钻杆声波短程通讯技术研究

论文摘要

在旋转导向钻井工具的开发研究中,旋转稳定平台与相对静止MWD之间的通讯问题一直困扰着科技工作者。在查阅大量国内外文献的基础上,本文深入分析声波在刚性介质中的传播机理,提出基于钻杆激励声波的井下短程通讯技术,探讨了利用Duffing混沌系统检测声波弱信号的方法。通过钻杆声波实验,发现短距离通讯采用横波比纵波激励幅值明显,比较分析了正弦波、方波和三角波驱动激振器的波形,选择方波驱动。在构建钻杆声波模型和Duffing混沌系统的基础上,通过仿真实验成功检测到声波弱信号的幅值。声波发射电路实现3通道A/D自动转换,采用2ASK法调制信号。声波接收电路采用RC滤波加电压跟随器的方法,改善电路的滤波功能,提高电路的带载能力,实现信号的量化转换。最后,通过RS-232电平转换电路和串口调试小助手实现51单片机与PC机的串行通讯和数据存储。综合分析实验结果,基本实现井下声波短程通讯,该技术的可行性和正确性得到验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题背景简介
• 1.2.1 旋转导向钻井技术介绍
• 1.2.2 钻杆声波短程通讯的提出
• 1.3 课题的国内外研究现状
• 1.3.1 国外现状
• 1.3.2 国内现状
• 1.4 课题进展
• 1.4.1 井下声波短程通讯的技术要求
• 1.4.2 井下声波短程通讯亟待解决的问题
• 1.4.3 井下声波短程通讯设计
• 1.4.4 课题创新点
• 第二章 声波在刚性介质中的传播原理研究
• 2.1 声波在金属中的传播理论
• 2.1.1 理论建模
• 2.1.2 传播模型分类
• 2.1.3 金属中波的反射、折射及模式转换
• 2.1.4 波的衰减
• 2.1.5 金属中波的传播速度
• 2.2 钻杆声波实验简介
• 2.2.1 实验室平台介绍
• 2.2.2 钻杆声波模型选择
• 2.2.3 钻杆声波波速测量
• 2.2.4 钻杆声波最佳激励频率的确定
• 2.2.5 实验分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 声波弱信号的混沌检测
• 3.1 混沌简介
• 3.1.1 混沌的定义
• 3.1.2 混沌理论的发展
• 3.1.3 混沌的产生
• 3.2 混沌系统弱信号的检测
• 3.2.1 混沌系统弱信号检测技术的现状
• 3.2.2 混沌系统判据
• 3.2.3 基于特定 Duffing 混沌系统弱信号幅值检测
• 3.3 声波弱信号的混沌检测
• 3.3.1 钻杆声波弱信号模型的建立
• 3.3.2 Duffing 系统混沌判据
• 3.3.3 特定 Duffing 混沌系统模型
• 3.3.4 检测系统的仿真验证
• 3.4 声波弱信号的小波去噪
• 3.4.1 小波变换
• 3.4.2 小波去噪的实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 声波发射与接收电路的设计
• 4.1 发射与接收电路设计框图
• 4.2 声波发射电路设计
• 4.2.1 A/D 转换
• 4.2.2 功率放大电路
• 4.2.3 激振器
• 4.2.4 信号编码方法
• 4.3 声波接收电路设计
• 4.3.1 压电式加速度传感器
• 4.3.2 信号调节器
• 4.3.3 整流电路
• 4.3.4 滤波电路
• 4.3.5 电压比较电路
• 4.3.6 单稳态电路
• 4.4 其它电路设计
• 4.4.1 单片机复位电路
• 4.4.2 RS-232 电平转换电路
• 4.5 本章小结
• 第五章 单片机与 PC 机通讯
• 5.1 单片机串口发送数据程序设计
• 5.2 PC 机接收数据
• 5.2.1 串口调试小助手简介
• 5.2.2 接收数据
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要