一種適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，該裝置包括有耦合模塊、鎖緊模塊、差分驅(qū)動(dòng)電路模塊和鉆桿通訊模塊。本發(fā)明裝置依據(jù)電磁感應(yīng)使信號(hào)在兩個(gè)耦合模塊之間進(jìn)行非接觸傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了快速互連設(shè)備之間非接觸耦合差分通訊。本發(fā)明裝置解決了在傳統(tǒng)的石油鉆探過程中鉆桿連接處機(jī)械式通訊插頭易于磨損、松動(dòng)或者由于插頭間隙內(nèi)滲入電解液后導(dǎo)致的通訊可靠性問題。
【專利說明】一種適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種井下鉆桿用的通訊設(shè)備，更特別地說，是指一種非接觸式電磁耦合的差分?jǐn)?shù)字通訊裝置，該裝置安裝在鉆桿上。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油鉆井中，鉆桿內(nèi)置了多種電設(shè)備，如定位設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、不同種類的傳感器等，不同鉆桿上的電子設(shè)備需要連接并和井口進(jìn)行雙向通訊，目前通過鉆桿之間的機(jī)械鎖緊裝置(信號(hào)傳遞通過機(jī)械觸點(diǎn))傳輸，由于經(jīng)常的插拔磨損、鉆桿的振動(dòng)，很容易造成插頭的松動(dòng)(斷路)或者接觸電阻增大而影響通訊；另外，由于井下存在可導(dǎo)電的鉆井液，尤其是海洋鉆探時(shí)的海水，會(huì)滲透到插頭的間隙也會(huì)對(duì)通訊造成影響。鉆桿內(nèi)的電纜和鉆桿之間的電接頭同時(shí)傳輸電力和信號(hào)，該接頭在長時(shí)間使用后會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，密封性降低的問題，會(huì)對(duì)通訊造成影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種基于非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，解決了目前鉆桿通訊插頭經(jīng)常插拔造成的磨損、松動(dòng)對(duì)通訊帶來的影響，同時(shí)不會(huì)受到井下電解液對(duì)通訊的影響；并且本發(fā)明對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制和解調(diào)，不需要使用專門的硬件電路，信號(hào)數(shù)字平衡調(diào)制后可直接接入差分驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行發(fā)送和接收。
[0004]本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，第一耦合模塊I安裝在第一鎖緊模塊3A的第一沉頭腔3A5中，第一鎖緊模塊3A與第一鉆桿8固定連接，第一鉆桿8的腔內(nèi)安裝有第一差分驅(qū)動(dòng)電路模塊4、第一鉆桿通訊模塊6 ;第一耦合模塊I的兩個(gè)線纜端分別與第一差分驅(qū)動(dòng)電路模塊4連接；第二耦合模塊2安裝在第二鎖緊模塊3B的第二沉頭腔3B5中，第二鎖緊模塊3B與第二鉆桿9固定連接，第二鉆桿9的腔內(nèi)安裝有第二差分驅(qū)動(dòng)電路模塊5、第二鉆桿通訊模塊7 ;第二耦合模塊2的兩個(gè)線纜端分別與第二差分驅(qū)動(dòng)電路模塊5連接；第一鉆桿8內(nèi)的第一鉆桿通訊模塊6通過串行通信總線和第一差分驅(qū)動(dòng)電路4連接；第二鉆桿9內(nèi)的第二鉆桿通訊模塊7通過串行通信總線和第二差分驅(qū)動(dòng)電路5連接。
[0005]采用同樣的兩套耦合設(shè)備，也可實(shí)現(xiàn)非接觸耦合的雙工通訊。采用多套耦合設(shè)備，也可實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的并行通訊。
[0006]本發(fā)明數(shù)字差分通訊裝置的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0007]①本發(fā)明數(shù)字差分通訊裝置將差分信號(hào)接入耦合模塊內(nèi)的線圈兩端，通過線圈之間的電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)通訊的非接觸耦合，取代了使用通訊插頭信號(hào)的觸點(diǎn)直接耦合，避免了觸點(diǎn)松動(dòng)造成的通訊中斷。
[0008]②本發(fā)明的數(shù)字差分通訊裝置，通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的非接觸耦合，環(huán)境中的電解液對(duì)通訊不產(chǎn)生影響，適合在液體環(huán)境中工作。
[0009]③本發(fā)明的數(shù)字差分通訊裝置，其信號(hào)處理包括平衡調(diào)制和解調(diào)，通過將發(fā)送信號(hào)進(jìn)行平衡調(diào)制，保證了線圈上的信號(hào)的平衡，從而避免了耦合磁路的單向飽和，則線圈上的電磁感應(yīng)和信號(hào)耦合的可靠性得以保證。通過對(duì)收到的信號(hào)解調(diào)，得到正確的信號(hào)。通過信號(hào)處理增強(qiáng)了通訊的穩(wěn)定性、有效性和可靠性。
