Скачать:  kursovaya-srk-teleizm-15-20-23.zip [292,56 Kb] (cкачиваний: 110)
 

 

 

 

Курсовая работа

 

по дисциплине: «Телеизмерения при исследовании скважин»

 

на тему:  «Передача информации по каналу связи в приборе СРК» 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

1.Аппаратура СРК………………………………………………………………...4

1.1.Назначение прибора…………………………………………………………..4

1.2.Технические характеристики………………………………………………...5

2.Устройство аппаратуры СРК…………………………………………………..7

2.1.Устройство и принцип работы прибора СРК……………………………….7

2.2.Схема функционирования скважинного прибора…………………………..7

3.Каротажный регистратор «Гектор»…………………………………………..10

4.Коды передачи информации………………………………………………….14

5.Расчётная часть………………………………………………………………...17

5.1.Расчёт основных параметров трёхжильного бронированного геофизического кабеля………………………………………………………….17

5.2.Расчёт пропускной способности канала связи…………………………….21

6.Экспериментальная часть……………………………………………………..24

Заключение……………………………………………………………………….32

Список литературы………………………………………………………………33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Под каналом телеметрии понимается совокупность устройств, имеющих по одному входу и выходу и предназначеных для передачи сигналов по линии связи.

Линия связи (линия передачи) – это тот материальный объект, по которому передаются информационные сигналы. Простейшей линией связи является пара проводов (кабельная линия связи). Пару проводов с сопротивлениями источника и нагрузки в кабельных линиях связи принято называть электрической цепью.

Структура скважинной телеизмерительной системы определяется тем, какие физические параметры требуется измерить и передать по линии связи. От этого зависят аппаратурное содержание и распределение частей телесистемы. Необходимо предложить адекватную модель одной из части телесистемы (линии связи), что позволит в лабораторных условиях изучить и проанализировать характер помех и степень искажения информации в ней. В работе предлагается использовать в качестве линии связи, а в геофизике это геофизический кабель, ее модель или другими словами имитатор. Актуальность такого решения обусловлена простотой осуществления исследований телесистемы в лабораторных условиях, так как применение реального кабеля в лаборатории является нецелесообразным ввиду его большой длины (>1000м) и наводимых индустриальных помех.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Аппаратура  СРК

1.1. Назначение прибора

Аппаратура СРК предназначена для исследования нефтяных и газовых скважин методами гамма и компенсированного нейтронного каротажа по тепловым нейтронам.  Скважинный снаряд оснащен зондовой установкой 2ННКт-27/52 с детекторами СНМ-56 на малом и СНМ-80 большом зондах, работающих в коронном режиме, либо с детекторами 9.6HE3/760/25HX 8 и 25HE3/304/50H 5,  соответственно,  работающих в пропорциональном режиме. Аппаратура обеспечивает измерение водонасыщенной пористости пород по нейтронному каротажу и мощности дозы естественной гамма активности пород (при наличии встроенного канала ГК).

Состав аппаратуры

В состав аппаратуры СРК входят:

− скважинный прибор;

− техническое описание  (ТО), включающее инструкции по эксплуатации и настройке;

− формуляр;

− интерпретационное обеспечение методов 2ННКт и ГК;

− программы первичной обработки зондов  2ННКт и ГК  (получение исправленных за влияние скважинных условий измерений геофизических параметров 2ННКт и ГК);

− технические средства полевой калибровки и инструкция по ее проведению;

− технические средства базовой калибровки и инструкция по ее проведению.

Кроме того, при поставке СРК для работы в составе регистратора “Гектор” либо со специализированным адаптером, обеспечивающего связь прибора с компьютером, аппаратура комплектуется:

− программным обеспечением настройки и тестирования прибора на базе (для ремонтных служб предприятия);

− программным обеспечением тестирования прибора перед каротажем

(для операторского состава);

− программным обеспечением регистрации;

− программным обеспечением полевой калибровки и инструкцией по ее проведению;

− программным обеспечением базовой калибровки и инструкцией по ее проведению.

