專利名稱：無線通信電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及通過對地層的分析從而促進對存在于其中的碳氫化合物儲層的開采。更特別地，本發(fā)明涉及適用于地層分析的無線通信電路。
背景技術：
限定了陸地的次表面中的碳氫化合物儲層的地層包含互相連接在一起的路徑網(wǎng)絡，這些路徑通向該儲層或者離開該儲層，并在路徑中包含有液體。為了確定上述網(wǎng)絡中的液體的內在和外在特性，需要得到關于該地層的知識，例如，儲層壓力和儲層巖石的滲透性?，F(xiàn)有的操作是通過借助“地層檢測器”工具實現(xiàn)的有線測井或者通過鉆桿檢測，從而對這些特性進行分析。這兩種檢測都適用于“開孔”或“閉孔”應用。但是，這些檢測方法都不能實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)獲取，這是因為一旦鉆孔設備被從該孔中移走，就要求執(zhí)行檢測(被稱作一次行程)。
一次行程典型地包括，將鉆柱(string)從井孔中移走、將地層檢測器放入井孔中從而獲取信息數(shù)據(jù)，以及在收回該地層檢測器之后將鉆柱放回到井孔中用于繼續(xù)進行鉆孔。很明顯，“鉆井中的行程”降低了生成能力，如果是這樣，典型地是要被避免的。因此，通常在方便的時候，如更換鉆頭時，才進行數(shù)據(jù)獲取，或者由于某些其它與鉆井無關的原因而將鉆柱移走的時候，或者數(shù)據(jù)獲取足夠重要從而有理由進行一次補充行程的時候。
基于“實時”的對儲層地層數(shù)據(jù)的獲取是我們希望得到的和有益的。因此，現(xiàn)有技術試圖在鉆柱還位于井孔中的時候，從我們所感關心的次表面地帶獲取各種各樣的地層數(shù)據(jù)。Ciglenec等人在美國專利No.6028534中公開了一種現(xiàn)有技術，并且該專利被轉讓給了本發(fā)明的受讓人。Ciglenec等人公開了一種包含傳感器設備和相關的電子器件的遠程傳感器，其中該遠程傳感器被發(fā)射進地層。該遠程傳感器中包含的電子器件使傳感器和附近的正在旋轉的鉆環(huán)(collar)之間的數(shù)據(jù)傳輸容易進行。為了實現(xiàn)這一目的，這些電子器件使得可以在數(shù)據(jù)通信開始之前確定鉆環(huán)和傳感器之間的空間定向。
因此，存在這樣一種需要提供適用于被放置在地層中的無線通信電路的電子器件。

發(fā)明內容
本發(fā)明包含一種通信電路和使用無線信號進行通信的方法，特征在于提供了一種振蕩電路，其具有與電容電路并聯(lián)在一起的電感。該電感是該通信電路的天線，并且因此總是工作于諧振狀態(tài)，即使當振蕩電路元件隨溫度而發(fā)生變化的時候情況也是如此。因此，在進行發(fā)射的時候，該天線可以工作在高Q值狀態(tài)下，并且具有最小的功率消耗。該電容電路包含一對串聯(lián)的電容。每個電容都被接地，并且具有相關的電容值。該振蕩電路連接有一個反饋網(wǎng)絡，用于有選擇性地使該振蕩電路處于偏置從而產(chǎn)生信號，而與此同時使產(chǎn)生該信號所需的功率最小。反饋電路進行工作從而將天線上產(chǎn)生的信號的振幅擺動最大化。天線每一側上信號的單端振幅是與該電容電路有關的電容值的比值的函數(shù)，并且信號的頻率由該電感和電容電路規(guī)定。該振蕩電路是多功能的，這是因為它可以被偏置從而起到發(fā)射機和/或接收機的作用。另外，可以利用額外的電路擴充該振蕩電路，這些額外的電路更加清楚地規(guī)定了發(fā)射或接收頻率，以及用于提供遠程電源。在下面的內容中，將更詳細地討論這些和其它的實施方案。