一种单芯电缆数据传输系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单芯电缆数据传输系统及方法，包括：下行数据传输模块对地面下发的控制命令进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换。井下仪器控制模块将下行数据传输模块处理后的控制命令进行解调，然后采用半双工模式，通过CAN总线将该命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将该数据发送给上行数据传输模块。上行数据传输模块将采集的井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将8PSK数字信号和同步信号经过D/A变换、带通滤波、频率补偿及低通滤波后叠加到一起传输给单芯电缆。通过本发明专利技术的方案，能够在对电缆要求不高的情况下实现单芯测井电缆中数据的高速传输。

【技术实现步骤摘要】
一种单芯电缆数据传输系统及方法
本专利技术涉及单芯电缆测井技术，尤其涉及一种单芯电缆数据传输系统及方法。
技术介绍
目前油田套管井测井技术大部分采用单芯电缆测井，但是由于单芯电缆的传输特性差，如可用带宽窄、带内不平坦(高频端衰减远远大于低频端)，并且不同的电缆传输特性也有很大的不同。另外，在传输数据信号的同时需要向井下仪器提供电源，仪器噪声系数的增加，如何实现数据的快速传输是一个技术难题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种单芯电缆数据传输系统及方法，能够在对电缆的要求不高的情况下，实现在单芯测井电缆数据的高速传输。为了达到上述目的，本专利技术提出了一种单芯电缆数据传输系统，该系统包括：下行数据传输模块、井下仪器控制模块、上行数据传输模块。下行数据传输模块，用于对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换。井下仪器控制模块，用于将下行数据传输模块处理后的控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将井下仪器数据发送给上行数据传输模块进行处理。上行数据传输模块，用于将井下仪控制模块采集的井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将8PSK数字信号和同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给单芯电缆。优选地，下行数据传输模块，包括依次连接的第一滤波单元、A/D数据转换单元和第一数据处理现场可编程门阵列FPAG芯片。第一滤波单元，包括依次连接的第一二阶压控低通滤波器、第二二阶压控低通滤波器、二阶高通滤波器，负反馈放大电路。第一二阶压控低通滤波器和第二二阶压控低通滤波器，用于对下行数据进行连续两次低通滤波；二阶高通滤波器，用于对低通滤波后的下行数据进行一次高通滤波；负反馈放大电路，用于将滤波后的下行数据进行放大后输出给A/D数据转换单元。A/D数据转换单元，用于接收调制输出电路发送的下行数据，对下行数据进行A/D变换，获得下行数据的数字信号。第一数据处理FPAG芯片，用于采集A/D数据转换单元输出的下行数据的数字信号，并对数字信号进行高阶带通数字滤波，将滤波后的数字信号进行迟滞比较，并将迟滞比较后的数字信号转化为带宽为第一波特率的通用异步接收/发送UART信号发送给井下仪器控制模块。优选地，井下仪器控制模块包括单片机和CAN驱动器。单片机，通过双向数据总线与第一数据处理FPAG芯片相连，用于接收第一数据处理FPAG芯片发送的UART信号。单片机，还通过CAN总线与CAN驱动器连接，用于通过CAN总线和CAN驱动器向井下仪器发送控制命令，控制井下仪器收到控制命令后按照预先约定的数据量将井下仪器数据发送给CAN驱动器，并从CAN驱动器接收井下仪器数据。CAN驱动器，还与井下仪器连接，用于将单片机发送的下行数据由二进制码流转换为差分信号发送井下仪器，并将井下仪器返回的井下仪器数据由差分信号转换为二进制码流发送给单片机。优选地，上行数据传输模块包括：第二数据处理FPAG芯片、第三数据处理FPAG芯片、数字/模拟D/A数据转换单元、第二滤波单元、高频补偿单元、模拟切换开关、低通滤波单元及发送驱动单元。第二数据处理FPAG芯片，通过双向数据总线与单片机相连，用于采集单片机接收的井下仪器数据，将井下仪器数据按时序写入先进先出FIFO堆栈中；并读取FIFO堆栈中的井下仪器数据，按照预定的波特率产生需要调制的基带数据，并将基带数据发送给第三数据处理FPAG芯片。第三数据处理FPAG芯片，与第二数据处理FPAG芯片相连，用于接收基带数据，并将基带数据调制为8移相键控8PSK数字信号，然后输出给D/A数据转换单元。第三数据处理FPAG芯片，还用于产生一个同步信号，作为时钟同步锁相环PLL的输出频率信号，连同8PSK数字信号一起发送给D/A数据转换单元。D/A数据转换单元，为12位双路数模转换器，用于将8PSK数字信号和同步信号由数字信号转换为模拟信号，并发送给第二滤波单元。第二滤波单元，包括依次连接的第一低通滤波器和第一高通滤波器，用于为8PSK数字信号进行带通滤波；还包括依次连接的第二低通滤波器和第二高通滤波器，用于为同步信号进行带通滤波。高频补偿单元，包括依次连接的第一级频率补偿电路、第二级频率补偿电路、第三级频率补偿电路和第四级频率补偿电路；用于根据信道性能选择不同的补偿级数，对8PSK数字信号和同步信号进行频率补偿。其中，第一级频率补偿电路的输入端与第二滤波单元的输出端相连，每一级频率补偿电路的输出端与模拟切换开关相连。模拟切换开关，用于通过四个选择开关的断开与闭合选择四种不同的补偿级数。低通滤波单元，其输入端与模拟切换开关的输出端相连，用于滤除8PSK数字信号和同步信号中大于200K的信号。发送驱动单元，其输入端与低通滤波单元的输出端相连，用于将经过带通滤波的同步信号和8PSK数字信号叠加到一起，经放大驱动后加载到单芯电缆上。优选地，第一波特率为1.3Kbps；同步信号的频率为4.81khz。