本实用新型专利技术公开了一种井下无线通信模拟实验装置，包括电解槽，固定设置于电解槽底部的支架，与支架固定连接且共线设置的发射短节和接收短节以及设置于发射短节和接收短节之间若干长度可调的钻杆；该装置还包括通过线路与发射短节连接的信号发射装置、通过线路与接收短节连接与信号接收装置；发射短节表面设置用于缠绕发射线圈的若干环形凹槽，发射线圈缠绕于环形凹槽表面，发射线圈表面密封处理；接收短节表面设置用于缠绕接收线圈的若干环形凹槽，接收线圈缠绕于环形凹槽表面，接收线圈表面密封处理。本实用新型专利技术可以实现井下真实电磁传播环境的模拟；可以实现不同距离、不同温度条件下井下环境的模拟。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种无线通信模拟装置，尤其是一种井下无线通信模拟实验装 置。
技术介绍
目前，井下水电模拟实验得到越来越广泛的应用，但是现有的水电模拟实验中，钻 井液环境模拟装置存在实验环境条件单一的问题，现有装置将电解槽内的温度固定设置为 定值，仅仅在单一温度条件下进行模拟测试，同时，现有的模拟实验中，发送信号在电解槽 内的传输距离固定，无法进行调节，所以，现有的井下模拟实验装置往往局限于固定温度和 固定距离条件，由于真实的井下环境的温度不断变化，同时，收发设备距离固定，使得模拟 实验数据具有一定的特殊性，而仅仅依据固定距离对井下环境进行模拟，不利于对真实的 井下模拟环境的研究，因此，关于井下环境的模拟有待于进一步完善。
技术实现思路
本技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种井下无线通信模拟实 验装置。 为实现上述目的，本技术采用下述技术方案： 井下无线通信模拟实验装置，包括电解槽、盛放于电解槽内部的电解液、固定设置 于电解槽底部的支架，放置于支架上共线设置的发射短节和接收短节以及设置于发射短节 和接收短节之间长度可调的钻杆；发射短节与钻杆、钻杆与接收短节活动连接； 井下无线通信模拟实验装置还包括通过密封线路与发射短节连接的信号发射装 置、通过密封线路与接收短节连接的信号接收装置； 发射短节表面设置用于缠绕发射线圈的若干环形凹槽，发射线圈缠绕于环形凹槽 表面，发射线圈表面密封处理。 接收短节表面设置用于缠绕接收线圈的若干环形凹槽，接收线圈缠绕于环形凹槽 表面，接收线圈表面密封处理。 通过在发射短节表面设置缠绕发射线圈的若干环形凹槽，在接收短节上设置缠绕 接收线圈的若干环形凹槽，通过调节发射线圈或者接收线圈的位置，可以改变电解槽的信 号通信距离，实现通信距离的细微调节。由于环形凹槽的位置可人为设置，相邻环形凹槽的 位置可设置距离较近，模拟实验过程中，调节发射线圈或者接收线圈在环形凹槽的不同位 置可以实现收发距离的细微调节。同时，通过对线圈进行密封处理，线圈不会受到电解质溶 液的腐蚀或者导致信号泄露。 通过将钻杆两端分别与发射短节和接收短节连接，可以改变发射短节和接收短节 连接的距离，由于钻杆长度可调，通过调节钻杆的长度，可以实现发射线圈和接收线圈的距 离，即实现无线通信距离的调节。 优选的，所述发射短节的环形凹槽表面还设置两个半圆形导磁环，所述两个半圆 形导磁环相对设置，且放置于环形凹槽的表面，半圆形导磁环上缠绕发射线圈，发射线圈表 面进行密封处理，所述两个半圆形导磁环弧长之和与环形凹槽的周长相等，半圆形导磁环 厚度小于环形凹槽深度，半圆形导磁环外层缠绕至少一层绝缘胶布。 所述接收短节的环形凹槽表面还设置两个半圆形导磁环，所述两个半圆形导磁环 相对设置，且放置于环形凹槽的表面，半圆形导磁环上缠绕接收线圈，接收线圈表面进行密 封处理，所述两个半圆形导磁环弧长之和与环形凹槽的周长相等，半圆形导磁环厚度小于 环形凹槽深度，半圆形导磁环外层缠绕至少一层绝缘胶布。 一方面，由于发射短节和接收短节为导体，发射线圈缠绕在发射短节上，承载于发 射线圈发送的信号经过发射短节会产生信号的衰减，接收线圈缠绕在接收短节上，承载于 接收线圈接收的信号经过接收短节会产生信号的衰减，通过在发射短节和接收短节的环形 凹槽表面设置导磁环以及在导磁环外层缠绕绝缘胶布，可以降低发射线圈和接收线圈所承 载的信号发生衰减，为信号测量仪对信号的分析提供了有利的条件。另一方面，在导磁环外 层缠绕绝缘胶布，实现防止发射线圈或者接收线圈与导磁环磨损出现信号泄露。 同时，半圆形导磁环厚度小于环形凹槽深度，为半圆形导磁环外层的绝缘胶布、发 射线圈或者接收线圈提供了足够的缠绕空间。 