井下聲波通信技術利用周期性管柱信道實時傳輸聲波數據,相比于其他通信方式,具有適應性好、復雜度低、傳輸效率高等優(yōu)點,在隨鉆地質導向、油水井監(jiān)測等方面有廣闊的應用前景,是發(fā)展智能油田的關鍵技術之一。該文主要綜述20世紀90年代以來關于周期性管柱信道物理模型、信道容量、聲信號調制與接收方法等關鍵問題的研究歷程和主要結論,并對通信系統(tǒng)的設計要點與國內外相關產品的現場應用進行梳理,為后續(xù)的技術改進提供依據。 

【文章來源】：應用聲學. 2020,39(05)北大核心CSCD

【文章頁數】：8 頁

【部分圖文】：

簡化的管柱模型與聲波多徑傳播

其中，k為復波數，ω為角頻率，d1,2、c1,2、z1,2分別為管段和接箍的長度、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構，通阻帶的位置與周期單元的材料、尺寸有關，其物理機理類似于聲子晶體中的布拉格散射；通頻帶內存在頻散現象，且隨著頻率增大而愈發(fā)顯著，這將使脈沖波傳播的時域波形產生畸變。進一步研究阻抗特性，將特征向量的系數代入公式z(x,ω)=Fs/vs，顯然波阻抗是個復數，且在空間上呈周期對稱分布；通過對相位的分析發(fā)現每根管段上的兩個物理位置的阻抗總為實數，上述結論可以指導管柱與通信設備(中繼器、接收機等)的阻抗匹配，減少注入損失[9]。

(3)通帶內的“尖峰”是由聲波干涉形成的駐波所引起的，數量與管段周期數成正比。為了保證計算速度，時域的數值方法通常是對低階的單模式波進行仿真，為了進一步模擬非周期結構中多種模式波“耦合”振動的聲傳輸行為，一些研究者提出用傳遞矩陣的方法[17-21]。文獻[17–20]將單個管段用2×2傳遞矩陣進行描述，與有限差分方法的仿真結果大致相同。Han等[21]在3種模式波的非耦合傳遞矩陣基礎上，利用厚圓柱殼模型建立了考慮耦合效應的振動傳遞矩陣，與實驗結果符合良好，和ANSYS仿真相比能較大程度簡化振動分析和建模過程，計算效率更高。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3533665