Технические и программные средства полевой и базовой калибровок аппаратуры СРК-76 поставляются по специальному требованию заказчика. Аппаратура работает в комплексе с регистрирующим оборудованием, обеспечивающим прием и передачу информации в коде Манчестер-2,  каротажным подъемником с трехжильным грузонесущим кабелем длиной до 7000 м.

1.2. Технические характеристики

Основные технические характеристики прибора приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Технические характеристики	Значение
Длина, не более мм	3350
Максимальный диаметр, мм	76
Масса, не более кг	80
Скорость каротажа, м/час	200 ÷ 800
Телеметрия	Манчестер-2
Число регистрируемых каналов	22кбод
Число измеряемых параметров	1
Канал 2ННКт: Тип детектора Диапазон измерений, % Основная относительная погрешность измерений ,%	СНМ-56,СНМ-80 0÷40 4.2+2.3
Диапазон рабочих температур, °С	-10 ÷ 185
Верхнее значение рабочего гидростатического давления, МПа	150
Диапазон диаметров исследуемых скважин, мм	120÷350

 

 

Скорость счета в воде гелиевых счетчиков тепловых нейтронов при мощности источника нейтронов 10 в -7 н/сек:

– по малому зонду  –  не менее 30000 имп/мин;

– по большому зонду  – не менее 2500 имп/мин.

Чувствительность канала ГК с детектором  NaJ(Tl)  не менее 1000 имп/мин на 1 мкР/час.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Устройство  и принцип работы аппаратуры СРК

 

2.1 Устройство прибора

 

 

Рис.1. Общий вид аппаратуры СРК

 

Общий вид скважинного прибора приведен на рисунке 1,  основными элементами которого являются: головка прибора (1), охранный кожух (3), электронный блок (4), зондовое устройство  2ННКт (4), камера источника нейтронов с источникодержателем (5), нижняя стыковочная головка (6). Зонд  2ННК состоит из корытообразного шасси,  в котором размещены два счетчика медленных нейтронов типа СНМ-56 и СНМ-80 (либо 9.6HE3/760/25HX 8 и 25HE3/304/50H 5),  водородосодержащие экраны из капролона и кадмиевые фильтры.  Экраны поджаты пружиной,  компенсирующей возможные изменения их размеров, вызванные изменением температуры окружающей среды.  Конструкция и расположение экранов обеспечивают требуемую геометрию измерительной установки.

 

2.2. Принцип работы прибора

Прибор СРК совместно с наземным компьютеризованным каротажным комплексом «Гектор», имеющим возможность приема фазоманипулированного кода «Манчестер-2», представляет собой многоканальную скважинную телеизмерительную систему с кодоимпульсной модуляцией.

В состав прибора входит шасси 1, втулка 2, блок комбинированный 3, охранный кожух 4, контргайка 5,12, винт 6, контакт 7, втулка 8, блок детерминированный 9, источникодержатель 10, камера источника 11, пробка 13.

В приборе имеется блок отсек для источника 10,11,где происходит облучение пород нейтронами. Отражённые нейтроны принимается детектором 9, далее передаётся  по геофизическому кабелю на комбинированный блок, где происходит усиление сигнала, потом преобразуется  в импульсный сигнал.

Сигнал по кабелю идёт на головку прибора, где он передаётся на наземный прибор «Гектор».

 

2.3. Схема функционирования скважинного прибора

Функциональная схема модуля СРК-76 приведена на рисунке 2.  В состав модуля входят: приборная головка А1, электронный блок А2, зонд  2ННКт – А3 и нижняя стыковочная головка – А4. Зонд  2ННКт содержит два высокоэффективных гелиевых счетчика нейтронов СНМ-56 (2ННКт-МЗ)  и СНМ-80 (2ННКт-БЗ),  которые регистрируют нейтроны и преобразуют их в электрические импульсы. Электрические импульсы выходов двух счетчиков нейтронов поступают на входы  соответствующих усилителей каналов 2ННКт-БЗ и  2ННКт-МЗ платы дискриминаторов.  В каналах  2ННКт-БЗ и  2ННКт-МЗ платы дискриминаторов осуществляется необходимое усиление,  амплитудная селекция и формирование импульсов по амплитуде и длительности.  Импульсы каналов  2ННКт-БЗ и  2ННКт-МЗ поступают на вход счетчиков процессора платы телеметрии.