优选的，所述发射线圈和接收线圈均采用具有双层结构的漆包线，其中内层为导 线，外层为绝缘层。 优选的，所述支架顶部设置凹槽，所述凹槽与发射短节和接收短节的弧面相匹配， 用于支撑发射短节和接收短节，防止发射短节和接收短节在电解槽内部滚动。 优选的，所述电解槽侧壁还设置加热装置和温度控制装置，用于对电解槽盛放的 电解液进行温度调节，实现对不同温度条件井下环境的测量。 优选的，所述电解槽侧壁还设置排水阀，用于实验结束后将电解质溶液排除。 优选的，当输入信号为数字信号，所述信号发射装置包括依次连接的信号发生器 和调制器，调制器与发射线圈电连接；所述信号接收装置包括依次连接的解调器和信号测 量仪，解调器与接收线圈电连接。 所述解调器包括解调单元和过滤单元，接收线圈、解调单元和过滤单元依次电连 接，所述解调单元用于对接收线圈的信号进行解调，所述过滤单元，用于接收解调单元的输 出，去除与信号发生装置发送的不同频率的信号，保留与发射端同频率信号，并输出至信号 测量仪。 当输入信号为模拟信号，所述信号发射装置为与发射线圈连接的信号发生器；所 述信号接收装置为与接收线圈连接的信号测量仪。 优选的，所述信号发生器为函数发生器，用于模拟井下各种信号。 优选的，所述信号测量仪为混合域示波器，用于对接收信号的电压、频率进行频域 分析或者时域分析。 优选的，发射短节与钻杆连接处的表面设置外螺纹，钻杆与发射短节连接处设置 与所述外螺纹向匹配的外螺纹。 优选的，接收短节与钻杆连接处表面设置内螺纹，钻杆与接收短节连接处设置与 所述内螺纹相匹配的内螺纹。 工作原理为： 实际井下环境充满钻井液，由于钻杆为中空结构，将钻杆设置于电解槽内部，钻杆 内外均充满钻井液。在电解槽内部容纳电解质溶液，由于电解质溶液具有一定电导率，可模 拟井下的钻井液环境，对无线通信发送的电磁波进行吸收，发射信号经过电解质溶液产生 信号衰减以及外部信号的干扰，通过信号发射装置和信号接收装置，可以通过对发送信号 和接收信号数据的研究测试电解质溶液对信号传输的影响，进而实现井下钻井液环境的实 验模拟。 通过在电解槽侧壁设置加热装置和温度控制装置，可以对电解质溶液的温度进行 控制和调节，用于模拟井下工作环境中的钻井液温度，测试温度对信号传输的影响。 本技术还提供了一种井下无线通信模拟实验方法，包括以下步骤： 步骤一：信号发射装置生成发射信号，将该发射信号通过发射线圈发送，用于在发 射短节、钻杆以及接收短节进行信号传输； 步骤二：发射信号经过发射短节、钻杆以及接收短节的信号传输到达接收线圈并 形成接收信号，接收线圈接收上述接收信号并传输至信号接收装置。 步骤三：信号接收装置接收接收线圈传输的接收信号，并依据发射信号的幅度、频 率与接收信号的幅度、频率关系获取电磁波在井下环境中的传播特性。 本技术的有益效果是： 1.本装置可以实现井下真实电磁传播环境的模拟； 2.通过调节钻杆长度、调节发射线圈以及接收线圈的位置，可以实现不同距离条 件下井下电磁环境的模拟；调节钻杆距离可以实现发射线圈和接收线圈较大距离的调节， 调节发射线圈缠绕的凹槽以及接收线圈缠绕的凹槽，可以实现发射线圈和接收线圈距离的 细微调节。 3.通过调节温度控制装置和加热装置，可以实现不同温度下电磁环境的模拟； 4.通过在发射信号端和接收信号端分别设置信号发射器和信号接收器，可以对模 拟信号和数字信号实现信号的无线传输，并在接收端对该无线信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种井下无线通信模拟实验装置，其特征是，包括电解槽、盛放于电解槽内部的电解液、固定设置于电解槽底部的支架，放置于支架上且共线设置的发射短节和接收短节以及设置于发射短节和接收短节之间若干长度可调的钻杆；发射短节与钻杆、钻杆与接收短节活动连接；该装置还包括通过线路与发射短节连接的信号发射装置、通过线路与接收短节连接的信号接收装置；发射短节表面设置用于缠绕发射线圈的若干环形凹槽，发射线圈缠绕于环形凹槽表面，发射线圈表面密封处理；接收短节表面设置用于缠绕接收线圈的若干环形凹槽，接收线圈缠绕于环形凹槽表面，接收线圈表面密封处理。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：田新，段友祥，孙歧峰，李洪强，张云，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：山东;37
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