井下無線通信模擬實驗裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線通信模擬裝置，尤其是一種井下無線通信模擬實驗裝置及方 法。
【背景技術】
[0002] 目前，井下水電模擬實驗得到越來越廣泛的應用，但是現(xiàn)有的水電模擬實驗中，鉆 井液環(huán)境模擬裝置存在實驗環(huán)境條件單一的問題，現(xiàn)有裝置將電解槽內的溫度固定設置為 定值，僅僅在單一溫度條件下進行模擬測試，同時，現(xiàn)有的模擬實驗中，發(fā)送信號在電解槽 內的傳輸距離固定，無法進行調節(jié)，所以，現(xiàn)有的井下模擬實驗裝置往往局限于固定溫度和 固定距離條件，由于真實的井下環(huán)境的溫度不斷變化，同時，收發(fā)設備距離固定，使得模擬 實驗數(shù)據具有一定的特殊性，而僅僅依據固定距離對井下環(huán)境進行模擬，不利于對真實的 井下模擬環(huán)境的研究，因此，關于井下環(huán)境的模擬有待于進一步完善。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種井下無線通信模擬實驗裝 置及方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：
[0005] 井下無線通信模擬實驗裝置，包括電解槽、盛放于電解槽內部的電解液、固定設置 于電解槽底部的支架，放置于支架上共線設置的發(fā)射短節(jié)和接收短節(jié)以及設置于發(fā)射短節(jié) 和接收短節(jié)之間長度可調的鉆桿；發(fā)射短節(jié)與鉆桿、鉆桿與接收短節(jié)活動連接；
[0006] 井下無線通信模擬實驗裝置還包括通過密封線路與發(fā)射短節(jié)連接的信號發(fā)射裝 置、通過密封線路與接收短節(jié)連接的信號接收裝置；
[0007]發(fā)射短節(jié)表面設置用于纏繞發(fā)射線圈的若干環(huán)形凹槽，發(fā)射線圈纏繞于環(huán)形凹槽 表面，發(fā)射線圈表面密封處理。
[0008] 接收短節(jié)表面設置用于纏繞接收線圈的若干環(huán)形凹槽，接收線圈纏繞于環(huán)形凹槽 表面，接收線圈表面密封處理。
[0009] 通過在發(fā)射短節(jié)表面設置纏繞發(fā)射線圈的若干環(huán)形凹槽，在接收短節(jié)上設置纏繞 接收線圈的若干環(huán)形凹槽，通過調節(jié)發(fā)射線圈或者接收線圈的位置，可以改變電解槽的信 號通信距離，實現(xiàn)通信距離的細微調節(jié)。由于環(huán)形凹槽的位置可人為設置，相鄰環(huán)形凹槽的 位置可設置距離較近，模擬實驗過程中，調節(jié)發(fā)射線圈或者接收線圈在環(huán)形凹槽的不同位 置可以實現(xiàn)收發(fā)距離的細微調節(jié)。同時，通過對線圈進行密封處理，線圈不會受到電解質溶 液的腐蝕或者導致信號泄露。
[0010] 通過將鉆桿兩端分別與發(fā)射短節(jié)和接收短節(jié)連接，可以改變發(fā)射短節(jié)和接收短節(jié) 連接的距離，由于鉆桿長度可調，通過調節(jié)鉆桿的長度，可以實現(xiàn)發(fā)射線圈和接收線圈的距 離，即實現(xiàn)無線通信距離的調節(jié)。