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的位于鉆孔中并且配有可操縱收發(fā)機單元的鉆環(huán)；圖2是圖1的鉆環(huán)的可操縱收發(fā)機單元的示意圖，顯示了用于通過鉆孔將遠程傳感器放入所選擇的次表面地層的系統(tǒng)；圖3是圖1的鉆環(huán)的可操縱收發(fā)機單元的電子電路的示意圖，該收發(fā)機單元用于從遠程傳感器接收數(shù)據(jù)信號以及向遠程傳感器發(fā)射信號；圖4是電子框圖，示意性地表示了遠程傳感器的電子設備；圖5是圖4中所示的根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的通信電路的示意圖；圖6是圖4中所示的根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的通信電路的示意圖；圖7是圖4中所示的根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的通信電路的示意圖；圖8是圖4中所示的根據(jù)本發(fā)明第四實施方案的通信電路的示意圖；圖9是圖4中所示的根據(jù)本發(fā)明第五實施方案的通信電路的示意圖；圖10是圖4中所示的根據(jù)本發(fā)明第六實施方案的通信電路的示意圖；和圖11是一個框圖，該圖概念性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的可操縱收發(fā)機單元與遠程傳感器的協(xié)同工作情況。
具體實施例方式
參考圖1，本發(fā)明的一個示例性用法涉及包含用于鉆出井孔12的鉆柱(未示出)的鉆環(huán)10。如圖2中所示，鉆環(huán)10設置有包含數(shù)據(jù)獲取電路16的探測器段14，其中該數(shù)據(jù)獲取電路包含圖3的發(fā)射機/接收機電路18。
參考圖2，鉆環(huán)10包含壓力計20，該壓力計的壓力傳感器22通過鉆環(huán)通道24受到井孔12中的鉆孔壓力的作用。壓力計20感應所選定的次表面地層深度處周圍的壓力并且被用于檢驗遠程傳感器的壓力校準。通過壓力計20將表示井孔周圍壓力的電信號(未示出)發(fā)射到數(shù)據(jù)獲取電路16的電路。然后，數(shù)據(jù)獲取電路16進行遠程傳感器26的壓力校準，如圖1中所示，該遠程傳感器位于該特定的鉆孔深度處。
如圖1所示，鉆環(huán)10還設置有一個或多個遠程傳感器插座28。每個傳感器插座28中裝有一個遠程傳感器26，用于定位在與井孔12相交的所選定的感興趣的次表面地層內。如將在下面進一步討論的那樣，在這個特定的實施方案中，遠程傳感器26在鉆井孔12的同時被定位。但是，值得注意的是，可以預先放置遠程傳感器26并且結合本發(fā)明的可操縱收發(fā)機單元使用該遠程傳感器。在這樣的實施方案中，工作重點在于識別遠程傳感器26的位置，如將在下面被詳細地討論的那樣。
遠程傳感器26是封裝的“智能”傳感器，它被從鉆環(huán)10移動到井孔12周圍的地層中的某個位置。遠程傳感器26感應地層的特性，例如壓力、溫度、巖石滲透性、疏松度、傳導性以及介電常數(shù)等等。遠程傳感器26被適當?shù)胤庋b進傳感器外殼中，該傳感器外殼具有足夠的結構完整性，從而在從鉆環(huán)10運動到井孔12周圍的次表面地層的橫向嵌入位置時，可以抵擋破壞作用。
再次參考圖1，該圖顯示了單個的遠程傳感器26以與井孔12大體上垂直的方式嵌入在地層當中，并且因此也與鉆環(huán)10大體上垂直。掌握了本公開的益處的本領域技術人員可以理解，這種橫向嵌入運動不必與井孔12垂直，但可以通過以各種角度進入所希望的地層位置從而實現(xiàn)這種橫向嵌入運動。可以利用以下的一種或多種方法來實現(xiàn)傳感器的放置(1)鉆入鉆孔壁30并且將遠程傳感器26設置在地層中；(2)通過水壓或其它機械穿透裝置將封裝的遠程傳感器26沖/壓入地層；或者(3)利用推進劑燃料將遠程傳感器26射入地層。根據(jù)實施的方式，可以使用上述技術中的任何一種。例如，盡管所舉例說明的實施方案使用水壓機構(在下面將詳細討論)，但是可選擇的實施方案則使用發(fā)射的方式放置遠程傳感器26，該方式在Espinosa等人的美國專利No.6467387中進行了詳細的討論，并且該專利被轉讓給了本發(fā)明的受讓人。
