操作工程师进行下一步的操作。第2页/共30页1 概 述（技术特点） 无线地磁导向系统主要应用于大型非开挖钻机的随钻定向导航，进行长距离、大深度以及复杂地貌、地况穿越工程的导向。技术特点适用性强。系统所有数据处理和导向指导工作都是随钻机安置处一个工作台完成，相对于地面布磁引导的无线导向不受复杂地貌的限制时效性高。系统数据传输通过电磁波无线传输，传输速度快等，相对于有线地磁导向在施工中节省线缆连接的时间长度自动跟踪。系统自动跟踪钻杆钻进时的长度，采样率高，对于钻杆的位置信息了解更准确和具体终端数据输出齐套。系统软件根据实测的导向数据与长度信息综合处理，输出钻孔的二位剖面、平面图、数据表等文件第3页/共30页内 容1 概述2 系统组成3 使用案列第4页/共30页2 系统组成系统构成第5页/共30页地面接收机接收来自接收天线的信号，通过对此信号进行一系列的放大、滤波、采集后，送入工控机中的信号处理解码软件进行数字滤波、干扰抑制、解调解码，再将解码数据发送给计算机软件系统进行数据恢复。同时完成钻孔长度测量的数据采集和处理并传输至计算机软件系统。第6页/共30页地面接收机地矛井筒地面100m线缆井下激励的电磁信号，经地层传输至地面地面接收方式为水平电位接收实际接收设备包括地锚、线缆以及井筒的连接器等。线缆将地锚与井筒之间接收的信号输入到接收机的输入引脚。 第7页/共30页 技 术 参 数输入动态范围：7V7V动态放大倍数：1106 50Hz处衰减大于100dB共模抑制比：80dB长度测量范围：09999.99m 精度：5%（单根）RS-485现场总线模块第8页/共30页2.1.3 地面接收机（续）机箱内部电源模块：15V线性电源、+24V开关电源、+5V开关电源 放大滤波模块：低噪声放大器、抗混叠滤波器 数据采集模块：数据采集电路 485总线模块：HUB8485集线器 第9页/共30页 通过地面接收机与工控计算机通讯，实现钻孔施工过程中工具面角、井斜角、方位角数值显示和连续5个工具面角指示图显示。2.2 司钻显示器第10页/共30页2.3 天线总成钻挺天线井下天线第11页/共30页2.3.1 钻挺天线第12页/共30页 井下天线上、下两部分之间相互绝缘，天线的中间部分为橡胶层，可以承受高温、震动、冲刷。井下天线上部安装有座键环与钻挺天线上端电气导通，下部靠钻铤接头内的悬挂接头来实现与钻挺天线下端的电气导通。2.3.2 井下天线第13页/共30页2.4 发射仪第14页/共30页 发射仪由电源电路、发射驱动电路、功率控制电路、发射匹配器等组成，其中，电源电路提供发射驱动电路和功率控制电路所需15V及5V电源。发射仪的工作流程是发射驱动电路通过RS485串口通信被动得到测量短节数据后进行数据编码输出，功率控制电路通过输出端的反馈进行功率计算，调整发射匹配器的输出，来达到发射驱动电路的恒功率输出，信号馈送到井下天线以低频电磁波方式实时向地面发送。2.4.1 发射仪组成第15页/共30页电源电路 电源部分采用DC/DC输入输出隔离电源，电源设计中考虑了电池过放、短节的兼容性及电路的功耗等因素，性能指标定为：1）输入电压：DC +28V ；2）输出电压：DC 15V/0.1A 输出纹波30mV DC +5V/0.1A 输出纹波30mV3）工作控制：低电平有效，其中输出电压DC15V为一组可控输出电源；发射驱动电路 发射驱动电路由通信单元、CPU控制单元、功率放大单元等构成，发射驱动电路实现数据通信、数据编码、载波调制、工作模式设置、功率放大等功能。 2.4.2 发射仪模块电路第16页/共30页功率控制电路 功率控制电路通过实时检测功率放大器输出端口A、B、C的电压、电流，进入乘法电路进行功率计算，信号输出通过程控增益放大电路输入到控制逻辑电路，最终与设定的标称输出功率比较，然后反馈到发射匹配器，并控制发射匹配器的输出，以达到功率放大器的恒功率输出。