Плата телеметрии осуществляет:

 

Рис 2. Схема электрическая функциональная

 

– прием и дешифрацию команд, поступающих от цифрового каротажного регистратора;

– накопление импульсов каналов  2ННКт-БЗ и  2ННКт-МЗ в счетчиках процессора за время между опросами;

– установку уровней   срабатывания дискриминаторов каналов  2ННКт-БЗ и 2ННКт-МЗ платы дискриминаторов;

– формирование и последовательную передачу в линию связи по запросу с цифрового каротажного регистратора данных каналов  2ННКт-БЗ и 2ННКт-МЗ,  температуры в    термостате скважинного модуля, значений уровней дискриминации каналов 2ННКт-БЗ и 2ННКт-МЗ;

– формирование и последовательную передачу в линию связи по отдельному запросу с цифрового каротажного регистратора номера модуля, номера версии и дату введения программы в память процессора;

– тест телеметрии для настройки приема данных каротажным регистратором. 

Питание нейтронных счетчиков осуществляется через платы резисторов, расположенных в блоке фильтров, от преобразователя  (источника высокого напряжения)  постоянным стабилизированным электрическим напряжением положительной полярности относительно корпуса модуля. 

Питание преобразователя, датчика температуры, плат дискриминаторов и телеметрии осуществляется от платы стабилизаторов, которая стабилизирует и фильтрует постоянные напряжения,   вырабатываемые из переменного напряжения 220 В платой питания.

3. Каротажный регистратор "Гектор"

Блок каротажного регистратора «Гектор» (рис. 3) предназначен для приема информации от скважинной геофизической аппаратуры и преобразования ее в цифровую форму для последующей записи данных каротажа в память персонального компьютера, с одновременным визуальным оперативным контролем качества записанной информации.

Работает со всеми типами 1-, 2- и 3-жильных приборов.

Область применения: наземное оборудование при геофизических исследованиях бурящихся, контрольных, нагнетательных, остановленных и добывающих скважин с использованием скважинной аппаратуры.

Модульный принцип построения регистратора позволяет обрабатывать сигналы параллельно несколькими модулями.

В состав регистратора «Гектор» входят:

- модуль контроля глубины и технологических параметров;

- модуль точного АЦП;

- модуль измерения частоты и периода следования импульсов;

- модуль кодо- и время-импульсной телеметрии;

- модуль быстрого АЦП.

 

Рис. 3 Каротажный регистратор «Гектор»

 

Система команд, представление информации и время выполнения команд определяются параметрами установленной материнской платы и используемого микропроцессора.

Обмен данными между регистратором и компьютером производится по интерфейсу RS-232C (через порты COM1 или COM2).

Диалог с регистратором осуществляется с помощью персонального компьютера (NoteBook), установленной на нём управляющей программы "Gektor" и программы "Загрузчик", расположенной в ПЗУ блока глубины, установленного в одном из слотов материнской платы.

Контроль работоспособности основных узлов регистратора осуществляется с помощью тест-программы.

Режим эксплуатации регистратора непрерывный или периодический с многократным включением-выключением напряжения питания.

Каротажный регистратор "Гектор" предназначен для цифровой записи данных каротажа в память бортового компьютера с одновременным визуальным оперативным контролем качества записанной информации при проведении геофизических исследований бурящихся, контрольных, нагнетательных, остановленных и добывающих скважин с использованием имеющейся и разрабатываемой геофизической аппаратуры. 