[0011] 優(yōu)選的，所述發(fā)射短節(jié)的環(huán)形凹槽表面還設置兩個半圓形導磁環(huán)，所述兩個半圓 形導磁環(huán)相對設置，且放置于環(huán)形凹槽的表面，半圓形導磁環(huán)上纏繞發(fā)射線圈，發(fā)射線圈表 面進行密封處理，所述兩個半圓形導磁環(huán)弧長之和與環(huán)形凹槽的周長相等，半圓形導磁環(huán) 厚度小于環(huán)形凹槽深度，半圓形導磁環(huán)外層纏繞至少一層絕緣膠布。
[0012] 所述接收短節(jié)的環(huán)形凹槽表面還設置兩個半圓形導磁環(huán)，所述兩個半圓形導磁環(huán) 相對設置，且放置于環(huán)形凹槽的表面，半圓形導磁環(huán)上纏繞接收線圈，接收線圈表面進行密 封處理，所述兩個半圓形導磁環(huán)弧長之和與環(huán)形凹槽的周長相等，半圓形導磁環(huán)厚度小于 環(huán)形凹槽深度，半圓形導磁環(huán)外層纏繞至少一層絕緣膠布。
[0013] 一方面，由于發(fā)射短節(jié)和接收短節(jié)為導體，發(fā)射線圈纏繞在發(fā)射短節(jié)上，承載于發(fā) 射線圈發(fā)送的信號經過發(fā)射短節(jié)會產生信號的衰減，接收線圈纏繞在接收短節(jié)上，承載于 接收線圈接收的信號經過接收短節(jié)會產生信號的衰減，通過在發(fā)射短節(jié)和接收短節(jié)的環(huán)形 凹槽表面設置導磁環(huán)以及在導磁環(huán)外層纏繞絕緣膠布，可以降低發(fā)射線圈和接收線圈所承 載的信號發(fā)生衰減，為信號測量儀對信號的分析提供了有利的條件。另一方面，在導磁環(huán)外 層纏繞絕緣膠布，實現(xiàn)防止發(fā)射線圈或者接收線圈與導磁環(huán)磨損出現(xiàn)信號泄露。
[0014] 同時，半圓形導磁環(huán)厚度小于環(huán)形凹槽深度，為半圓形導磁環(huán)外層的絕緣膠布、發(fā) 射線圈或者接收線圈提供了足夠的纏繞空間。
[0015] 優(yōu)選的，所述發(fā)射線圈和接收線圈均采用具有雙層結構的漆包線，其中內層為導 線，外層為絕緣層。
[0016] 優(yōu)選的，所述支架頂部設置凹槽，所述凹槽與發(fā)射短節(jié)和接收短節(jié)的弧面相匹配， 用于支撐發(fā)射短節(jié)和接收短節(jié)，防止發(fā)射短節(jié)和接收短節(jié)在電解槽內部滾動。
[0017] 優(yōu)選的，所述電解槽側壁還設置加熱裝置和溫度控制裝置，用于對電解槽盛放的 電解液進行溫度調節(jié)，實現(xiàn)對不同溫度條件井下環(huán)境的測量。
[0018] 優(yōu)選的，所述電解槽側壁還設置排水閥，用于實驗結束后將電解質溶液排除。
[0019] 優(yōu)選的，當輸入信號為數(shù)字信號，所述信號發(fā)射裝置包括依次連接的信號發(fā)生器 和調制器，調制器與發(fā)射線圈電連接；所述信號接收裝置包括依次連接的解調器和信號測 量儀，解調器與接收線圈電連接。
[0020] 所述解調器包括解調單元和過濾單元，接收線圈、解調單元和過濾單元依次電連 接，所述解調單元用于對接收線圈的信號進行解調，所述過濾單元，用于接收解調單元的輸 出，去除與信號發(fā)生裝置發(fā)送的不同頻率的信號，保留與發(fā)射端同頻率信號，并輸出至信號 測量儀。
[0021] 當輸入信號為模擬信號，所述信號發(fā)射裝置為與發(fā)射線圈連接的信號發(fā)生器；所 述信號接收裝置為與接收線圈連接的信號測量儀。
[0022] 優(yōu)選的，所述信號發(fā)生器為函數(shù)發(fā)生器，用于模擬井下各種信號。
[0023] 優(yōu)選的，所述信號測量儀為混合域示波器，用于對接收信號的電壓、頻率進行頻域 分析或者時域分析。