发射匹配器 发射匹配器是功率驱动输出的最关键部分，受功率控制电路和CPU单元的控制，性能指标如下：1）输入：DC +24V36V/0.5A ；2）输出： DC 0 V 8V，电流 10A，额定输出功率40W；3）平均效率： 80%；4）可控输入： 0 V +5V；5）工作控制： 低电平有效。2.4.2 发射仪模块电路（续）第17页/共30页2.5 电池组第18页/共30页测量原理 定向仪是利用已知的重力场和地磁场做为基准来定义方向参数，即利用仪器坐标系与基准坐标系之间的相互关系来计算方向参数。仪器的三维坐标系为X、Y、Z、O直角坐标系，X轴为仪器轴向方向，Y轴垂直于仪器参考面方向，Z轴为与XOY平面正交方向。 三个加速度计Gx、Gy、Gz和三个磁通门Mx、My、Mz的敏感轴分别平行于OX、OY、OZ安装。随着仪器姿态的变化，各传感器的输出相应变化，根据传感器伺服电路输出电平并依据原理公式计算出仪器的方向参数。 定向仪还提供温度参数的测量，采用温度传感器以及相应电路，随温度变化输出相应的电压。CPU对各加速度计、磁通门以及温度传感器进行采样、计算和编码，并向发射机发送数据。2.6 地磁导向仪第19页/共30页2.6.1 地磁导向仪技术参数 技 术 参 数工作温度：125工作压力：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页/共30页2.6.2 地磁导向仪组成第21页/共30页u电源电路 电源部分采用DC/DC输入输出隔离电源，电源设计中考虑了电池过放、短节的兼容性及电路的功耗等因素，性能指标定为： 1）输入电压： DC +64V 2）输出电压： DC +24V/0.15A 输出纹波30mV DC +5V/0.1A 输出纹波30mVu通信单元 通信单元包括标准RS485串口通信和TTL串口通信。 1）RS485通信 RS485通信主要完成与PC机、发射机短节之间的通信。与PC机通信主要实现定向仪短节的标定、检测和测试工作，与发射机短节间通信实现施工过程中实时数据传输。工作方式为串口工作方式三，波特率为1200B/S。 2）TTL通信 TTL通信主要完成与传感器单元的实时数据通信，采用串口工作方式三，波特率为9600B/S。2.6.3 地磁导向仪模块电路第22页/共30页u采集主控单元 采集主控单元主要实现工作模式转换、数据格式转换功能。 工作模式分为振动工作、连续工作、测试工作三种模式，其中振动工作模式可以设置工具面序列、俯仰角+靶方位角序列（动态、静态可选）、全测量数据位；而连续工作模式可以设置工具面序列、俯仰角+靶方位角序列（动态）、全测量数据位、全测量序列；测试工作模式为固定序列。 由于传感器单元的数据帧格式和长度为固定模式，所以数据格式转换主要完成将传感器单元所测的实时数据进行数据移位转换和数据按设置要求进行数据组合。 u振动开关 振动开关单元为系统的初始启动源，是实现地面和井下单元的互动通道，其中电路中采用了双轴的微机械加速度计传感器ADXL206芯片，可以测量短节横向和纵向的振动变化，所测量信号进行比较后输出逻辑信号进入单稳态电路，输出直接进入单片机采样处理。2.6.3 地磁导向仪模块电路（续）第23页/共30页u传感器单元 传感器单元是钻孔中工程参数的主要测量部分，其主要功能是将安装在骨架上的三个重力加速度计和三个磁通门传感器所测的重力场、磁力场分量数据进行滤波、采集、计算工程量、数字化输出，同时也采集电压、温度数据。2.6.4 地磁导向仪模块电路（续）第24页/共30页内 容1 概述2 系统组成3 使用案列第25页/共30页3.1使用案列第26页/共30页3.1使用案列（续）井深915m，放大40dB下钻时的信号采集图井深935m，放大40dB复合钻进时的信号采集图井深940m，放大40dB划眼时的信号采集图第27页/共30页3.1 使用案列（续）第28页/共30页第29页/共30页