用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，基于電磁耦合技術(shù)和載波通訊理論，在隨鉆測量儀器短節(jié)連接處構(gòu)建旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)短節(jié)之間安全、穩(wěn)定地進(jìn)行電能傳遞和信息交互，包括電能轉(zhuǎn)換電路、載波通訊電路和電磁耦合機(jī)構(gòu)；通過電源短節(jié)中電能轉(zhuǎn)換電路將泥漿脈沖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的低頻交流電能進(jìn)行交流-直流-交流變換，由電磁耦合機(jī)構(gòu)以非接觸方式將電能傳輸至控制短節(jié)，實(shí)現(xiàn)了隨鉆測量儀器短節(jié)之間電能的無線傳輸，通過載波通訊電路對待傳輸信號進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)、分析和處理，實(shí)現(xiàn)隨鉆測量儀器短節(jié)之間信息的無線交互。降低了短節(jié)之間連接機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，消除了導(dǎo)線式和滑環(huán)式連接方式存在的不安全因素和隱患，提高了穩(wěn)定性、安全性和可擴(kuò)展性。
【專利說明】用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，特別 是涉及一種基于電磁禪合和載波通訊技術(shù)的近鉆頭隨鉆測量儀器短節(jié)之間非接觸式電能 傳輸和信號交互，屬于石油、天然氣鉆井領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 石油資源關(guān)系著一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)、國防和民生，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展導(dǎo)致對石油資源的 需求不斷增長，石油開采變得日益重要。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，石油勘探、開采技術(shù)向著自 動(dòng)化、智能化方向持續(xù)發(fā)展。
[0003] 隨鉆測量（MWD)和隨鉆測井（LWD)技術(shù)是目前定向井、大位移水平井、分支井鉆進(jìn) 過程中的關(guān)鍵技術(shù)，隨鉆測量儀器多采用機(jī)電液一體化的短節(jié)式連接方式，由泥漿脈沖發(fā) 電機(jī)為井下控制系統(tǒng)和測量儀器供電，短節(jié)之間的電能傳遞和信息交互采用導(dǎo)線式點(diǎn)對點(diǎn) 直接連接方式，電源線與信號線分立。該種連接方式容易受到腐蝕、水、灰塵和污物的影響， 由于存在摩擦和磨損，因接觸、摩擦產(chǎn)生的電火花很容易引起爆炸，造成重大事故，系統(tǒng)的 安全性、可靠性及使用壽命較低。對于不同短節(jié)相對運(yùn)動(dòng)的隨鉆測量儀器，傳統(tǒng)的電能、信 號傳輸一般采用密封滑動(dòng)連接方式，該種方式雖然結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，但對滑動(dòng)接觸面的 清潔度要求較高，可擴(kuò)展性差，由于鉆井過程中高溫、高壓、強(qiáng)振動(dòng)沖擊及泥漿的存在，導(dǎo)致 滑動(dòng)磨損、接觸火花、碳積和不安全裸露導(dǎo)線等缺點(diǎn)。
[0004] 如何實(shí)現(xiàn)隨鉆測量儀器短節(jié)間電能、信號的安全、穩(wěn)定傳輸成為隨鉆測量儀器的 一個(gè)重要研究方向，針對導(dǎo)線式和滑環(huán)式連接方式存在的缺陷，設(shè)計(jì)一種基于電磁禪合理 論的無線電能、信號傳輸方法，成為當(dāng)前智能鉆井領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，解決當(dāng)前隨鉆測量儀器中短節(jié)間電能、信號 傳輸采用的導(dǎo)線式、滑環(huán)式結(jié)構(gòu)所帶來的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性和穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，基于電磁禪 合技術(shù)和載波通訊原理，實(shí)現(xiàn)隨鉆測量儀器短節(jié)之間非接觸電能、信號傳輸，提高碎成測量 儀器電能、信號傳輸?shù)陌踩浴⒎€(wěn)定性和可擴(kuò)展性，降低維修成本。