再次參考圖2，水動壓頭32放置遠程傳感器26使得該遠程傳感器穿透次表面地層，從而有助于感應地層的特性。為了實現(xiàn)傳感器放置，鉆環(huán)10設置有一個內部圓柱形孔34，在該孔中放置了一個具有壓頭32的活塞元件36，設置該元件用于驅動該封裝的遠程智能傳感器26。活塞元件36受到水壓作用，該水壓是通過水壓供應通道42從水壓系統(tǒng)40傳遞到活塞室38的。數(shù)據(jù)獲取電路16有選擇性地激活水壓系統(tǒng)40，從而使該遠程傳感器26可以相對于該地層深度處的鉆孔周圍的壓力得到校準，如上面所描述的那樣。然后，可以將遠程傳感器26從插座28移動到鉆孔壁30之外的地層中，從而地層壓力特性將不會受到鉆孔的影響。
現(xiàn)在參考圖3，圖1中所示的鉆環(huán)10的數(shù)據(jù)獲取電路16包含由收發(fā)機功率驅動器46(如功率放大器)驅動的收發(fā)機單元44，并且驅動頻率由振蕩器48決定。如將在下面詳細解釋的那樣，收發(fā)機單元44會收到將由遠程傳感器26發(fā)射到鉆環(huán)10的探測器段14的信號。值得注意的是，當實施本發(fā)明時，并不必采用2∶1的比例，也可采用其它的比例。根據(jù)實施的方式，收發(fā)機單元44包含陣列天線50以及一個或多個收發(fā)機52。
參考圖4，圖1中所示的遠程傳感器26的電路包含至少具有一個接收機線圈56或RF天線的通信電路54。通信電路54的輸出端58連接到控制器電路60?？刂破麟娐?0被設置為，其控制輸出端62中的一個被提供到壓力計64，從而壓力計輸出信號將被傳送到模/數(shù)轉換器(ADC)/存儲器66，該模/數(shù)轉換器(ADC)/存儲器66通過導線68接收來自壓力計64的信號，并且通過導線70接收來自控制器電路60的控制信號。電池72通過功率導線76、78和80連接到傳感器26的各種電路器件。ADC/存儲器電路66的存儲器輸出82被提供到接收機線圈控制電路84。接收機線圈控制電路84起到驅動電路的作用，它通過導線86驅動天線56，從而向發(fā)射機/接收機電路18發(fā)射數(shù)據(jù)，如圖3中所示的那樣。
參考圖5，在一個實施方案中，通過振蕩電路88來形成通信電路54，該振蕩電路包含與電容電路92并聯(lián)的天線56。電容電路92包含一對電容，它們被表示為電容92a和92b，并且它們相互串聯(lián)。電容92a和92b共同接地，該接地處用92c表示。該通信電路54中還包含反饋網(wǎng)絡94。連接反饋網(wǎng)絡94從而有選擇性對振蕩電路88進行偏置，從而分別在端口88a和88b處產(chǎn)生一個或多個信號，該信號用信號96表示。
反饋網(wǎng)絡94包含第一和第二反饋電路。第一反饋電路包含雙極型晶體管98，該雙極型晶體管的發(fā)射極98a連接到開關100的一極。開關100的其它極連接到VSUPPLY和輸入端ASKIN。晶體管98的基極98b連接到電阻102和電容104。電阻102串聯(lián)在基極98b和地92c之間。電容104串聯(lián)在基極98b和振蕩電路88的端口88a之間。第二反饋電路包含雙極型晶體管106，該二極管的發(fā)射極106a接地。晶體管106的基極106b連接到電阻108和電容110。電阻108串聯(lián)在基極106b和VSUPPLV之間。晶體管106的集電極106c通過電容112a連接到開關112的一極，并且集電極106c和電容112a共同連接到振蕩電路88的端口88a。開關112的其它極接地和連接到輸入端FSKIN。電容110串聯(lián)在基極106b和振蕩電路88的端口88b之間。
通過這種配置，天線56起到振蕩電路88的電感的作用，它使得通信電路54總是工作于希望得到的諧振頻率，即天線56總是與振蕩電路88發(fā)生諧振。因此，通信電路54的穩(wěn)定時間被最小化，由此在使發(fā)射數(shù)據(jù)所需的功率最小化的同時，提高了數(shù)據(jù)吞吐量。通信電路54的諧振頻率由天線56和電容電路92的值決定。第一和第二反饋電路的晶體管98和106以及電容104和110分別實現(xiàn)了振蕩電路的反饋環(huán)。具體地說，第一和第二反饋電路中的每一個電路都向振蕩電路88提供了360°的反饋。當被激活的時候，電阻102使得第一反饋電路的晶體管98正向偏置，并且電阻108使得第二反饋電路的晶體管106正向偏置。由于天線56上的信號發(fā)生了180°的翻轉，結果是在端口88a和88b處獲得了天線56上的最大電壓?？梢岳斫猓捎诰w管98和106僅導通非常短的時間，所以用于生成天線56上的最大電壓而消耗的功率上是最小的。