Регистратор является специализированным устройством сбора данных, поступающих от скважинного прибора или от блока промыслово-геофизических измерительных систем. Данные подлежащие записи, попадают на вход регистратора в аналоговом или цифровом виде, записываются в цифровой форме в функции глубины, а также проходят первичную обработку и выводятся с помощью плоттера в виде геофизических кривых, в масштабе и форме, заданных оператором

 «Гектор» позволяет производить каротаж с использованием имеющегося парка геофизического оборудования (следовательно не требует больших материальных затрат при внедрении) и с вновь разрабатываемыми скважинными приборами. «Гектор» выполняет полный комплекс ГИС при строительстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Конструкция блока позволяет использовать «Гектор» в существующих каротажных лабораториях, устанавливая его в свободное место приборной стойки или автономно. Используемые стандартные интерфейсы обеспечивают подключение «Гектора» к любому современному компьютеру. «Гектор» избавляет пользователя от применения большинства наземных панелей, так как коммутация источников питания к жилам геофизического кабеля выполняется в его блоке. «Гектор»- это открытая система, что позволяет достаточно просто проводить его модернизацию. 

Общие принципы функционирования.

Выходные сигналы скважинных приборов, а так же формиро­вателя тактов глубины (далее по тексту - датчик глубины) и датчика магнитных меток подключаются к модулям глубины, АЦП и РК с помощью геофизического интерфейса. Под управлением математического обеспечения регистратора происходит настройка входных узлов модулей регистратора. Далее происходит запись и обработка калибровочных сигналов, на основе которых материнская плата и бортовая ЭВМ вычисляют параметры для масштабирования цифровых данных каротажа, данные о скважине и т.п. В соответствии с заданным регламентом (каналы воспроизведения, дорожки диаграммы, данные о точках записи и т. п.) программы регистратора осуществляют преобразования первичных цифровых данных, результатом которых является запись геофизической информации в виде диаграмм, содержащих каротажные кривые, сопровождаемые масштабной сеткой с наиме­нованием вида информации, единиц измерения и соответствующей глубины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Коды передачи информации

Информация в кабельных локальных сетях передается в закодированном виде, то есть каждому биту передаваемой информации соответствует свой набор уровней электрических сигналов в сетевом кабеле. Модуляция высокочастотных сигналов применяется в основном в бескабельных сетях, в радиоканалах. В кабельных сетях передача идет без модуляции или, как еще говорят, в основной полосе частот.

Код NRZ (Non Return to Zero – без возврата к нулю) – это простейший код, представляющий собой обычный цифровой сигнал. Логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения в кабеле, логической единице – низкий уровень напряжения (или наоборот, что не принципиально). Уровни могут быть разной полярности (положительной и отрицательной) или же одной полярности (положительной или отрицательной). В течение битового интервала (bit time, BT), то есть времени передачи одного бита никаких изменений уровня сигнала в кабеле не происходит.

К несомненным достоинствам кода NRZ относятся его довольно простая реализация (исходный сигнал не надо ни специально кодировать на передающем конце, ни декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи. Ведь наиболее частое изменение сигнала в сети будет при непрерывном чередовании единиц и нулей, то есть при последовательности 1010101010..., поэтому при скорости передачи, равной 10 Мбит/с (длительность одного бита равна 100 нс) частота изменения сигнала и соответственно требуемая пропускная способность линии составит 1 / 200нс = 5 МГц

Код RZ (Return to Zero – с возвратом к нулю) – этот трехуровневый код получил такое название потому, что после значащего уровня сигнала в первой половине битового интервала следует возврат к некоему "нулевому", среднему уровню (например, к нулевому потенциалу). Переход к нему происходит в середине каждого битового интервала. Логическому нулю, таким образом, соответствует положительный импульс, логической единице – отрицательный (или наоборот) в первой половине битового интервала.

В центре битового интервала всегда есть переход сигнала (положительный или отрицательный), следовательно, из этого кода приемник легко может выделить синхроимпульс (строб). Возможна временная привязка не только к началу пакета, как в случае кода NRZ, но и к каждому отдельному биту, поэтому потери синхронизации не произойдет при любой длине пакета.