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是；一種用于隨鉆測量儀器 的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，基于電磁禪合技術(shù)和載波通訊理論，在隨鉆測量儀器短 節(jié)連接處構(gòu)建旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)短節(jié)之間安全、穩(wěn)定地進(jìn)行電能傳遞和 信息交互，由電能轉(zhuǎn)換電路、載波通訊電路和電磁禪合機(jī)構(gòu)組成。其中，電能轉(zhuǎn)換電路包括 整流濾波模塊、DC-DC模塊、高頻逆變模塊、電能拾取模塊和功率變換模塊，整流濾波模塊、 DC-DC模塊、高頻逆變模塊放置在電源短節(jié)殼體的密封艙中，電能拾取模塊和功率變換模塊 放置在控制短節(jié)殼體的密封艙中，泥漿脈沖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的低頻交流電能經(jīng)整流濾波模塊和 DC-DC模塊后產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電能輸出至高頻逆變模塊，高頻逆變模塊將直流電能轉(zhuǎn)換為 高頻交流電能輸出至電磁禪合機(jī)構(gòu)，由電磁禪合機(jī)構(gòu)W非接觸方式傳遞至控制短節(jié)，電能 拾取模塊和功率調(diào)節(jié)模塊對接收到的高頻交流電能進(jìn)行處理，為各類負(fù)載提供穩(wěn)定的直流 電能。載波通訊電路包括調(diào)制模塊、解調(diào)模塊、單片機(jī)、監(jiān)控模塊和存儲模塊，放置于電源短 節(jié)和控制短節(jié)的密封艙中，由調(diào)制模塊將單片機(jī)發(fā)出的二進(jìn)制信息調(diào)制到電源線上，輸出 至電磁禪合機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳輸，由解調(diào)模塊將電源線上傳遞的信息解調(diào)成二進(jìn)制信息，輸出至 單片機(jī)中進(jìn)行處理，由監(jiān)控模塊對單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，由存儲模塊對短節(jié)交互 信息和系統(tǒng)狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲，實(shí)現(xiàn)短節(jié)之間信息的實(shí)時(shí)交互。電磁禪合機(jī)構(gòu)包括初 級磁芯、初級繞組、次級磁芯、次級繞組，初級繞組繞制于初級磁芯上，初級磁芯固定在電源 短節(jié)上，鉆進(jìn)過程中隨電源短節(jié)一起旋轉(zhuǎn)，次級繞組繞制于次級磁芯上，次級磁芯固定在控 制短節(jié)上，鉆進(jìn)過程中隨控制短節(jié)保持靜止，實(shí)現(xiàn)電能、信號的旋轉(zhuǎn)式非接觸傳輸。
[0007] 所述電能轉(zhuǎn)換電路的整流濾波模塊采用H相全橋整流電路和電容濾波方式，實(shí)現(xiàn) 泥漿脈沖發(fā)電機(jī)輸出的低頻交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，經(jīng)電源線輸出至DC-DC模塊。
[0008] 所述電能轉(zhuǎn)換電路的DC-DC模塊采用反激式開關(guān)電源方式，對整流濾波模塊輸出 的直流電能進(jìn)行直流-直流變換，輸出穩(wěn)定的直流電能至高頻逆變模塊，并為電源短節(jié)各 短路模塊提供穩(wěn)定的直流電源。
[0009] 所述電能轉(zhuǎn)換電路的高頻逆變模塊采用電壓型全橋逆變器電路，將DC-DC模塊輸 出的穩(wěn)定直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電能，經(jīng)電源線輸出至電磁禪合機(jī)構(gòu)的初級繞組側(cè)，同 時(shí)作為載波通訊電路的高頻載波信號輸出至載波通訊電路調(diào)制模塊的輸入端。
[0010] 所述電能轉(zhuǎn)換電路的電能拾取模塊采用單相全橋型整流電路和電容濾波方式，將 電磁禪合機(jī)構(gòu)次級繞組輸出的高頻交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，經(jīng)電源線輸出至功率調(diào)節(jié)模 塊。
[0011] 所述電能轉(zhuǎn)換電路的功率調(diào)節(jié)模塊采用Buck型降壓電路，對電能拾取模塊輸出 的直流電能進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，滿足各類負(fù)載工作需求。