[0024] 優(yōu)選的，發(fā)射短節(jié)與鉆桿連接處的表面設置外螺紋，鉆桿與發(fā)射短節(jié)連接處設置 與所述外螺紋向匹配的外螺紋。
[0025] 優(yōu)選的，接收短節(jié)與鉆桿連接處表面設置內螺紋，鉆桿與接收短節(jié)連接處設置與 所述內螺紋相匹配的內螺紋。
[0026] 工作原理為：
[0027] 實際井下環(huán)境充滿鉆井液，由于鉆桿為中空結構，將鉆桿設置于電解槽內部，鉆桿 內外均充滿鉆井液。在電解槽內部容納電解質溶液，由于電解質溶液具有一定電導率，可模 擬井下的鉆井液環(huán)境，對無線通信發(fā)送的電磁波進行吸收，發(fā)射信號經過電解質溶液產生 信號衰減以及外部信號的干擾，通過信號發(fā)射裝置和信號接收裝置，可以通過對發(fā)送信號 和接收信號數(shù)據的研究測試電解質溶液對信號傳輸?shù)挠绊?，進而實現(xiàn)井下鉆井液環(huán)境的實 驗模擬。
[0028] 通過在電解槽側壁設置加熱裝置和溫度控制裝置，可以對電解質溶液的溫度進行 控制和調節(jié)，用于模擬井下工作環(huán)境中的鉆井液溫度，測試溫度對信號傳輸?shù)挠绊憽?br>[0029] 本發(fā)明還提供了一種井下無線通信模擬實驗方法，包括以下步驟：
[0030] 步驟一：信號發(fā)射裝置生成發(fā)射信號，將該發(fā)射信號通過發(fā)射線圈發(fā)送，用于在發(fā) 射短節(jié)、鉆桿以及接收短節(jié)進行信號傳輸；
[0031] 步驟二：發(fā)射信號經過發(fā)射短節(jié)、鉆桿以及接收短節(jié)的信號傳輸?shù)竭_接收線圈并 形成接收信號，接收線圈接收上述接收信號并傳輸至信號接收裝置。
[0032] 步驟三：信號接收裝置接收接收線圈傳輸?shù)慕邮招盘?，并依據發(fā)射信號的幅度、頻 率與接收信號的幅度、頻率關系獲取電磁波在井下環(huán)境中的傳播特性。
[0033] 本發(fā)明的有益效果是：
[0034] 1.本裝置可以實現(xiàn)井下真實電磁傳播環(huán)境的模擬；
[0035] 2.通過調節(jié)鉆桿長度、調節(jié)發(fā)射線圈以及接收線圈的位置，可以實現(xiàn)不同距離條 件下井下電磁環(huán)境的模擬；調節(jié)鉆桿距離可以實現(xiàn)發(fā)射線圈和接收線圈較大距離的調節(jié)， 調節(jié)發(fā)射線圈纏繞的凹槽以及接收線圈纏繞的凹槽，可以實現(xiàn)發(fā)射線圈和接收線圈距離的 細微調節(jié)。
[0036]3.通過調節(jié)溫度控制裝置和加熱裝置，可以實現(xiàn)不同溫度下電磁環(huán)境的模擬；
[0037] 4.通過在發(fā)射信號端和接收信號端分別設置信號發(fā)射器和信號接收器，可以對模 擬信號和數(shù)字信號實現(xiàn)信號的無線傳輸，并在接收端對該無線信號進行數(shù)據分析，實現(xiàn)對 井下鉆井液環(huán)境的模擬和分析。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本發(fā)明結構示意圖；
[0039] 圖2是發(fā)射短節(jié)、鉆桿以及接收短節(jié)的結構圖；
[0040] 圖3是發(fā)射短節(jié)和導磁環(huán)結構示意圖；
[0041] 圖4是發(fā)射短節(jié)和支架側視圖；
[0042] 其中1.溫度控制裝置，2.發(fā)射短節(jié)，3.發(fā)射線圈，4.信號發(fā)射器，5.信號接收器， 6.接收線圈，7.接收