Еще одно важное достоинство кода RZ – простая временная привязка приема, как к началу последовательности, так и к ее концу. Приемник просто должен анализировать, есть изменение уровня сигнала в течение битового интервала или нет. Первый битовый интервал без изменения уровня сигнала соответствует окончанию принимаемой последовательности бит . Поэтому в коде RZ можно использовать передачу последовательностями переменной длины.

В своей работе я использовал код Манчестер. Манчестерский код (или код Манчестер-II) получил наибольшее распространение в локальных сетях. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от RZ имеет не три, а всего два уровня, что способствует его лучшей помехозащищенности и упрощению приемных и передающих узлов. Логическому нулю соответствует положительный переход в центре битового интервала (то есть первая половина битового интервала – низкий уровень, вторая половина – высокий), а логической единице соответствует отрицательный переход в центре битового интервала (или наоборот).

Как и в RZ, обязательное наличие перехода в центре бита позволяет приемнику манчестерского кода легко выделить из пришедшего сигнала синхросигнал и передать информацию сколь угодно большими последовательностями без потерь из-за рассинхронизации. Допустимое расхождение часов приемника и передатчика может достигать 25%.

Подобно коду RZ, при использовании манчестерского кода требуется пропускная способность линии в два раза выше, чем при применении простейшего кода NRZ. Например, для скорости передачи 10 Мбит/с требуется полоса пропускания 10 МГц.

Основное достоинство манчестерского кода – постоянная составляющая в сигнале (половину времени сигнал имеет высокий уровень, другую половину – низкий). Постоянная составляющая равна среднему значению между двумя уровнями сигнала.

Если высокий уровень имеет положительную величину, а низкий – такую же отрицательную, то постоянная составляющая равна нулю. Это дает возможность легко применять для гальванической развязки импульсные трансформаторы. При этом не требуется наличие дополнительного источника питания для линии связи (как, например, в случае использования оптронной гальванической развязки ), резко уменьшается влияние низкочастотных помех, которые не проходят через трансформатор, легко решается проблема согласования.

Если же один из уровней сигнала в манчестерском коде нулевой (как, например, в сети Ethernet), то величина постоянной составляющей в течение передачи будет равна примерно половине амплитуды сигнала. Это позволяет легко фиксировать столкновения пакетов в сети (конфликт, коллизию) по отклонению величины постоянной составляющей за установленные пределы.

 

5. Расчетная часть 

5.1. Расчет основных параметров трёхжильного бронированного геофизического кабеля 

 

Для передачи данных используется трёхжильный бронированный геофизический кабель марки КГ3-60-180, который предназначен для промыслово-геофизических исследований в скважинах, с номинальным разрывным усилием 60 кН,  при температуре 180ºС. Изоляция типа фторопласт. 

Таблица 2.

№	Наименование элементов конструкции	Материал элементов конструкции, размеры	Диаметр, мм.
1	Токопроводящей жилы, d0	Медь мягкая никелированная,    7*0,26(0,35 мм2)	0,75
2	Изоляция, d1	Фторопласт 40М Ш-2, Δ=0,4 мм	1,58
3	Оболочка, d2	Сополимер пропилена 02015 КМ, Δ=0,4ммм	4,2
4	1-й повив брони	Высокопрочная оцинкованная стальная проволока 14*1,1 мм, с разрывным усилием 190 кг/мм2	6,3
5	2-й повив брони	Высокопрочная оцинкованная стальная проволока 17*1,3 мм, с разрывным усилием 190 кг/мм2	8,85

 

     Основные параметры:

Механические:

Масса кабеля в воздухе 345 кг/км

Масса кабеля в воде 273,1 кг/км

Максимальная рабочая температура 180ºС

Разрывное усилие, не менее 35 кН

Коэффициент линейного удлинения 0,3 м/км/кН

Наружный диаметр 8,85

Электрические:

Электрическое сопротивление токопроводящей жилы, 34 Ом/км

Сопротивление изоляции, не менее 20000 Мом*км

Погонная емкость 137 пФ/м

Волновое сопротивление на частоте 50 кГц, 70 Ом

Коэффициент затухания на частоте 50 кГц, не более 8 дБ/км

Расчет основных параметров кабеля:

Активное сопротивление цепи определяется:

 

где  R₀ – сопротивление цепи на постоянном токе.

