一种测井电缆高速数据通讯装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了石油勘探领域的一种测井电缆高速数据通讯装置，包括测井仪数据接口模块、调制解调模块、模拟信号处理模块、电缆模拟信号驱动模块、信号变压器与电源模块；本发明专利技术提供的一种测井电缆高速数据通讯装置实现了井下测井仪器通过测井电缆与地面系统进行高速数据通讯的功能，通讯速率在7000米测井电缆上可达到1Mbps以上，同时本发明专利技术与测井仪器间采用10/100M自适应以太网或CAN总线接口，地面系统与井下测井仪间是处于同一网络内，地面系统可以方便的访问井下测井仪器，所有的网络应用都可以使用，而不用考虑中间经过何种传输介质和使用了何种传输方法。

A High Speed Data Communication Device for Logging Cable

The invention discloses a high-speed data communication device for logging cables in the field of petroleum exploration, including data interface module, modem module, analog signal processing module, cable analog signal driving module, signal transformer and power module; the high-speed data communication device for logging cables provided by the invention realizes downhole logging instruments through logging cables and ground. The system has the function of high-speed data communication, and the communication rate can reach more than 1 Mbps on 7000m logging cable. At the same time, the 10/100M adaptive Ethernet or CAN bus interface is adopted between the surface system and the downhole logging tool. The surface system can access the downhole logging tool conveniently, and all network applications can be used without using it. Consider which transmission medium is passed through and which transmission method is used.