電容92a和92b的值的比值C1/C2規(guī)定了振蕩電路88的平衡點以及信號96的振幅，其中C1是電容92a的值，C2是電容92b的值。如果值C1和值C2基本上是相等的，那么振蕩電路88工作在平衡狀態(tài)并且因此天線56上的信號的振幅基本上是相等的，該振幅在地和VSUPPLY之間振蕩。如果值C1和值C2不相等，那么振蕩電路88工作在非平衡狀態(tài)，這導致天線56上的信號的振幅不相等。無論振蕩電路88工作在平衡狀態(tài)還是非平衡狀態(tài)，在端口88a和88b處測量到的天線56上的信號的差分電壓水平基本上不會受到影響。因此，端口88a和88b處的數(shù)據(jù)轉移功率是相同的，即功率損耗被最小化。因此，通信電路54既適合用作差分模式發(fā)射機，也適合用作共用模式接收機，這將在下面被詳細地討論。
第一反饋電路通過使用幅移鍵控(ASK)技術使得數(shù)據(jù)通信變得容易。為了實現(xiàn)這一目的，激活開關100從而將發(fā)射極98a連接到輸入端ASKIN。在輸入端ASKIN處感應到的信號激活和關閉振蕩電路88，由此提供天線56中的發(fā)射電流。通過這種方法，對天線56所產(chǎn)生的信號96進行編碼從而使該信號包含在ASKIN處接收到的信息。例如，圖4中顯示的壓力計64可以向輸入端ASKIN發(fā)射信號。這導致振蕩電路88響應于此而發(fā)射信號96，由此將從壓力計64獲得的信息發(fā)射到相對于通信電路54被放置在遠處的接收機(未示出)。在一個實施方案中，來自壓力計64的信號是數(shù)字信號。
可選擇地，通過對第二反饋電路使用頻移鍵控(FSK)技術，可以對信號96進行編碼從而使其包含信息。為了實現(xiàn)這一目的，利用開關100將發(fā)射極98a連接到VSUPPLY從而將振蕩電路88切換到連續(xù)振蕩的狀態(tài)。在輸入端FSKIN處可以感應到例如由壓力計64生成的信號。在FSKIN處的信號有選擇性地使電容112a與電容92a并聯(lián)，由此改變了振蕩電路88的諧振頻率。通過這種方式，可以產(chǎn)生信號96，從而發(fā)射出現(xiàn)在FSKIN處的信息。
參考圖6，通過對第一反饋電路稍做修改，通信電路154可以起到信號接收機的作用，用于接收利用ASK技術而調制的信號。為了實現(xiàn)這一目的，在發(fā)射極98a和地之間連接有整流電容114。發(fā)射極98a和整流電容114之間的共用連接規(guī)定了輸入端口116，并且可以將一個能量開關連接到該輸入端口，并且通過接收喚醒信號對該能量開關進行遠程操作，這在現(xiàn)有技術中是公知的。
當在端口88b處接收到具有大于晶體管98的基極-發(fā)射極閾值的振幅的信號時，晶體管98以反向模式工作。因此，當端口88b處的信號強時，通過晶體管98的集電極-基極二極管對整流電容114進行充電。經(jīng)過充電，整流電容114的電壓電平與端口88b處的電壓電平減去晶體管98的集電極-基極飽和電壓的差相等。隨著端口88b處的信號96的電壓電平下降以及端口88a處的信號96的電壓電平上升，基極98b處的電壓相對于集電極106c處的電壓變?yōu)檎?。晶體管98的這種偏置形式阻止了集電極-發(fā)射極電流并且防止發(fā)射極98a處的電壓下降，直到天線56不再感應到信號為止。
參考圖7，通過將開關160的一極連接到發(fā)射極98a，而開關160的其余兩極連接到VSUPPLY和整流電容114，可以使得通信電路254的功能在發(fā)射極和接收機之間變換。通過這種方法，利用開關160將發(fā)射極98a連接到VSUPPLY并且采用上述的FSK技術進行發(fā)射，通信電路254可以起到發(fā)射機的作用。通過操作開關160使得發(fā)射極98a和整流電容114相連接，可以使通信電路254起到接收機的作用，并且該通信電路如在上面參考圖6所討論的那樣進行工作。
