近年來(lái),井下聲波無(wú)線傳輸技術(shù)因其便捷、高效、低成本等優(yōu)勢(shì),在隨鉆、試井、儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用受到了越來(lái)越多研究人員關(guān)注。然而,聲波信號(hào)在鉆桿、油管等各類管柱接箍處的衰減較大,導(dǎo)致傳輸距離受限,嚴(yán)重限制了其推廣。針對(duì)這一問(wèn)題,論文重點(diǎn)研究了基于雙向無(wú)線中繼的井下聲波傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文首先介紹了井下聲波無(wú)線傳輸?shù)幕驹?分析了聲波沿鉆桿傳輸?shù)念l率特性和衰減特性,研究了聲波沿鉆桿傳播過(guò)程中的噪聲的形成機(jī)理。此外,針對(duì)井下聲波無(wú)線中繼傳輸,建立了基于放大轉(zhuǎn)發(fā)的中繼雙向傳輸模型,研究了聲波無(wú)線中繼分時(shí)雙向傳輸方法。設(shè)計(jì)了相應(yīng)的仿真模型,并采用FSK調(diào)制驗(yàn)證分析了聲波沿鉆桿傳輸模型以及基于分時(shí)傳輸?shù)碾p向中繼模型。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)原理,設(shè)計(jì)了對(duì)中繼系統(tǒng)捕獲到的聲波信號(hào)進(jìn)行采集、放大、解調(diào)和轉(zhuǎn)發(fā)的處理流程。并以dsPIC33EV高溫?cái)?shù)字信號(hào)控制器為中繼系統(tǒng)主控芯片,優(yōu)化設(shè)計(jì)了相應(yīng)的發(fā)射電路、接收電路、數(shù)據(jù)采集電路、電荷放大以及調(diào)制解調(diào)電路等中繼系統(tǒng)模塊。最后,搭建了模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),開展了井下聲波無(wú)線中繼傳輸系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的中繼傳輸系統(tǒng)硬件電路工作穩(wěn)定,... 

【文章來(lái)源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：64 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

周期性鉆柱結(jié)構(gòu)圖

第二章井下聲波無(wú)線傳輸系統(tǒng)模型與仿真分析7由(2-6)可以得出，在質(zhì)量坐標(biāo)下，又可以將上面(2-2)和(2-3)重新轉(zhuǎn)換為下面的兩個(gè)關(guān)系式：2(2-7)(2-8)其中：(2-9)再次將(2-7)和(2-8)聯(lián)立可以得出：222(2-10)22222(2-11)截止到此為止，在質(zhì)量坐標(biāo)系中的經(jīng)典波動(dòng)方程就是最后一個(gè)公式。從此(2-11)的計(jì)算過(guò)程中可以知道，聲波為什么會(huì)衰減。它的頻率、阻帶和帶寬就是影響聲波衰減的幾個(gè)因素。2.2聲波沿鉆桿傳輸影響因素分析2.2.1聲波沿鉆桿頻率特性通過(guò)對(duì)近代聲波測(cè)井波動(dòng)聲學(xué)理論的研究，了解了聲波發(fā)射的激勵(lì)頻率會(huì)造成聲波沿鉆桿傳播的速度和幅值都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。如下圖2-2所示理想鉆柱模型。每個(gè)鉆柱模型都由鉆桿和接箍?jī)刹糠纸M成，兩種結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)都是固定的，且用=1，2。每個(gè)元件的長(zhǎng)度用表示，質(zhì)量用表示。且有：(2-12)圖2-2理想的鉆柱聲波傳輸模型下面，在零初始狀態(tài)條件下對(duì)質(zhì)量坐標(biāo)下的經(jīng)典波動(dòng)方程做FFT變化：d2d2+20(2-13)

西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文12置結(jié)構(gòu)之間相互作用的噪聲、套管和鉆柱系統(tǒng)之間摩擦后的噪聲以及設(shè)計(jì)好的井下系統(tǒng)之間的各類傳感器、電路板上的電磁噪聲等等。這些噪聲都會(huì)混入有用信號(hào)中去，淹沒原本有用的信號(hào)。在matlab中向聲波信號(hào)疊加高斯白噪聲，該波形即聲波傳輸過(guò)程中理論上的波形。波形圖如圖2-4所示：圖2-4聲波在鉆桿中傳播的噪聲與干擾綜上所述，井下聲波的傳輸面臨著各種各樣的噪聲，這些噪聲給我們對(duì)井下有用信號(hào)的提取造成了很大困難。這就要求我們?cè)诰侣暡▊鬏數(shù)倪^(guò)程中，研制出一級(jí)一級(jí)的中繼器，這些中繼器承擔(dān)著將有用信號(hào)接收、再放大的作用。2.3COMSOL仿真模擬聲波傳輸在COMSOL中模擬仿真聲波在鉆柱中傳播，本文在COMSOL建立模型�；灸Ｐ蜑橐话l(fā)一收，具體二維模型如圖2-5所示：圖2-5聲波在鉆桿中傳播仿真二維模型COMSOL中對(duì)聲波發(fā)射換能器施加不同頻率的激勵(lì)信號(hào)，得到聲波接收換能器

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本文編號(hào)：3370603