р – коэффициент, учитывающий потери на вихревые токи в жилах второй цепи элементарной группы, для звездной скрутки р=5;

а – расстояние между центрами жил, а=1,58 мм;

r₀ – радиус токопроводящей жилы, мм, r₀ = 0,375 мм;

к – коэффициент вихревых токов, мм^-1;

F(kr₀), G(kr₀), H(kr₀) – функции, учитывающие потери на вихревые токи вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости.

Находим значение коэффициента вихревых токов на частоте 250 кГц

 

Находим соответствующие значения F(kr₀), G(kr₀), H(kr₀):

 

Составляющая активного сопротивления R_М, обусловленная потерями в окружающих металлических массах (соседних группах и металлической оболочке), на частоте работы прибора f=250  кГц

                                                     Определим активное сопротивление цепи:

 

 

Рассчитаем индуктивность цепи:

 

где Q(kr₀) – функция поверхностного эффекта

 

µ-относительная магнитная проницаемость, µ=1

 

Рассчитаем емкость цепи

 

где  ε_э – эквивалентное значение диэлектрической проницаемости изоляции, ε_э =2

Поправочный коэффициент ψ, характеризующий близость проводов цепи к заземленной оболочке и другим проводникам, при звездной структуре определяется по формуле:

 

Емкость цепи:

 

Проводимость изоляции находится по формуле:

 

При частоте 250 кГц значение

Проводимость изоляции:

 

Расчет вторичных параметров передачи кабельной сети:

Волновое сопротивление может быть определено экспериментально по результатам измерений входных сопротивлений кабеля в режимах холостого хода Zxx и короткого замыкания

 

С увеличением частоты тока волновое сопротивление монотонно убывает, начиная с частоты f≈20 кГц остается практически постоянным.

Затухание измеряется в неперах (Нп) или децибелах (дБ) на 1 км. Затухание, соответствующее 1 Нп, происходит в кабельной линии длиной 1 км, у которой ток и напряжение в начале линии больше по величине, чем ток и напряжение в конце линии в 2,718 раза. Затухание в децибелах рассчитывается по формуле:

 

где l – протяженность кабельной линии,– напряжение, ток и мощность в начале кабельной линии, а  - напряжение, ток и мощность в конце кабельной линии.

5.2. Расчет пропускной способности канала связи

Проведем расчет пропускной способности реального канала связи используемого в геофизике. Связь организованна с помощью кабеля ГК3-60-180, который имеет следующие характеристики:

- сопротивление R = 34 Ом/км.

- емкость С = 150.10^-9 Ф/км.

- протяженность l = 4,5км.

Длительность посылки по геофизическому кабелю:

 T _c =9.934∙10^-6                                                                                                                 

Спектральная плотность помехи:

         N₀=10^-5                                                                                                                                                                

Мощность сигнала на выходе приемника:

  P_c=2.013 Вт                                                                                                                    

Решение:

Найдем полосу пропускания канальных фильтров:

         ∆f=                                                                                                                                 

 

Отношение сигнал/шум определяется соотношением:

 

 

Определим вероятность появления ошибки на выходе приемника при когерентном приеме сигнала:

 

Найдем аргумент функции:  = 1.414            

По таблице находим значение функции Крампа при данном аргументе:

         Ф = 0.994817                                                                                                                       

Получим значение Pош:

                                                                                                              

Вероятность ошибочного приема символа p_kk кодовой комбинации, состоящей из    n_k – разрядной комбинации, при трехразрядном повторении и посимвольном сравнении не превышает величины, определяется из выражения:

         p_kk=3∙n_k∙P²_ош                                                                                                                                                                       

где P_ош – вероятность ошибочного приема единичного элемента, n_k = 17.