參考圖8，通信電路354的另一個實施方案包含連接到天線56和電容92b的包絡解調器120。包絡解調器120包含在地和二極管126的陰極之間并聯(lián)的整流電容122和電阻124。二極管126的陽極連接到天線56和振蕩電路88的電容92b。當所選擇的電容92a和92b的值使振蕩電路88處于非平衡狀態(tài)時，例如電容92a的值遠遠大于電容92b的值時，振蕩電路88對天線56感應到的信號具有最大的靈敏度。因此，在端口88a處所提供的信號96相對于地的電壓電平比端口88b處的信號96的電壓電平大的多。這使得與在上面參考圖6所討論過的接收機配置相比，探測小得多的信號變得容易。如果希望的話，可以在二極管126的陰極和電阻124之間的點126a處連接一個比較器，從而將被整流后的信號變成一個邏輯信號。
參考圖9，當通信電路454起到接收機的作用時，為了提高通信電路454的靈敏度，將匹配的雙二極管電路128連接到電容92b和天線56。匹配的雙二極管電路128包含運算放大器130以及第一和第二二極管132a和132b，這兩個二極管的陽極共同連接到耦合電容134和偏置電阻136。電阻138串聯(lián)在二極管132b的陰極和地之間，而二極管132a的陰極共同連接到運算放大器130的反向輸入端和電阻138。包含并聯(lián)的電容140b和電阻140a的RC網(wǎng)絡140，串聯(lián)在地和二極管132a的陰極之間。二極管132a的陰極和RC網(wǎng)絡140都連接到運算放大器130的非反向輸入端V+。
參考圖4和9，在該示例性實施方案中，電阻138的阻值略高于電阻140a的阻值。當天線56處沒有信號的時候，由于稍高的正向偏置電流的影響，二極管132a上的壓降大于二極管132b上的壓降。電壓隨著偏置電流的增加而增加。當天線56感應到信號的時候，由二極管132a而不是由二極管132b對該信號進行整流。運算放大器130忽略了反向輸入端V-處的信號的AC分量。因此，運算放大器130的輸入端V-處的DC電壓大于運算放大器130的輸入端V+處的DC電壓。因此，運算放大器130改變狀態(tài)。當天線56處的信號中止的時候，電容140b進行放電，并且運算放大器130返回到其初始狀態(tài)。通過這種方法，響應于天線56所感應到的信號，在運算放大器130的輸出端O/P處產(chǎn)生了數(shù)字信號?？梢詫/P處的信號傳輸?shù)娇刂破麟娐?0從而進行進一步的處理。通過提供匹配的二極管配置，運算放大器130可以在低頻率上工作，如在KHz范圍內，并且因此，可以使用低功率/低帶寬運算放大器來提供顯著的功率節(jié)省益處。為了提高接收機電路128的靈敏度，可以連接一個附加的預放大器(未示出)，使得電容134共同連接到該預放大器的輸入端，并且該預放大器(未示出)的輸出端共同連接到二極管132a和132b的陽極。
匹配的雙二極管電路128的另一個好處是，當該電路受到溫度循環(huán)的影響時，它提供了較高的穩(wěn)定性，即輸入端V+處的電壓減去輸入端V-處的電壓所得到的差分電壓對溫度的依賴性相對較低。二極管132a和132b的偏置電流是I1和I2。電容140b和電阻138的值分別是R1和R2。比值R1/R2限定了比值I1/I2。因此，可以按照下面的等式定義二極管132a和132b的正向偏置電壓之差ΔVD(1)--R4R5=I5(e)IS(UD2eηUT1)≈eΔVDηUT,R4R5=IS(eUD1ηUT1)IS(eUD2ηUT1)≈eΔVDηUT]]>通過等式1解ΔVD可以得到下面的等式(2)--ΔVD=ηUTln(R4R5)]]>其中η是發(fā)射系數(shù)，本例中對于正向偏置二極管來說，η≈2。通過下面的等式定義變量UT(3)--UT=kTq]]>假設振蕩電路88的工作溫度在300K和450K之間，那么所得到的UT值如下(4)UT(300K)≈26mV(5)UT(450K)≈39mV希望使最小探測輸入閾值電壓低于最大輸入偏移電壓。假設運算放大器130的輸入偏移電壓低于3mV，那么可以按照下面的等式定義比值R1/R2
(6)--ΔVD≈3mV=52mVln(R4R5),]]>通過該等式可以得到下面的等式(7)--R4R5=e3mV52mV≈1.06.]]>因此，在上面所示的例子中，根據(jù)等式(1)到(7)，如果電阻失配比是6％，那么這會使得在300K時，ΔVD的值是3mV，而在450K時，ΔVD的值是4.5mV。如顯示的那樣，在該溫度范圍內，差分電壓ΔVD非常穩(wěn)定。閾值的少量提高是我們希望得到的結果，這是因為運算放大器的輸入偏移電壓大體上傾向于隨溫度的升高而升高。
