本发明专利技术提供了一种连续波泥浆脉冲信号模拟试验装置及方法，本发明专利技术的装置包括依次相连的控制上位机、电机控制模块、电机、联轴器、编码器、FPGA信号处理模块、信号采集卡、解码上位机；通过电机驱动编码器转轴转动，编码器将角位移转换成脉冲电信号，并且通过DDS数字信号处理技术将转子位置信息与泥浆压力波信号进行一一映射对应，模拟生成连续波泥浆压力信号；本发明专利技术还可以很方便对模拟正弦波信号的频率、幅值等参数进行修改，产生不同需求的信号；同时本发明专利技术预留了电机调试接口，可以方便研发人员对连续波的生成机制进行深入研究调试。因此，本发明专利技术可以使连续波泥浆脉冲信号的产生变得简单、高效，大大降低了时间和成本。大大降低了时间和成本。大大降低了时间和成本。
【技术实现步骤摘要】
一种连续波泥浆脉冲信号模拟试验装置及方法
[0001]本专利技术涉及脉冲信号模拟
，尤其涉及一种连续波泥浆脉冲信号模拟试验装置及方法。
技术介绍
[0002]近年来，我国对能源需求不断增长，带动了油气勘探的开发，随钻测井、导向测井等技术不断发展，现有的泥浆脉冲传输方式因数据传输速率慢，已不能满足技术发展的要求。连续波泥浆脉冲数据传输技术最早于20世纪60年代被提出，但到目前为止，只有国外的斯伦贝谢、贝克休斯等公司掌握了该技术，并研制出相关产品投入商业应用，取得不错的商业价值。连续波泥浆脉冲数据传输技术长期为少数国外跨国公司垄断，他们只提供服务，不出售设备，并且服务费昂贵。目前未见有国产连续波仪器的商业应用，国内仍处于理论研究和试验测试阶段，在连续波发生器、编解码等信号处理方面进行了原理验证探索，研究结果表明在国内技术条件下实现连续波井筒数据传输技术是可行的。
[0003]连续波仪器是典型的机电一体化设备，主要分成两部分，一是连续波脉冲发生器，用来产生连续变化的正弦压力波，重点在于机械转阀的设计和电机的控制和编码。连续波脉冲发生器有一个固定不动的定子和一个靠近定子安装并且能够旋转的转子，转子被安装在定子下方，来自地面的泥浆首先流过定子的4个轴向流通通道，再流过转子4个叶片的旁路通道。当连续波脉冲发生器处于工作状态时，控制电路模块将给出控制信号，控制电机转动，电机驱动转子连续旋转。在转子旋转过程中，转子叶片和定子叶片的重合面积会随之减小或者增大，如果重合面积减小，则泥浆流通面积也随之减小，从而导致泥浆压力随之增大，反之亦然。如果电机驱动转子以恒定转速连续旋转，则泥浆压力将是以一个固定频率进行周期性变化，理想状态下，泥浆压力的变化趋于理想正弦波。同时，电机转速越高，电机驱动转子转速也就越高，产生的泥浆压力信号的正弦波频率也就越高，单位时间内传输数据量也就越大，这也是连续波的优势之一，可以在一定范围内，调整传输速率。另一个主要部分是地面解码系统，上位机对采集到的压力信号进行实时解码算法设计，并按照需求设计出符合实际油田需求的人机交互界面。
[0004]在仪器研发过程中，经常需要调整仪器功能并进行测试，以实际井场泥浆脉冲传输信号为例，其通讯原理为：参考图1，箭头21代表泥浆循环过程，在钻进过程中，泥浆泵24抽取泥浆池23中的泥浆，并将泥浆通过调节阀门25注入钻杆水眼中，钻杆26底端固定由钻头20和连续波发生器部分，泥浆通过钻杆26水眼后，从钻杆底部钻头20流出，沿着井壁从井口处流入泥浆沉淀池22中，通过过滤系统将井下传上来的泥土砂石等杂质过滤掉，再次通过泥浆泵24抽入泥浆池23中，完成泥浆循环整个过程。在现有技术中，采用实际井场方式进行测试，需要实现井场的泥浆循环过程，不仅耗费大量资金，而且测试周期会特别长，因此模拟连续波仪器产生泥浆脉冲信号试验装置就很有必要。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种连续波泥浆脉冲信号模拟试验装置及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种连续波泥浆脉冲信号模拟试验装置，包括依次相连的控制上位机、电机控制模块、电机、联轴器、编码器、FPGA信号处理模块、信号采集卡、解码上位机；
[0008]所述控制上位机输出端与所述电机控制模块输入端连接；所述电机控制模块输出端与所述电机输入端连接；所述电机的转轴通过所述联轴器与所述编码器的转轴连接；所述编码器信号输出端与所述FPGA信号处理模块输入端连接；所述FPGA信号处理模块输出端与所述信号采集卡输入端连接；所述信号采集卡输出端与所述解码上位机输入端连接；
[0009]所述控制上位机通过所述电机控制模块驱动所述电机转动，所述电机的转轴通过所述联轴器与所述编码器的转轴连接，把所述编码器与所述电机的转轴连成为一个整体，从而带动所述编码器的转轴转动；所述电机包括定子和转子，转子转动时每个位置对应着一个泥浆流通面积，记录电机转子的位置信息即获得对应的泥浆流通面积，所述编码器将电机转子的角位移转换成脉冲电信号；所述FPGA信号处理模块通过编码器获取电机转轴的位置信息，并将位置信息与正弦波幅值进行映射对应；通过DDS数字信号处理技术，生成正弦波信号，模拟泥浆压力信号；所述信号采集卡接收泥浆压力信号并传给所述解码上位机。