[0012] 所述載波通訊電路采用數(shù)字頻率調(diào)制方式，單片機(jī)發(fā)出的二進(jìn)制信號由調(diào)制模塊 調(diào)制成頻率信號輸出至電磁禪合機(jī)構(gòu)，經(jīng)電磁禪合機(jī)構(gòu)傳輸?shù)恼{(diào)頻信號由解調(diào)模塊解調(diào)成 二進(jìn)制信號輸出至單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)采用89C52系列芯片及其外圍電路，調(diào)制模塊 采用XR2206芯片及其外圍電路，解調(diào)模塊采用XR2211芯片及其外圍電路。
[0013] 所述載波通訊電路的監(jiān)控模塊采用X25045芯片及其外圍電路，用于對單片機(jī)的 運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和復(fù)位操作，存儲模塊采用M25P16芯片及其外圍電路，用于對電源 短節(jié)和控制短節(jié)的交互信息和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲。
[0014] 所述電磁禪合機(jī)構(gòu)的初級磁芯和次級磁芯采用同軸圓環(huán)式結(jié)構(gòu)，兩圓環(huán)對應(yīng)橫截 面積相等，截面間氣隙寬度為2mm?5mm，初級磁芯固定在電源短節(jié)上，鉆進(jìn)時(shí)隨電源短節(jié) 一起旋轉(zhuǎn)，次級磁芯固定在控制短節(jié)上，鉆進(jìn)時(shí)隨控制短節(jié)保持靜止。
[0015] 所述電磁禪合機(jī)構(gòu)的初級繞組與次級繞組采用松禪合連接方式，分別繞制于初級 磁芯和次級磁芯上，均采用反向繞制方式。
[0016] 本實(shí)用新型的有益效果是；通過電源短節(jié)中電能轉(zhuǎn)換電路將泥漿脈沖發(fā)電機(jī)產(chǎn) 生的低頻交流電能進(jìn)行交流-直流-交流變換，由電磁禪合機(jī)構(gòu)W非接觸方式將電能傳輸 至控制短節(jié)，實(shí)現(xiàn)了隨鉆測量儀器短節(jié)之間電能的無線傳輸，通過載波通訊電路對待傳輸 信號進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)、分析和處理，實(shí)現(xiàn)隨鉆測量儀器短節(jié)之間信息的無線交互。該系統(tǒng)降 低了短節(jié)之間連接機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，消除了導(dǎo)線式和滑環(huán)式連接方式存在的不安全因素和隱 患，提高了隨鉆測量儀器電能、信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性、安全性和可擴(kuò)展性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本實(shí)用新型的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)示意 圖。
[0018] 圖2為本實(shí)用新型的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)載波通 訊電路示意圖。
[0019] 圖3為本實(shí)用新型的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)數(shù)字調(diào) 頻技術(shù)波形圖。
[0020] 圖4為本實(shí)用新型的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)電磁禪 合機(jī)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 本實(shí)用新型的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，基于電磁禪 合技術(shù)和載波通訊理論，在隨鉆測量儀器短節(jié)連接處構(gòu)建旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)短節(jié)之間安全、穩(wěn)定地進(jìn)行電能傳遞和信息交互，由電能轉(zhuǎn)換電路、載波通訊電路和電 磁禪合機(jī)構(gòu)組成。