參考圖4和10，通信電路554包含連接到振蕩電路88的電壓乘法器電路142。電壓乘法器電路142包含耦合電容144，該耦合電容連接到第一二極管146的陰極和第二二極管148的陽極。整流電容150串聯(lián)在第二二極管148的陰極和地之間。第一二極管146的陽極連接到端口88a。電壓乘法器電路142提高了天線56所感應到的信號的振幅。當天線56感應到信號的時候，整流電容150進行充電。一旦整流電容150被充電，那么耦合電容144被用于解調數(shù)據(jù)。二極管146和148對信號進行整流，并且經(jīng)整流的解調后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在輸出端152處，該數(shù)據(jù)可以被傳輸?shù)狡渌娐?，例如控制器電?0。然后，該解調后的數(shù)據(jù)可以直接被電壓調節(jié)器所使用。如果希望的話，可以在振蕩電路88和輸出端152之間級連多個電壓乘法器電路142。如果在很短的脈沖串內對整流電容150進行充電，那么振蕩電路88可以被用于同時接收能量和數(shù)據(jù)。
參考圖2和11，在工作中，一旦放置好了遠程傳感器26，它就開始采集數(shù)據(jù)。在一個特殊的實施方案中，遠程傳感器26包含周期性地啟動遠程傳感器26的定時器。然后，遠程傳感器26獲取數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)存儲到ADC/存儲器66中，如圖4中所示，然后遠程傳感器返回休眠狀態(tài)。當陣列天線50與遠程傳感器26的天線56對準的時候，包含功率放大器(未示出)的鉆環(huán)發(fā)射機162通過陣列天線50向遠程傳感器26發(fā)射喚醒音。該喚醒音的發(fā)射頻率位于振蕩電路88的帶寬之內，其中該振蕩電路如圖10所示，并且該頻率接近于遠程傳感器26的諧振頻率。如果與天線50離得足夠近的話，遠程傳感器26通過其天線56接收該音，通過接收機喚醒電子器件(未示出)探測該接收到的信號，并且如果該信號具有希望得到的頻率，則遠程傳感器26被喚醒。然后，遠程傳感器26向鉆環(huán)發(fā)射機162發(fā)射一個確認信號，并且等待接收命令。
在被鉆環(huán)發(fā)射機162喚醒的時候，遠程傳感器26可以接收和執(zhí)行多個命令，例如獲取數(shù)據(jù)、發(fā)射數(shù)據(jù)、存儲器讀取以及存儲器寫入等。最通常地，鉆環(huán)發(fā)射機162將命令遠程傳感器26發(fā)射數(shù)據(jù)。遠程傳感器26通過天線56向發(fā)射機/接收機電路18發(fā)射測量數(shù)據(jù)，然后返回到休眠狀態(tài)。發(fā)射機/接收機電路18中的接收機156對該數(shù)據(jù)進行放大、解調和解碼。鉆環(huán)電子器件中的雙工器158為鉆環(huán)10中的接收機156提供保護。通過連接在陣列天線50和雙工器158之間的調諧電路164等等，對鉆環(huán)10中的陣列天線50進行調諧，使之與遠程傳感器26的發(fā)射頻率發(fā)生諧振。
更特別地，鉆環(huán)10被放置在離遠程傳感器26很近的地方。在一些實施方案中，鉆環(huán)10實際上被用于放置遠程傳感器26，在這種情況下，鉆環(huán)10將離遠程傳感器26很近。如果遠程傳感器26是預先放置的，那么可以通過關于其放置情況的記錄來確定它的位置。作為最后一種可供采用的方法，圖3中所示的收發(fā)機單元44可以被用于通過使鉆環(huán)在井孔12中上下移動從而確定遠程傳感器的位置。鉆環(huán)10中的發(fā)射機/接收機電路18發(fā)射電磁波，從而“打開”遠程傳感器26并且使得傳感器26發(fā)回識別編碼信號。該“握手”過程可以被用于識別遠程傳感器26的位置，這是因為接收到來自遠程傳感器26的握手信號將指示鉆環(huán)10的位置離遠程傳感器26的位置足夠近。