本专利技术还提出一种基于单芯电缆数据传输系统的单芯电缆数据传输方法，该方法包括：下行数据传输模块对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换；井下仪器控制模块将下行数据传输模块处理后的所述控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将所述控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将所述井下仪器数据发送给所述上行数据传输模块进行处理；上行数据传输模块将井下仪控制模块采集的井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将8PSK数字信号和同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给单芯电缆。优选地，该方法还包括：第一二阶压控低通滤波器和第二二阶压控低通滤波器对下行数据进行连续两次低通滤波，二阶高通滤波器对低通滤波后的下行数据进行一次高通滤波；负反馈放大电路将滤波后的下行数据进行放大后输出给A/D数据转换单元。A/D数据转换单元接收调制输出电路发送的下行数据，对下行数据进行A/D变换，获得下行数据的数字信号。第一数据处理FPAG芯片采集A/D数据转换单元输出的下行数据的数字信号，并对数字信号进行高阶带通数字滤波，将滤波后的数字信号进行迟滞比较，并将迟滞比较后的数字信号转化为带宽为第一波特率的通用异步接收/发送UART信号发送给井下仪器控制模块。优选地，该方法还包括：单片机接收第一数据处理FPAG芯片发送的UART信号。单片机通过CAN总线和CAN驱动器向井下仪器发送控制命令，控制井下仪器收到控制命令后按照预先约定的数据量将井下仪器数据发送给CAN驱动器，并从CAN驱动器接收井下仪器数据。CAN驱动器，将单片机发送的下行数据由二进制码流转换为差分信号发送井下仪器，并将井下仪器返回的井下仪器数据由差分信号转换为二进制码流发送给单片机。优选地，该方法还包括：第二数据处理FPAG芯片采集单片机接收的井下仪器数据，将井下仪器数据按时序写入先进先出FIFO堆栈中；并读取FIFO堆栈中的井下仪器数据，按照预定的波特率产生需要调制的基带数据，并将基带数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单芯电缆数据传输系统，其特征在于，所述系统包括：下行数据传输模块、井下仪器控制模块、上行数据传输模块；所述下行数据传输模块，用于对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换；所述井下仪器控制模块，用于将下行数据传输模块处理后的所述控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将所述控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将所述井下仪器数据发送给所述上行数据传输模块进行处理；所述上行数据传输模块，用于将所述井下仪控制模块采集的所述井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将所述8PSK数字信号和所述同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给所述单芯电缆。

【技术特征摘要】
1.一种单芯电缆数据传输系统，其特征在于，所述系统包括：下行数据传输模块、井下仪器控制模块、上行数据传输模块；所述下行数据传输模块，用于对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换；所述井下仪器控制模块，用于将下行数据传输模块处理后的所述控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将所述控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将所述井下仪器数据发送给所述上行数据传输模块进行处理；所述上行数据传输模块，用于将所述井下仪器控制模块采集的所述井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将所述8PSK数字信号和所述同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给所述单芯电缆；所述下行数据传输模块，包括依次连接的第一滤波单元、调制输出电路、A/D数据转换单元和第一数据处理现场可编程门阵列FPGA芯片；所述第一滤波单元，包括依次连接的第一二阶压控低通滤波器、第二二阶压控低通滤波器、二阶高通滤波器，负反馈放大电路；所述第一二阶压控低通滤波器和所述第二二阶压控低通滤波器，用于对所述下行数据进行连续两次低通滤波；所述二阶高通滤波器，用于对低通滤波后的所述下行数据进行一次高通滤波；所述负反馈放大电路，用于将滤波后的所述下行数据进行放大后通过所述调制输出电路输出给所述A/D数据转换单元；所述A/D数据转换单元，用于接收所述调制输出电路发送的所述下行数据，对所述下行数据进行A/D变换，获得所述下行数据的数字信号；所述第一数据处理FPGA芯片，用于采集所述A/D数据转换单元输出的所述下行数据的数字信号，并对所述数字信号进行高阶带通数字滤波，将滤波后的所述数字信号进行迟滞比较，并将迟滞比较后的所述数字信号转化为带宽为第一波特率的通用异步接收/发送UART信号发送给所述井下仪器控制模块；所述井下仪器控制模块包括单片机和CAN驱动器；所述单片机，通过双向数据总线与所述第一数据处理FPGA芯片相连，用于接收所述第一数据处理FPGA芯片发送的所述UART信号；所述单片机，还通过所述CAN总线与所述CAN驱动器连接，用于通过所述CAN总线和所述CAN驱动器向所述井下仪器发送所述控制命令，控制所述井下仪器收到所述控制命令后按照预先约定的数据量将所述井下仪器数据发送给所述CAN驱动器，并从所述CAN驱动器接收所述井下仪器数据；所述CAN驱动器，还与所述井下仪器连接，用于将所述单片机发送的所述下行数据由二进制码流转换为差分信号发送所述井下仪器，并将所述井下仪器返回的所述井下仪器数据由差分信号转换为二进制码流发送给所述单片机；所述上行数据传输模块包括：第二数据处理FPGA芯片、第三数据处理FPGA芯片、数字/模拟D/A数据转换单元、第二滤波单元、高频补偿单元、模拟切换开关、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金清，魏赞庆，张菊茜，许磊，付国奇，雷北平，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海油田服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11