其中，電能轉(zhuǎn)換電路包括整流濾波模塊、DC-DC模塊、高頻逆變模塊、電能 拾取模塊和功率變換模塊，整流濾波模塊、DC-DC模塊、高頻逆變模塊放置在電源短節(jié)殼體 的密封艙中，電能拾取模塊和功率變換模塊放置在控制短節(jié)殼體的密封艙中，泥漿脈沖發(fā) 電機(jī)產(chǎn)生的低頻交流電能經(jīng)整流濾波模塊和DC-DC模塊后產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電能輸出至高 頻逆變模塊，高頻逆變模塊將直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電能輸出至電磁禪合機(jī)構(gòu)，由電磁 禪合機(jī)構(gòu)W非接觸方式傳遞至控制短節(jié)，電能拾取模塊和功率調(diào)節(jié)模塊對接收到的高頻交 流電能進(jìn)行處理，為各類負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電能。載波通訊電路包括調(diào)制模塊、解調(diào)模 塊、單片機(jī)、監(jiān)控模塊和存儲模塊，放置于電源短節(jié)和控制短節(jié)的密封艙中，由調(diào)制模塊將 單片機(jī)發(fā)出的二進(jìn)制信息調(diào)制到電源線上，輸出至電磁禪合機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳輸，由解調(diào)模塊將 電源線上傳遞的信息解調(diào)成二進(jìn)制信息，輸出至單片機(jī)中進(jìn)行處理，由監(jiān)控模塊對單片機(jī) 運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，由存儲模塊對短節(jié)交互信息和系統(tǒng)狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲，實(shí)現(xiàn) 短節(jié)之間信息的實(shí)時(shí)交互。電磁禪合機(jī)構(gòu)包括初級磁芯、初級繞組、次級磁芯、次級繞組，初 級繞組繞制于初級磁芯上，初級磁芯固定在電源短節(jié)上，鉆進(jìn)過程中隨電源短節(jié)一起旋轉(zhuǎn)， 次級繞組繞制于次級磁芯上，次級磁芯固定在控制短節(jié)上，鉆進(jìn)過程中隨控制短節(jié)保持靜 止，實(shí)現(xiàn)電能、信號的旋轉(zhuǎn)式非接觸傳輸。
[0022] 所述電能轉(zhuǎn)換電路的整流濾波模塊采用H相全橋整流電路和電容濾波方式，實(shí)現(xiàn) 泥漿脈沖發(fā)電機(jī)輸出的低頻交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，經(jīng)電源線輸出至DC-DC模塊。
[0023] 所述電能轉(zhuǎn)換電路的DC-DC模塊采用反激式開關(guān)電源方式，對整流濾波模塊輸出 的直流電能進(jìn)行直流-直流變換，輸出穩(wěn)定的直流電能至高頻逆變模塊，并為電源短節(jié)各 短路模塊提供穩(wěn)定的直流電源。
[0024] 所述電能轉(zhuǎn)換電路的高頻逆變模塊采用電壓型全橋逆變器電路，將DC-DC模塊輸 出的穩(wěn)定直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電能，經(jīng)電源線輸出至電磁禪合機(jī)構(gòu)的初級繞組側(cè)，同 時(shí)作為載波通訊電路的高頻載波信號輸出至載波通訊電路調(diào)制模塊的輸入端。
[0025] 所述電能轉(zhuǎn)換電路的電能拾取模塊采用單相全橋型整流電路和電容濾波方式，將 電磁禪合機(jī)構(gòu)次級繞組輸出的高頻交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，經(jīng)電源線輸出至功率調(diào)節(jié)模 塊。
[0026] 所述電能轉(zhuǎn)換電路的功率調(diào)節(jié)模塊采用Buck型降壓電路，對電能拾取模塊輸出 的直流電能進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，滿足各類負(fù)載工作需求。
[0027] 所述載波通訊電路采用數(shù)字頻率調(diào)制方式，單片機(jī)發(fā)出的二進(jìn)制信號由調(diào)制模塊 調(diào)制成頻率信號輸出至電磁禪合機(jī)構(gòu)，經(jīng)電磁禪合機(jī)構(gòu)傳輸?shù)恼{(diào)頻信號由解調(diào)模塊解調(diào)成 二進(jìn)制信號輸出至單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)采用89C52系列芯片及其外圍電路，調(diào)制模塊 采用XR2206芯片及其外圍電路，解調(diào)模塊采用XR2211芯片及其外圍電路。