一旦確定了遠程傳感器的位置，就可以對遠程傳感器26的位置進行跟蹤。鉆環(huán)10和遠程傳感器26之間的通信典型地發(fā)生在鉆井操作期間，盡管這對于實施本發(fā)明來說并不是必要的。因此，收發(fā)機單元44相對于遠程傳感器26會發(fā)生某種程度的平移和旋轉運動，并且這種運動應該被跟蹤。這可以通過在美國專利申請No.09/899243中所討論的方法來實現(xiàn)，其中該美國專利申請的題目為“用于地層中向下打孔數(shù)據(jù)獲取的可操縱的收發(fā)機單元(STEERABLE TRANSCEIVER UNIT FORDOWNHOLE DATA ACQUISITION IN A FORMATION)”。
握手過程啟動遠程傳感器26的電子器件從而進入獲取和發(fā)射模式，并且在遠程傳感器26的電平獲得壓力數(shù)據(jù)和其它表示所選地層的特性的數(shù)據(jù)，以及傳感器的識別碼。值得注意的是，在一些實施方案中，當發(fā)射機不工作時，例如當沒有陣列天線50的時候，遠程傳感器26可以連續(xù)地獲取數(shù)據(jù)。與此同時，獲取壓力計數(shù)據(jù)(壓力和溫度)以及其它所選地層的特性并且遠程傳感器26的電子器件將這些數(shù)據(jù)轉換為一個或多個串行數(shù)字信號。通過發(fā)射機/接收機電路18，可以將該數(shù)字信號或多個數(shù)字信號從遠程傳感器26發(fā)射回鉆環(huán)10。這是通過將數(shù)據(jù)的每個單個的比特同步并編碼為一個特定的時序而得以實現(xiàn)的。在已經(jīng)獲得了穩(wěn)定的壓力和溫度讀數(shù)并成功地將它們發(fā)射到鉆環(huán)10上攜帶的電路之后，終止數(shù)據(jù)獲取和發(fā)射，或者至少終止發(fā)射(根據(jù)實施方案)。
每當啟動上述序列的時候，收發(fā)機功率驅動器46向位于鉆環(huán)10中的發(fā)射機/接收機電路18提供能量。鉆環(huán)10發(fā)射電磁波，并且該電磁波的頻率由振蕩器48確定。所選擇的頻率可以在從10KHz到50MHz的范圍內。一旦遠程傳感器26進入發(fā)射機/接收機電路18的影響范圍之內，那么位于遠程傳感器26之內的天線56將通過接收機控制線圈84和天線56輻射回頻率是原始頻率兩倍的電磁波。
以上內容是對特殊實施方案的詳細描述。在上面公開的這些特殊實施方案僅起到舉例說明的作用，因為對于那些掌握了本發(fā)明的益處的本領域的技術人員來說，可以按照不同但是等效的方式來修改和實施本發(fā)明。而且，除了下面的權利要求中的限制之外，無意對這里所顯示的結構或設計的細節(jié)進行限制。因此，很明顯的是，上述的特殊實施方案可以被修改并且這些變型被認為是在本發(fā)明的權利要求范圍之內。相應的，這里的保護范圍是以下的權利要求書提出的。上述的本發(fā)明的實施方案是示例性的。對上面所引用的公開內容可以進行許多修改，而仍保持在本發(fā)明的范圍之內。因此，不應根據(jù)上面的說明書確定本發(fā)明的范圍，而是應該根據(jù)所附的權利要求以及它們的等價物的全部范圍確定本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種無線通信電路，包含天線；與所述天線并聯(lián)的電容電路，限定了具有第一和第二端口的振蕩電路，其中所述電容電路包含一對串聯(lián)的電容，所述的一對電容共同接地；以及連接到所述振蕩電路的反饋網(wǎng)絡。
2.如權利要求1中所述的通信電路，其中所述反饋網(wǎng)絡向所述第一和第二端口中的每一個端口提供360°的反饋。
3.如權利要求1中所述的通信電路，其中所述反饋網(wǎng)絡被連接以便提供所述天線上的最大信號擺幅。
4.如權利要求1中所述的通信電路，其中所述的一對電容中的每一個電容具有基本上相同的值。
5.如權利要求1中所述的通信電路，其中所述的一對電容中的每一個電容具有不同的值。
6.如權利要求1中所述的通信電路，其中所述振蕩電路限定了一個信號，并且所述反饋網(wǎng)絡被連接以便接收數(shù)據(jù)，從而選擇性地使用所述數(shù)據(jù)對所述信號進行編碼。
