一种基于超声原理的钻井参数传输装置_完整版.docVIP

利用声波通过钻杆进行传输的钻进参数采集装置 摘要 本实用新型涉及一种利用声波通过钻杆进行传输的钻进参数采集装置，可以实用于钻机的状态检测和数据采集管理，属于系统集成和应用电子领域。本系统包括布置在钻机钻头上的各个测点的传感器、计算机及其与计算机相连的主模式通信模型；所述的声波通信模块包括主控制器模块及与主控制器模块相连接的声波发射模块、声波接受模块、地址编码模块、状态显示模块和节电模块。主控制器中的处理器被配置用于执行计算机指令，以通过采集多个传感器来收集传感器数据，分析传感器数据与设定的模式进行比较决定传输优先级，并且能够根据传感器数据决定系统的休眠与唤醒模式。本实用新型利用钻杆容易传播声音的特性进行数据传递，系统布线简单，简化了钻杆的制造工艺，节约了开支。 权利要求书 1．利用声波通过钻杆进行传输的钻进参数采集装置，包括用采集信号的传感器及处理信号和控制声波发生器的微处理器，其特征在于，还包括与传感器连接的模数转化器， 与模数转化器连接的声波发生接受电路、与声波发生接受电路连接的石英压电震动发生器，振动器设置在钻具内，其声波信号通过钻杆进行传播，靠近地面的钻杆末端设置与钻头段相匹配的声波发生接受装置。地面钻杆尾端的声波接受与发射器件与无线网桥连接。无线网桥与工作站的无线网桥连接。 2．根据权利要求1所述的利用声波通过钻杆进行传输的钻进参数采集装置，其特征在于，所述传感器包括压力传感器、温度传感器、粉尘含水量传感器和磁力计。 3.如权利要求1所述的利用声波通过钻杆进行传输的钻进参数采集装置，其特征在于，借助于钻杆传播声波的方法进行数据传输，具体的步骤如下： 对需要传输的信息进行数字化，借助于扩频技术把所述数字化信息扩展到一个较宽的频带上，对于所述的扩展信息进行D/A转化，然后经过声波发生器转化成声波通过钻杆传输。 4.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于： 在需传输的信息被传送之前，加入一个压缩编码步骤，压缩编码把有效比特率减小到约0.5~2千比特(kbit/s). 5.根据上述权利要求之一所述的方法， 其特征在于： 在接受侧 把接收到的声波信号转变成电信号。 对所述接受到得，被转变过的声波信号进行A/D转化，以及 按照扩频技术对所述被A/D转化过的信号进行解扩展。 6.根据上述权利要求之一所诉的方法， 其特征在于： 传输在频率20~30千赫兹上进行，信息被扩展到千赫兹。 7.声波传输系统，具有 频率扩展单元，该单元借助频率扩展技术把数字信息扩展到多载频上 说明书 利用声波通过钻杆进行传输的钻进参数采集装置技术领域 本实用新型涉及一种基于声波传输的钻进过程参数采集装置，更具体的涉及一种以钻杆媒介为通过声波来采集与传输钻头作业期间的工作参数的方法和设备。 背景技术 由于岩石的复杂性和钻井过程中众多影响因素的多变性，使得钻探生产成为一个比较复杂的工艺过程。对于这样一个复杂的过程，要实现安全、优质、高效、低耗的目标，除要对钻探工艺技术进行优化设计外，还要实时地掌握钻进过程中各参数的变化情况，并根据参数变化及时有效地对钻探工艺进行调节， 其数据传输是关键问题。 在泥浆井中的随钻测量是利用泥浆脉冲来传递信号，该技术已经成熟，但是不能用于水平钻探，代替它的是电磁波脉冲信号传输技术（EMMWD-Electromagnetic Measurement While Drilling）。EMMWD是利用超低频电磁波直接穿过地层到达地面接收器，如果钻孔较深、地层阻抗较小，在传输过程中被衰减，不能到达地面被有效接受，信号的传输距离一般为700米到3000米。由于其使用低频电磁波其载波频率低，数据的传输速率也比较低，不能实时传输信息。为了满足实时传输的要求，一般采用有线传输的方式，即在钻杆内装入导线，这引起钻杆的制造工艺复杂且在钻探过程中容易发生故障等一系列的问题。 实用新型内容 本实用新型提供一种利用钻机的钻杆通过声波进行数据传输的装置，不仅克服了利用电磁波脉动信号传输技术（EMMWD-Electromagnetic Measurement While Drilling）传输速率低，传输距离近的缺点，而且克服了利用有线传输数据方式带来的高成本与高故障率。该装置利用声波进行收发，发射功率小，钻头端可以利用电池进行供电，具有装配结构及其空间更小的供电系统。实现高速实时地传输钻头测试数据到控制台进行处理。 钻机钻头钻探参数声波传输装置，包括采集信号的传感器及处理信号的微处理器（ARM），还包括与传感器连接的模数转化器， 与模数转化器连接的声波发生接受电路、与声波发生接受电路连接的石英压电震动发生器，振动器设置在钻具内，其声波信号通过钻杆进行传播，靠近地面的钻杆末端设置与钻头段相匹配的声波发生接受装置。地面钻杆尾端的声波接受与发射器件与无线网桥连接