[0028] 所述載波通訊電路的監(jiān)控模塊采用X25045芯片及其外圍電路，用于對單片機(jī)的 運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和復(fù)位操作，存儲模塊采用M25P16芯片及其外圍電路，用于對電源 短節(jié)和控制短節(jié)的交互信息和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲。
[0029] 所述電磁禪合機(jī)構(gòu)的初級磁芯和次級磁芯采用同軸圓環(huán)式結(jié)構(gòu)，兩圓環(huán)對應(yīng)橫截 面積相等，截面間氣隙寬度為2mm?5mm，初級磁芯固定在電源短節(jié)上，鉆進(jìn)時(shí)隨電源短節(jié) 一起旋轉(zhuǎn)，次級磁芯固定在控制短節(jié)上，鉆進(jìn)時(shí)隨控制短節(jié)保持靜止。
[0030] 所述電磁禪合機(jī)構(gòu)的初級繞組與次級繞組采用松禪合連接方式，分別繞制于初級 磁芯和次級磁芯上，均采用反向繞制方式。
[0031] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0032] 如圖1所示，泥漿脈沖發(fā)電機(jī)（即交流電源1)產(chǎn)生的H相交流電輸出至電能轉(zhuǎn)換 電路2,電能轉(zhuǎn)換電路2的整流濾波模塊21采用H相全橋型整流電路和電容濾波方式，將 交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，輸出至電能轉(zhuǎn)換電路2的DC-DC模塊22, DC-DC模塊22進(jìn)行直 流-直流變換，向高頻逆變模塊23提供電壓穩(wěn)定的連續(xù)直流電能，并為載波通訊電路提供 穩(wěn)定直流電源，高頻逆變模塊23采用功率MOSFET管IFR360作為主開關(guān)管，采用電壓型全 橋逆變器電路將直流電能轉(zhuǎn)換成高頻交流電能，同時(shí)該高頻交流電能作為載波信號，對待 傳輸信號進(jìn)行調(diào)制，并輸出至電磁禪合機(jī)構(gòu)4的初級繞組41。電磁禪合機(jī)構(gòu)4的次級繞組 42通過電磁禪合接收初級繞組41發(fā)出的能量，輸出至電能轉(zhuǎn)換電路2的電能拾取模塊24， 電能拾取模塊24采用單相全橋型整流電路和電容濾波方式，用于將次級繞組42輸出的高 頻交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能并輸出至電能轉(zhuǎn)換電路2的功率調(diào)節(jié)模塊25,功率調(diào)節(jié)模塊采 用Buck型降壓電路，控制功率從次級繞組42向負(fù)載9的傳輸，滿足各類負(fù)載9的供電需求。 圖1中8為地線。
[0033] 如圖2所示，載波通訊電路4用于將短節(jié)間交互的信息調(diào)制到電源線7上，W基于 電磁禪合的無線方式隨電能一起進(jìn)行傳遞，其中單片機(jī)31采用80C52系列芯片，用于將二 進(jìn)制信號傳送至調(diào)制電路32,接收經(jīng)解調(diào)電路33解調(diào)的二進(jìn)制信號并進(jìn)行處理，調(diào)制電路 32采用XR2206芯片及其外圍電路，用于將單片機(jī)31輸出的二進(jìn)制信號調(diào)制成頻率信號傳 送至電源線7上，解調(diào)電路33采用XR2211芯片及其外圍電路，用于將電源線7上的調(diào)制信 號解調(diào)為二進(jìn)制信號傳送至單片機(jī)31進(jìn)行處理，監(jiān)控電路34采用X25045芯片及其外圍電 路，用于對單片機(jī)31運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及復(fù)位操作，存儲電路35采用M25P16存儲芯 片，用于對短節(jié)交互信息及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲。
[0034] 如圖3所示，S (t)為單片機(jī)31輸出的二進(jìn)制信號，巧^為S (t)取反后得到的二進(jìn) 制信號，用載波信號n對s(t)進(jìn)行調(diào)制，n頻率選為150KHZ，用載波信號f2對進(jìn)行 調(diào)制，f2頻率選為124KHZ，對s(t)調(diào)制后的信號為S' (t)。
[003引如圖4所示，電源短節(jié)5隨中也軸10鉆進(jìn)過程中一起旋轉(zhuǎn)，控制短節(jié)6保持靜止， 電能轉(zhuǎn)換電路2和載波通訊電路3密封于電源短節(jié)5和控制短節(jié)6的殼體內(nèi)，初級磁芯43 與電源短節(jié)5相連，次級磁芯44與控制短節(jié)6相連，初級繞組41和次級繞組42分別反向 繞制于初級磁芯43和次級磁芯44上，氣隙寬度45保持在2mm?5mm之間。