[0010]④本發(fā)明的數(shù)字差分通訊裝置，利用串行數(shù)字信號(hào)進(jìn)行平衡調(diào)制發(fā)送和解調(diào)接收，不需要使用專門的硬件電路，從而實(shí)現(xiàn)特殊現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下串行數(shù)字信號(hào)的非接觸電磁耦合通訊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明數(shù)字差分通訊裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的兩個(gè)鎖緊模塊對(duì)接后的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2A是本發(fā)明的兩個(gè)鎖緊模塊對(duì)接后的剖面圖。
[0014]圖2B是本發(fā)明的第一鎖緊模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2C是本發(fā)明的第一蓋板的結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2D是本發(fā)明的第二鎖緊模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2E是本發(fā)明的第二蓋板的結(jié)構(gòu)圖。
`[0018]圖3是本發(fā)明的第一差分驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的第二差分驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖。
[0020]圖5是本發(fā)明的第一耦合模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖6是本發(fā)明的第二耦合模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖7是本發(fā)明的非接觸耦合的雙工通訊的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖8是本發(fā)明的非接觸耦合的多路數(shù)據(jù)的并行通訊的結(jié)構(gòu)圖。
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，所述鉆桿包括有第一鉆桿(8)和第二鉆桿(9),第一鉆桿(8)和第二鉆桿(9)屬于現(xiàn)有石油鉆井中應(yīng)用的普通鉆桿；其特征在于:該裝置包括第一耦合模塊(I)、第二耦合模塊(2)、第一鎖緊模塊(3A)、第二鎖緊模塊(3B)、第一差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)、第二差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(5)、第一鉆桿通訊模塊(6)和第二鉆桿通訊模塊(7)； 其中，第一耦合模塊(I)與第二耦合模塊(2)的結(jié)構(gòu)相同； 其中，第一鎖緊模塊(3A)與第二鎖緊模塊(3B)的結(jié)構(gòu)相同； 其中，第一差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)與第二差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(5)的結(jié)構(gòu)相同； 其中，第一鉆桿通訊模塊(6)與第二鉆桿通訊模塊(7)的結(jié)構(gòu)相同； 第一鉆桿(8)的內(nèi)腔(83)中安裝有第一差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)、第一鉆桿通訊模塊(6)，在第一鉆桿(8)的殼體(81)的前面板(82)上安裝有第一鎖緊模塊(3A)； 第二鉆桿(9)的內(nèi)腔(93)中安裝有第二差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(5)、第二鉆桿通訊模塊(7)，在第二鉆桿(9)的殼體(91)的前面板(92)上安裝有第二鎖緊模塊(3B)； 當(dāng)?shù)谝汇@桿(8)與第二鉆桿(9)需要進(jìn)行對(duì)接時(shí)，調(diào)節(jié)第一鎖緊模塊(3A)與第二鎖緊模塊(3B)，使得第一鎖緊模塊(3A)的凸起段置于第二鎖緊模塊(3B)的第三沉頭腔內(nèi)，且第一鎖緊模塊(3A)的收縮段與第二鎖緊模塊(3B)的內(nèi)傾斜段緊配合，此時(shí)第一耦合模塊(I)和第二耦合模塊(2)的頂 蓋相對(duì)對(duì)齊，兩個(gè)耦合模塊內(nèi)的線圈骨架端口對(duì)齊，從而兩個(gè)耦合模塊實(shí)現(xiàn)耦合；其耦合原理如下，在一個(gè)耦合模塊內(nèi)的線圈兩端接入經(jīng)過處理的差分信號(hào)，基于電磁感應(yīng)，另一個(gè)耦合模塊內(nèi)的線圈兩端會(huì)接收到相同的差分信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，其特征在于:第一耦合模塊(I)包括有第一頂蓋(11)、第一線圈(13)和第一線圈骨架(12)，銅線在第一線圈骨架(12)上按同一方向纏繞一定的匝數(shù)形成第一線圈(13)，第一頂蓋(11)安裝在第一線圈骨架(12)的開口端上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，其特征在于:第一鎖緊模塊(3A)上設(shè)有第一對(duì)接頭(3A1)、第一連接盤(3A2)、第一蓋板(3A3);所述第一對(duì)接頭(3A1)上設(shè)有圓柱段(3A11)、收縮段(3A12)和凸起段(3A13);第一對(duì)接頭(3A1)的一端設(shè)有第一走線通道(3A4)，第一對(duì)接頭(3A1)的另一端設(shè)有第一沉頭腔(3A5);所述凸起段(3A13)的端面上設(shè)有多個(gè)第一螺紋孔(3A14);所述第一走線通道(3A4)用于第一耦合模塊(I)的線纜通過，通過后的線纜與第一差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)連接；所述第一沉頭腔(3A5)內(nèi)放置有第一稱合模塊(I),且通過第一蓋板(3A3)實(shí)現(xiàn)將第一稱合模塊(I)密封在第一沉頭腔(3A5)內(nèi)；所述第一連接盤(3A2)上設(shè)有多個(gè)第一通孔(3A21)，該第一通孔(3A21)用于第一螺釘穿過，穿過后的第一螺釘螺紋連接在第一鉆桿(8)的殼體(81)的前面板(82)上，即所述前面板(82)上設(shè)有多個(gè)螺紋孔；所述第一蓋板(3A3)上設(shè)有多個(gè)第二通孔(3A31)，該第二通孔(3A31)用于第二螺釘穿過，穿過后的第二螺釘螺紋連接在凸起段(3A13)的第一螺紋孔(3A14)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，其特征在于:第一差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)包括有485通訊協(xié)議驅(qū)動(dòng)芯片U1、第一光耦芯片U2、第二光耦芯片U3、第三光耦芯片U4 ； 第一鉆桿通訊模塊(6)的串行接收端R6與第一光耦芯片U2的4端(集電極)連接、控制端C6與第二光耦芯片U3的2端(陰極)連接、串行發(fā)送端T6與第三光耦芯片U4的2端(陰極)連接； 第一光耦芯片U2的I端(陽極)經(jīng)第二電阻R2接電源VCC(5V)，2端與485通訊協(xié)議驅(qū)動(dòng)芯片Ul的I端(RXD接收端)連接，3端(發(fā)射極)接地，4端經(jīng)第一電阻Rl接電源VDD(3.3V)，且4端與第一鉆桿通訊模塊6的串行接收端R6連接； 第二光耦芯片U3的I端經(jīng)第三電阻R3接電源VDD，2端與第一鉆桿通訊模塊(6)的控制端C6連接，3端接地，4端經(jīng)第四電阻R4接電源VCC，且4端與485通訊協(xié)議驅(qū)動(dòng)芯片Ul的2端(接收使能端)和3端(發(fā)送使能端)連接； 第三光耦芯片U4的I端經(jīng)第五電阻R5接電源VDD，2端與第一鉆桿通訊模塊(6)的串行發(fā)送端T6連接，3端接地，4端經(jīng)第六電阻R6接電源VCC，且4端與485通訊協(xié)議驅(qū)動(dòng)芯片Ul的4端(集電極)連接； 485通訊協(xié)議驅(qū)動(dòng)芯片Ul的I端與第一光耦芯片U2的2端連接，2端和3端與第二光耦芯片U3的4端連接，4端與第三光耦芯片U4的4端連接，5端接地，6端連接第一耦合模塊I的線纜BI，7端連接第一耦合模塊I的線纜Al，8端接電源VCC。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，其特征在于:第一鉆桿通訊模塊(6)的串行接收端R6與第一光稱芯片U2的4端(集電極)連接、控制端C6與第二光耦芯片U3的2端(陰極)連接、串行發(fā)送端T6與第三光耦芯片U4的2端(陰極)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，其特征在于:采用兩套所述非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸耦合的雙工通訊。
7.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，其特征在于:采用多套所述非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)多路非接觸耦合的并行通訊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鉆井用鉆桿的非接觸電磁耦合的數(shù)字差分通訊裝置，其特征在于鉆桿通訊方式: (1)第一鉆桿(8)與第二鉆桿(9)對(duì)接完成后； (2)若第一鉆桿通訊模塊(6)向第二鉆桿通訊模塊(7)傳輸信號(hào)進(jìn)行通訊；第一鉆桿通訊模塊(6)先進(jìn)行自身信號(hào)的平衡調(diào)制f6，然后將調(diào)制后的信號(hào)f61經(jīng)第一差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)、第一耦合模塊(I)、第二耦合模塊(2)、第二差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(5)后傳輸至第二鉆桿通訊模塊(7)； (3)第二鉆桿通訊模塊(7)對(duì)接收到的調(diào)制后的信號(hào)f61進(jìn)行解調(diào)，得到解調(diào)后信號(hào)f62 ； (4)若第二鉆桿通訊模塊(7)向第一鉆桿通訊模塊(6)傳輸信號(hào)進(jìn)行通訊；先第二鉆桿通訊模塊(7)進(jìn)行自身信號(hào)的平衡調(diào)制f7，然后將調(diào)制后的信號(hào)f71經(jīng)第二差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(5)、第二耦合模塊(2)、第一耦合模塊1、第一差分驅(qū)動(dòng)電路模塊(4)后傳輸至第一鉆桿通訊模塊(6)； (5)第一鉆桿通訊模塊(6)對(duì)接收到的調(diào)制后的信號(hào)f71進(jìn)行解調(diào)，得到解調(diào)后信號(hào)I72O
【文檔編號(hào)】E21B47/13GK103758509SQ201410001413
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月1日
【發(fā)明者】趙建輝, 李進(jìn), 李帆, 胡賢斌, 張子潮 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)