[0010]更详细的解释如下，所述编码器能够将角位移转换成脉冲电信号，可以精确记录所述电机转子所处位置。所述电机转子的每一个位置，都对应着一个泥浆流通面积，泥浆流通面积大小和压力波动信号大小成反比，随着转子连续转动，泥浆压力波动就会产生一个连续的正弦波信号。所述FPGA信号处理模块采集所述编码器的位置信息，也就是所述电机在转子的位置信息。通过DDS数字信号处理技术，逆向生成正弦波信号，可以理想地模拟泥浆压力信号。所述DDS是一种把一系列数字信号转换成模拟信号的数字合成技术，通过查表法，可以把所述电机位置信号和泥浆压力一一对应，然后通过相位累加器的输出对其寻址，经过数/模转换和低通滤波输出便可以得到所需要的模拟信号。
[0011]优选的，所述电机控制模块包括6个MOSFET管组成的驱动桥电路，利用PWM波控制6个管子的打开顺序，生成一个恒定大小旋转磁场，并于所述电机转子磁铁相互作用，使得所述电机转动起来。
[0012]进一步的，所述电机控制模块还需要实现编码技术，编码技术实际就是所述电机的软件控制方式，控制系统通过控制所述电机转子的转动形式，实现数据编码加载，完成编码设计。另外，所述电机控制模块可以根据连续波仪器开发需求，修改所述电机转速，用来模拟不同传输速率下需要的不同频率正弦波压力信号。
[0013]优选的，所述电机的转轴通过所述联轴器与所述编码器的转轴连接具体为：所述联轴器两端各有一个M3的螺纹接口，所述电机转轴和所述编码器转轴通过M3螺钉锁紧固定在所述联轴器两端，把两个转轴连接成一个整体，从而有效的将所述电机转轴的转速传递给所述编码器。
[0014]另一方面，本专利技术提供了一种连续波泥浆脉冲信号模拟测试方法，包括以下步骤：
[0015]S1，通过控制上位机向所述电机控制模块写入脉冲信号模拟操作指令；
[0016]S2，所述电机控制模块接收所述脉冲信号模拟操作指令后，初始化电机，并驱动电机进行转动；
[0017]S3，所述FPGA信号处理模块通过编码器获取电机转轴的位置信息，并将位置信息与正弦波幅值进行映射对应，构建正弦波ROM表；
[0018]S4，采用DDS数字信号处理技术，通过查询正弦波ROM表，将电机位置信号与泥浆压力对应，生成正弦波信号，模拟泥浆压力信号；
[0019]S5，所述信号采集卡接收泥浆压力信号，经过数/模转换和低通滤波输出给所述解码上位机进行解码处理。
[0020]优选的，才做指令包括操作指令1和操作指令2，所述操作指令1包括连续波泥浆脉冲传输参数；所述操作指令2的编码格式为“同步头+数据”的二进制编码本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种连续波泥浆脉冲信号模拟试验装置，其特征在于，包括依次相连的控制上位机、电机控制模块、电机、联轴器、编码器、FPGA信号处理模块、信号采集卡、解码上位机；所述控制上位机通过所述电机控制模块驱动所述电机转动，所述电机的转轴通过所述联轴器与所述编码器的转轴连接，把所述编码器与所述电机的转轴连成为一个整体，从而带动所述编码器的转轴转动；所述电机包括定子和转子，转子转动时每个位置对应着一个泥浆流通面积，记录电机转子的位置信息即获得对应的泥浆流通面积，所述编码器将电机转子的角位移转换成脉冲电信号；所述FPGA信号处理模块通过编码器获取电机转轴的位置信息，并将位置信息与正弦波幅值进行映射对应；通过DDS数字信号处理技术，生成正弦波信号，模拟泥浆压力信号；所述信号采集卡接收泥浆压力信号并传给所述解码上位机。2.根据权利要求1所述的连续波泥浆脉冲信号模拟试验装置，其特征在于，所述电机控制模块包括6个MOSFET管组成的驱动桥电路，利用PWM波控制6个管子的打开顺序，生成一个恒定大小旋转磁场，并于所述电机转子磁铁相互作用，使得所述电机转动起来。3.根据权利要求2所述的连续波泥浆脉冲信号模拟试验装置，其特征在于，所述电机控制模块通过修改旋转磁场大小，修改所述电机的转速，用来模拟不同传输速率下需要的不同频率正弦波压力信号。4.根据权利要求1所述的连续波泥浆脉冲信号模拟装置，其特征在于，所述电机的转轴通过所述联轴器与所述编码器的转轴连接具体为：所述联轴器两...
【专利技术属性】
技术研发人员：远方，杨森，高增欣，
申请(专利权)人：烟台恒泰油田科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：
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