[0036] 交流電源1產(chǎn)生的H相交流電壓范圍在40V?150V之間，經(jīng)電能轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2進(jìn)行 高頻逆變，在電源短節(jié)5的初級繞組41上產(chǎn)生高頻電流，控制短節(jié)6端的次級繞組通過電 磁禪合接收初級繞組41發(fā)出的能量，經(jīng)過能量調(diào)節(jié)后為負(fù)載9提供穩(wěn)定的36V直流電壓， 電源短節(jié)5與控制短節(jié)6之間的信息交互由載波通訊電路3實(shí)現(xiàn)，通過將待傳輸?shù)男盘栒{(diào) 制到高頻逆變后的電源線7上，接收端對調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)和處理，實(shí)現(xiàn)短節(jié)間信息的無 線通訊。
[0037] 綜上所述，本實(shí)用新型的內(nèi)容并不局限在上述的實(shí)施例中，相同領(lǐng)域內(nèi)的有識之 ±可^在本實(shí)用新型的技術(shù)指導(dǎo)思想之內(nèi)可W輕易提出其他的實(shí)施例，但該種實(shí)施例都包 括在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，基于電磁耦合技術(shù)和載 波通訊理論，在隨鉆測量儀器短節(jié)連接處構(gòu)建旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)短節(jié) 之間安全、穩(wěn)定地進(jìn)行電能傳遞和信息交互，其特征是：旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)包 括電能轉(zhuǎn)換電路、載波通訊電路和電磁耦合機(jī)構(gòu)；所述電能轉(zhuǎn)換電路包括整流濾波模塊、 DC-DC模塊、高頻逆變模塊、電能拾取模塊和功率變換模塊，整流濾波模塊、DC-DC模塊、高 頻逆變模塊放置在電源短節(jié)殼體的密封艙中，電能拾取模塊和功率變換模塊放置在控制短 節(jié)殼體的密封艙中，泥漿脈沖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的低頻交流電能經(jīng)整流濾波模塊和DC-DC模塊后 產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電能輸出至高頻逆變模塊，高頻逆變模塊將直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電能 輸出至電磁耦合機(jī)構(gòu)，由電磁耦合機(jī)構(gòu)以非接觸方式傳遞至控制短節(jié)，電能拾取模塊和功 率調(diào)節(jié)模塊對接收到的高頻交流電能進(jìn)行處理，為各類負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電能；所述載 波通訊電路包括調(diào)制模塊、解調(diào)模塊、單片機(jī)、監(jiān)控模塊和存儲模塊，放置于電源短節(jié)和控 制短節(jié)的密封艙中，由調(diào)制模塊將單片機(jī)發(fā)出的二進(jìn)制信息調(diào)制到電源線上，輸出至電磁 耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳輸，由解調(diào)模塊將電源線上傳遞的信息解調(diào)成二進(jìn)制信息，輸出至單片機(jī) 中進(jìn)行處理，由監(jiān)控模塊對單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，由存儲模塊對短節(jié)交互信息和 系統(tǒng)狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲，實(shí)現(xiàn)短節(jié)之間信息的實(shí)時(shí)交互；所述電磁耦合機(jī)構(gòu)包括初級 磁芯、初級繞組、次級磁芯、次級繞組，初級繞組繞制于初級磁芯上，初級磁芯固定在電源短 節(jié)上，鉆進(jìn)過程中隨電源短節(jié)一起旋轉(zhuǎn)，次級繞組繞制于次級磁芯上，次級磁芯固定在控制 短節(jié)上，鉆進(jìn)過程中隨控制短節(jié)保持靜止，實(shí)現(xiàn)電能、信號的旋轉(zhuǎn)式非接觸傳輸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，其特 征是：所述電能轉(zhuǎn)換電路的整流濾波模塊采用三相全橋整流電路和電容濾波方式，實(shí)現(xiàn)泥 