【技术实现步骤摘要】
一种测井电缆高速数据通讯装置
本专利技术涉及石油勘探
，具体涉及一种石油勘探过程中井下测井仪器通过测井电缆与地面系统间进行高速数据通讯的技术。
技术介绍
石油测井技术是石油工业技术的一个重要领域，被广泛应用于油气田勘探与开发的全过程，为石油地质和工程技术人员寻找和评价油气层提供重要的数据和资料。随着油气勘探开发和电子技术的发展，勘探技术已进入阵列化、成像化勘测阶段，大量的井下采集数据需要实时传输至地面，需要与之相匹配的高速数据传输通道，完成地面系统与井下仪器间大量数据的高速、实时、准确传输，其传输速率严重制约着勘探装备技术的发展和应用。近年来随着油气开发的不断深入，以往难以有效开采的低品质储层和泥岩油、页岩气等非常规油气开发受到重视，水平井开发成为其主要求产方式，形成了大量的水平井测井、压裂监测等服务市场。在长时间水平井测井、高采样率压裂监测应用中迫切需要高速电缆通讯装置。本高速电缆通讯装置就是为了解决长时间高温环境的勘探仪器的高速通讯难题，使之能够应用到高温探井、水平井测井及压裂监测等服务中，为整套系统的提档升级发挥关键作用。
技术实现思路
解决的技术问题针对现有背景所提出的问题，本专利技术提供了一种测井电缆高速数据通讯装置。技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种测井电缆高速数据通讯装置，包括测井仪数据接口模块，与测井仪器进行数据交换；调制解调模块，将经过模数转换后的电缆信号数字量还原成真实数据，将需要发送到电缆上的数据编码成数据流并通过数模芯片转换成模拟量；模拟信号处理模块，对电缆上的模拟信号进行带通滤波，信号放大，模数采样处理；电缆模拟信号驱动模块，将经由所述调制解调模块和所述模拟信号处理模块输出的模拟信号进行功率放大以适应测井电缆的衰减；信号变压器，将进行了功率放大的模拟信号耦合到测井电缆上；电源模块，产生所述测井仪数据接口模块、调制解调模块、数据共享模块、模拟信号处理模块、电缆模拟信号驱动模块以及信号变压器工作所需的各种直流电压。更进一步地，所述调制解调模块中包括DSP处理器并采用DSL调制解调算法，使在7000米测井电缆上的数据通讯率达1Mbps以上。更进一步地，所述DSP处理器根据测井电缆的长度和特性动态调整传输速率，以使所述测井电缆的传输速率达到最优状态。更进一步地，所述调制解调模块与所述测井仪数据接口模块之间采用以FPGA为核心的数据共享模块交换数据。更进一步地，所述测井仪数据接口模块采用以高速ARM为核心的多接口电路，包括以太网接口以及CAN接口。更进一步地，所述测井仪数据接口模块的以太网接口采用以太网数据透传技术，所有以太网数据均可通过所述测井仪数据接口模块上传或下传。有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术实现了井下测井仪器通过测井电缆与地面系统进行高速数据通讯的功能，通讯速率在7000米测井电缆上可达到1Mbps以上，同时本专利技术与测井仪器间采用10/100M自适应以太网或CAN总线接口，地面系统与井下测井仪间是处于同一网络内，地面系统可以方便的访问井下测井仪器，所有的网络应用都可以使用，而不用考虑中间经过何种传输介质和使用了何种传输方法。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的组成示意图；图2为本专利技术测井电缆调制解调方案原理图；图3为本专利技术数据共享模块中FPGA内部功能及外部连接关系图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合实施例对本专利技术作进一步地描述。结合图1：一种测井电缆高速数据通讯装置，包括测井仪数据接口模块、调制解调模块、模拟信号处理模块、电缆模拟信号驱动模块、信号变压器、电源模块。调制解调模块包括DSP处理器和FPGA两个核心器件。DSP处理器工作频率高达400MHz以上，DSP处理器部分主要完成数据流的调制解调、与FPGA进行数据交换的功能。优选地，DSP处理器和FPGA对数据流的调制解调采用DSL调制解调算法，调制解调算法采用离散多音频调制技术(DMT)技术，是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于IFFT和FFT来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。本专利技术使用全双工频分通信方式设计，使用QAM调制方法，应用时根据电缆特性利用其4KHz至300KHz频带进行上下行通讯传输，将4KHz至300KHz频带分隔为多个子信道，考虑到下行数据量小、上行数据量大的实际应用需求，少部分低频子信道用于下发命令传输，其余大部分子信道用于上传数据传输。在初始化的测试过程中，调制解调模块对通信进行分析，确定使用的信道和用于数据传输的频率，通过计算每个信道的信噪比(SNR)来选择最佳的传输信道，具有较低SNR的信道被丢弃不使用。基于这些信息，调制解调模块也计算出每个信道发送的比特数。优选地，在实现中，信道质量与电缆长度和电缆品质有关。优选地，FPGA内具有实现DSL的RS(Reed—Solomon)编码，RS编码是一种具有较强纠错能力的多进制BCH编码，也是差错控制领域中的一种重要线性分组码，其既可纠正随机错误，又可纠正突发错误。RS编译码器广泛应用于通信和存储系统，解决高速存储器中数据可靠性的问题。优选地，如图3所示，FPGA内部设计一个DSP的总线，FPGA片内/片外模块之间使用DSP总线进行访问，片内/片外模块包括用于与上端数据进行交换的数据交换缓冲，它可完成前端的下发命令和接收并解调的上传数据之间的数据交换。数据通信中使用RS编码、RS译码控制模块完成对发送数据和接收数据的前向纠错编译码处理，用FPGA来实现这些功能不但可以提高数据传输的可靠性，而且执行效率高，数据吞吐量大。进一步地，调制解调模块与测井仪数据接口模块之间采用FPGA内部构造的RAM电路进行数据共享和交换数据。RAM电路具有两个16位总线接口，调制解调模块和测井仪数据接口模块分别接这两个总线接口，并都可以完全访问RAM的存储空间。调制解调模块和测井仪数据接口模块将需要交换的数据根据定好的协议写入RAM中各自定义的空间，并操作RAM的特殊寄存器以产生一个硬件脉冲，该脉冲用于通知另一方有新数据，另一方收到此脉冲后读特定寄存器，并根据协议读RAM的新数据。运用本方案的优点是调制解调模块和测井仪数据接口模块各自独立工作，交换数据互不影响，工作效率高，不会产生时序冲突。进一步地，测井仪数据接口模块采用以高速ARM处理器为核心实现以太网、CAN总线接口。优选地，采用以太网接口时，实现了以太网数据透传功能，即无论测井仪器端以太网接口采用何种应用层协议均能够通过本装置与地面系统通讯，采用此方案的优点是地面系统与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测井电缆高速数据通讯装置，其特征在于：包括测井仪数据接口模块，与测井仪器进行数据交换；调制解调模块，将经过模数转换后的电缆信号数字量还原成真实数据，将需要发送到电缆上的数据编码成数据流并通过数模芯片转换成模拟量；模拟信号处理模块，对电缆上的模拟信号进行带通滤波，信号放大，模数采样处理；电缆模拟信号驱动模块，将经由所述调制解调模块和所述模拟信号处理模块输出的模拟信号进行功率放大以适应测井电缆的衰减；信号变压器，将进行了功率放大的模拟信号耦合到测井电缆上；电源模块，产生所述测井仪数据接口模块、调制解调模块、数据共享模块、模拟信号处理模块、电缆模拟信号驱动模块以及信号变压器工作所需的各种直流电源。

【技术特征摘要】
1.一种测井电缆高速数据通讯装置，其特征在于：包括测井仪数据接口模块，与测井仪器进行数据交换；调制解调模块，将经过模数转换后的电缆信号数字量还原成真实数据，将需要发送到电缆上的数据编码成数据流并通过数模芯片转换成模拟量；模拟信号处理模块，对电缆上的模拟信号进行带通滤波，信号放大，模数采样处理；电缆模拟信号驱动模块，将经由所述调制解调模块和所述模拟信号处理模块输出的模拟信号进行功率放大以适应测井电缆的衰减；信号变压器，将进行了功率放大的模拟信号耦合到测井电缆上；电源模块，产生所述测井仪数据接口模块、调制解调模块、数据共享模块、模拟信号处理模块、电缆模拟信号驱动模块以及信号变压器工作所需的各种直流电源。2.根据权利要求1所述的一种测井电缆高速数据通讯装置，其特征在于：所述调制解调模块中包括DSP处理器并采用DSL...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志彦，宋扬，周鑫华，巫国心，吴俊卿，阎东，张阿朋，任路波，高海林，马粮，
申请(专利权)人：连云港杰瑞自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32