При поразрядном сравнении принимаемых символов состоящих, из n_k бит, вероятность ошибочной регистрации кодовой комбинации при трех кратном повторении:

         p_kk=3∙n_k∙P²_ош                                                                                                                                                                      

      

Для увеличения помехоустойчивости передаваемых сообщений используется код с проверкой на четность. Код с проверкой на четность - один из простых кодов, позволяющий обнаруживать одиночные ошибки. Он образуется путем добавления к передаваемой комбинации, состоящей из k информационных символов неизбыточного кода, одного контрольного бита так, чтобы общее количество единиц в передаваемой комбинации было четным. В итоге общее количество элементов в передаваемой комбинации n=k+1. На приемной стороне производят проверку на четность. При четном числе единиц предполагается, что ошибок нет, и потребителю выдается k бит, а контрольный бит отбрасывается. Вероятность необнаруженных ошибок для кода с проверкой на четность зависит от длины блока n и вероятности ошибочного приема единичного элемента P₀.

Определим избыточность кода.

k = 17 – число символов в помехоустойчивом коде;

n = 16 – число символов без избыточности.

Найдем число ошибочных комбинаций:

 

         Найдем вероятность необнаруженной кодом ошибки при независимых однократных ошибках:

 

                                                                 

Однородный симметричный канал связи полностью определяется алфавитом передаваемого сообщения, скоростью передачи элементов и вероятностью ошибочногоbприема элемента сообщения P(вероятностью ошибки). Определим пропускную способность канала:

 

В частном случае для двоичного канала (m = 2) получим выражение:

 

 

 

В результате пропускная способность геофизического кабеля составляет ≈ 100 Кбод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Экспериментальная часть

 

Код Манчестер-II является биполярным двухуровневым кодом. Логическому нулю соответствует переход на верхний уровень в центре тактового интервала с возвратом на нижний по концу тактового интервала, если следующий бит также нулевой. Соответственно, логической единице – переход на нижний уровень с возвратом на верхний по концу интервала, если следующий бит также 1. Бит обозначен переходом в центре тактового интервала, по которому и выделяется синхросигнал. Первая несущая частота кода соответствует чередованию нулей и единиц. Вторая несущая частота – последовательности нулей или единиц, и в 2 раза больше первой. При передаче произвольных последовательностей нулей и единиц более 50%  энергии сигналов сосредоточено в области этих частот и между ними. Несомненное достоинство кода – отсутствие постоянной составляющей при передачах длинных последовательностей нулей или единиц.

Первый этап работы состоит в моделировании и исследовании прохождения кодированного сигнала через имитированную линию связи (имитатор кабеля), при скорости передачи 100 кбод. Моделирование осуществлялось с помощью электронной лаборатории на ЭВМ "Electronics Work Bench 5.0". Посредством простого интерфейса в программу вводилась схема исследуемой установки и производилось моделирование с интерпретацией результатов в графическом виде.

Сначала необходимо было смоделировать кодированный сигнал. Результаты моделирования представлены на рис..

В реальности передача сигнала по кабелю осуществляется пачками через интервал времени. Каждая пачка состоит из 20 бит. На рис. показана одна пачка смоделированного сигнала. Первые три бита являются синхронизирующими, а остальные носителями полезной информации, за исключением последнего, который является битом четности.

Для генерации кода использовался программный 16 разрядный генератор слова, который с определенной длительностью выдает 0 или 1. Длительность синхроимпульсов соответствует частоте F=26.7кГц, импульсы двойной длительности соответствуют частоте F=40кГц, импульсы одинарной длительности соответствуют тактовой частоте Fт=80кГц или скорости передачи информации. Преобразование выходной последовательности с генератора слова в двуполярный код «Манчестер II» осуществляется через схему приведенную на рис..

 

 

Далее полученный кодированный сигнал должен проходить через имитатор кабеля. В литературе приводится простая электрическая схема эквивалента кабеля представленная на рис.

