井下聲波通信技術(shù)利用周期性管柱信道實(shí)時(shí)傳輸聲波數(shù)據(jù),相比于其他通信方式,具有適應(yīng)性好、復(fù)雜度低、傳輸效率高等優(yōu)點(diǎn),在隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向、油水井監(jiān)測(cè)等方面有廣闊的應(yīng)用前景,是發(fā)展智能油田的關(guān)鍵技術(shù)之一。該文主要綜述20世紀(jì)90年代以來(lái)關(guān)于周期性管柱信道物理模型、信道容量、聲信號(hào)調(diào)制與接收方法等關(guān)鍵問(wèn)題的研究歷程和主要結(jié)論,并對(duì)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)行梳理,為后續(xù)的技術(shù)改進(jìn)提供依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：應(yīng)用聲學(xué). 2020,39(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

簡(jiǎn)化的管柱模型與聲波多徑傳播

其中，k為復(fù)波數(shù)，ω為角頻率，d1,2、c1,2、z1,2分別為管段和接箍的長(zhǎng)度、聲速和特性阻抗，公式(1)揭示了管柱信道的頻散特性。如圖2所示，群速度在頻域上呈帶隙結(jié)構(gòu)，通阻帶的位置與周期單元的材料、尺寸有關(guān)，其物理機(jī)理類似于聲子晶體中的布拉格散射；通頻帶內(nèi)存在頻散現(xiàn)象，且隨著頻率增大而愈發(fā)顯著，這將使脈沖波傳播的時(shí)域波形產(chǎn)生畸變。進(jìn)一步研究阻抗特性，將特征向量的系數(shù)代入公式z(x,ω)=Fs/vs，顯然波阻抗是個(gè)復(fù)數(shù)，且在空間上呈周期對(duì)稱分布；通過(guò)對(duì)相位的分析發(fā)現(xiàn)每根管段上的兩個(gè)物理位置的阻抗總為實(shí)數(shù)，上述結(jié)論可以指導(dǎo)管柱與通信設(shè)備(中繼器、接收機(jī)等)的阻抗匹配，減少注入損失[9]。

(3)通帶內(nèi)的“尖峰”是由聲波干涉形成的駐波所引起的，數(shù)量與管段周期數(shù)成正比。為了保證計(jì)算速度，時(shí)域的數(shù)值方法通常是對(duì)低階的單模式波進(jìn)行仿真，為了進(jìn)一步模擬非周期結(jié)構(gòu)中多種模式波“耦合”振動(dòng)的聲傳輸行為，一些研究者提出用傳遞矩陣的方法[17-21]。文獻(xiàn)[17–20]將單個(gè)管段用2×2傳遞矩陣進(jìn)行描述，與有限差分方法的仿真結(jié)果大致相同。Han等[21]在3種模式波的非耦合傳遞矩陣基礎(chǔ)上，利用厚圓柱殼模型建立了考慮耦合效應(yīng)的振動(dòng)傳遞矩陣，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合良好，和ANSYS仿真相比能較大程度簡(jiǎn)化振動(dòng)分析和建模過(guò)程，計(jì)算效率更高。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3533665