7.如權利要求1中所述的通信電路，其中所述振蕩電路限定了一個信號，并且所述反饋網(wǎng)絡還包含第一和第二反饋電路，從而允許選擇性地對所述信號進行編碼，其中所述第一反饋電路連接到所述振蕩電路從而利用幅移鍵控技術選擇性地對所述信號進行編碼，以及所述第二反饋電路連接到所述振蕩電路從而利用頻移鍵控技術選擇性地對所述信號進行編碼。
8.如權利要求1中所述的通信電路，還包含與所述振蕩電路并聯(lián)的整流電路，以便對所述天線感應到的信號進行整流。
9.如權利要求1中所述的通信電路，還包含與所述一對電容中的一個電容和所述天線相連的包絡解調器電路。
10.如權利要求1中所述的通信電路，還包含與所述一對電容中的一個電容和所述天線相連的匹配的雙二極管接收機電路。
11.如權利要求1中所述的通信電路，還包含與所述一對電容中的一個電容和所述天線相連的電壓乘法器。
12.一種通信電路，包含振蕩電路，其具有與電容電路并聯(lián)的電感，所述電容電路包含串聯(lián)的一對電容，其中所述的一對電容具有與其相關的第一和第二值，并且所述的一對電容都接地；以及反饋網(wǎng)絡，其連接到所述振蕩電路從而選擇性地偏置所述振蕩電路以使之起到發(fā)射機和接收機的作用。
13.如權利要求12中所述的通信電路，其中所述振蕩電路定義了一個信號，并且所述反饋網(wǎng)絡還包含一個反饋電路從而允許選擇性地對所述信號進行編碼。
14.如權利要求12中所述的通信電路，其中所述振蕩電路定義了一個信號，并且所述反饋網(wǎng)絡還包含第一和第二反饋電路從而允許選擇性地對所述信號進行編碼，其中所述第一反饋電路連接到所述振蕩電路從而利用幅移鍵控技術選擇性地對所述信號進行編碼，以及所述第二反饋電路連接到所述振蕩電路從而利用頻移鍵控技術選擇性地對所述信號進行編碼。
15.如權利要求13中所述的通信電路，還包含與所述電感和所述的一對電容中的一個電容相連的包絡解調器電路。
16.如權利要求13中所述的通信電路，還包含與所述振蕩電路并聯(lián)的整流電路，該整流電路用于對由所述電感感應到的信號進行整流。
17.如權利要求16中所述的通信電路，還包含與所述的一對電容中的一個電容和所述電感相連的匹配的雙二極管接收機電路。
18.如權利要求16中所述的通信電路，還包含與所述的一對電容中的一個電容和所述電感相連的電壓乘法器。
19.一種利用無線信號與連接到反饋網(wǎng)絡的振蕩電路進行通信的方法，所述方法包含通過將天線與電容電路并聯(lián)，使得所述天線持續(xù)地工作在諧振狀態(tài)下，從而形成所述振蕩電路；以及通過利用所述反饋網(wǎng)絡選擇性地偏置所述振蕩電路，從而產(chǎn)生振蕩信號。
20.如權利要求19中所述的方法，還包含利用所述反饋網(wǎng)絡向所述振蕩電路提供360°的反饋。
21.如權利要求19中所述的方法，還包含接收包含有信息的數(shù)據(jù)信號，并且用所述信息對所述振蕩信號進行編碼。
22.如權利要求19中所述的方法，還包含接收包含有信息的數(shù)據(jù)信號，并且采用FSK技術，用所述信息對所述振蕩信號進行編碼。
23.如權利要求19中所述的方法，還包含接收包含有信息的數(shù)據(jù)信號，并且采用ASK技術，用所述信息對所述振蕩信號進行編碼。
24.如權利要求19中所述的方法，還包含感應共模信號并產(chǎn)生數(shù)字輸出。
25.如權利要求19中所述的方法，還包含利用所述天線交替地感應共模信號和發(fā)射差模信號。
全文摘要
本發(fā)明包含一種無線通信電路和一種利用無線信號進行通信的方法，特征在于振蕩電路具有與電容電路并聯(lián)的電感。該電容電路包含串聯(lián)的一對電容。每個電容都接地并且具有相關的電容值。連接有一個反饋網(wǎng)絡，用于有選擇性地使振蕩電路偏置從而產(chǎn)生具有一振幅的信號。該信號的振幅是與電容電路相關的電容值的比值的函數(shù)。該信號的頻率由該電感和該電容電路限定。該振蕩電路是多功能的，這是因為它可以被偏置從而起到發(fā)射機和接收機的作用。
文檔編號G01V1/00GK1532372SQ20041000855
公開日2004年9月29日 申請日期2004年3月24日 優(yōu)先權日2003年3月24日
發(fā)明者J·C·戈斯瓦米, A·赫菲爾, J C 戈斯瓦米, 貧 申請人:施盧默格海外有限公司