 

Как видно из рисунка имитатор кабеля представляет собой каскадное соединение RC цепочки, где каждый каскад соответствует 1км реального кабеля. Понятно, что в данном случае имитатор представляет ничто иное, как фильтр.

На рис. и рис. представлены АЧХ и ФЧХ смоделированного имитатора кабеля.

 

 

Следующим шагом является подача смоделированного сигнала на имитатор кабеля.

Результаты такого процесса моделирования представлены на рис.4.6.

 

На представленном рисунке: верхний сигнал – это сигнал, который подаётся на имитатор кабеля, а нижний представляет собой выходной сигнал с имитатора кабеля. Очень хорошо видно, что сигнал, прошедший по кабелю сильнейшим образом исказился, т.е. в такой форме он является не пригодным для процесса декодирования. Вызвано это параметрами линии связи, которые влияют на форму сигнала.

Для ослабления влияния параметров линии связи на искажение сигнала предлагается использовать фильтр, но с обратной АЧХ. В итоге сигнал должен быть восстановлен. Фильтр с требуемой АЧХ можно сделать на базе операционного усилителя фирмы Analog Devices (AD711). Типичная схема такого фильтра (нелинейного дифференциатора) представлена на рис, а его АЧХ на рис..

 

 

Но одного такого звена схемы фильтра не достаточно большую роль играет порядок фильтра, поэтому используется каскадное соединение звеньев, приводящее соответственно к увеличению порядка фильтра и расширению динамического диапазона.

Для хороших результатов фильтрации необходимо чтобы частотная характеристика была линейной в полосе частот от 10кГц до 100кГц, т.е. в этой полосе частот коэффициент ослабления k=1. Т.е. частота среза фильтра на уровне –3дБ должна быть не меньше 100кГц.

Это осуществляется путём подбора элементов фильтра (сопротивлений и емкостей).

На рис.4.9 представлены результаты моделирования восстановления искаженного сигнала.

 

Из рисунка можно увидеть, что происходит довольно точное восстановление сигнала.

Самое главное и важное, что можно отметить, это то, что не происходит изменения длительности импульсов.

Второй этап работы состоит в проверке результатов моделирования на реально существующем макете (экспериментальной установке) исследуемой системы. Для этого мной были собраны, по схемам моделирования, макетные платы:

1. Плата имитатора линии связи (кабеля)

2. Плата фильтрации.

Экспериментальные результаты прохождения сигнала через имитатор кабеля представлены на рис., а результаты восстановления на рис..

 

 

Регистрация сигналов осуществлялась с помощью цифрового осциллографа.

Если увеличить скорость передачи (тактовую частоту) информации с 80кбод до требуемой 500кбод, то результаты эксперимента практически не изменятся. Так же будет происходить качественное восстановление сигнала, но очень сильно усложниться и увеличится, по числу звеньев, схема фильтрации сигнала. Подбор параметров фильтра будет чрезвычайно сложным. Конечный результат эксперимента восстановления сигнала, при скорости передачи 500кбод, приведен на рис..

 

 

 

 

Заключение 

В данной курсовой работе мы рассмотрели прибор СРК. Прибор предназначен для измерения водонасыщенной пористости пород по нейтронному каротажу и мощности дозы естественной гамма активности пород (при наличии встроенного канала ГК).

Рассмотрели каротажный регистратор «Гектор», пред­назначенный для цифровой записи данных каротажа в память бортового компьютера с одновременным визуальным оперативным контролем качества записанной информации при проведении геофизических исследований бурящихся, контрольных, нагнетатель­ных, остановленных и добывающих скважин с использованием имеющейся и разрабатываемой  геофизической аппаратуры. 

В расчетной части были рассчитаны основные параметры трёхжильного геофизического кабеля. Геофизический кабель предназначен для спускоподъемных операций различных глубинных приборов и является каналом связи между наземной аппаратурой и глубинным прибором, и одновременно несет механическую нагрузку. В связи с этим должен обладать достаточной гибкостью, иметь, возможно, низкое электрическое сопротивление токопроводящих жил, достаточно широкую полосу пропускания частот и т.д.