漿脈沖發(fā)電機(jī)輸出的低頻交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，經(jīng)電源線輸出至DC-DC模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，其特 征是：所述電能轉(zhuǎn)換電路的DC-DC模塊采用反激式開關(guān)電源方式，對整流濾波模塊輸出的 直流電能進(jìn)行直流-直流變換，輸出穩(wěn)定的直流電能至高頻逆變模塊，并為電源短節(jié)各短 路豐吳塊提供穩(wěn)定的直流電源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，其特 征是：所述電能轉(zhuǎn)換電路的高頻逆變模塊采用電壓型全橋逆變器電路，將DC-DC模塊輸出 的穩(wěn)定直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電能，經(jīng)電源線輸出至電磁耦合機(jī)構(gòu)的初級繞組側(cè)，同時(shí) 作為載波通訊電路的高頻載波信號輸出至載波通訊電路調(diào)制模塊的輸入端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，其特 征是：所述電能轉(zhuǎn)換電路的電能拾取模塊采用單相全橋型整流電路和電容濾波方式，將電 磁耦合機(jī)構(gòu)次級繞組輸出的高頻交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，經(jīng)電源線輸出至功率調(diào)節(jié)模 塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，其特 征是：所述電能轉(zhuǎn)換電路的功率調(diào)節(jié)模塊采用Buck型降壓電路，對電能拾取模塊輸出的直 流電能進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，滿足各類負(fù)載工作需求。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，其特 征是：所述載波通訊電路采用數(shù)字頻率調(diào)制方式，單片機(jī)發(fā)出的二進(jìn)制信號由調(diào)制模塊調(diào) 制成頻率信號輸出至電磁耦合機(jī)構(gòu)，經(jīng)電磁耦合機(jī)構(gòu)傳輸?shù)恼{(diào)頻信號由解調(diào)模塊解調(diào)成二 進(jìn)制信號輸出至單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)采用89C52系列芯片及其外圍電路，調(diào)制模塊采 用XR2206芯片及其外圍電路，解調(diào)模塊采用XR2211芯片及其外圍電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，其特 征是：所述載波通訊電路的監(jiān)控模塊采用X25045芯片及其外圍電路，用于對單片機(jī)的運(yùn)行 狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和復(fù)位操作，存儲模塊采用M25P16芯片及其外圍電路，用于對電源短節(jié) 和控制短節(jié)的交互信息和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，其特 征是：所述電磁耦合機(jī)構(gòu)的初級磁芯和次級磁芯采用同軸圓環(huán)式結(jié)構(gòu)，兩圓環(huán)對應(yīng)橫截面 積相等，截面間氣隙寬度為2mm?5mm，初級磁芯固定在電源短節(jié)上，鉆進(jìn)時(shí)隨電源短節(jié)一 起旋轉(zhuǎn)，次級磁芯固定在控制短節(jié)上，鉆進(jìn)時(shí)隨控制短節(jié)保持靜止。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隨鉆測量儀器的旋轉(zhuǎn)式無線電能、信號傳輸系統(tǒng)，其特 征是：所述電磁耦合機(jī)構(gòu)的初級繞組與次級繞組采用松耦合連接方式，分別繞制于初級磁 芯和次級磁芯上，均采用反向繞制方式。
【文檔編號】G08C17/02GK204129941SQ201420598825
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】李紹輝, 馬哲, 王海巖, 張景良, 白大鵬, 黃峰, 魏慶振, 劉郅軒, 楊春, 郭佳 申請人:中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司