СКАЧАТЬ:   ra.zip [296,69 Kb] (cкачиваний: 42)

Курсовая работа

по дисциплине: «Телеизмерения при исследовании скважин»

на тему:  «Передача информации по каналу связи в цифровой прибор контроля перфорации КП4» 

Содержание

1. Введение………………………………………………………………………4
2. Цифровой прибор контроля перфорации КП4……………………………6

2.1.         Назначение прибора………………………………………………….6

2.2.         Технические характеристики…………………………………………7

1. Устройство и принцип работы прибора КП4…………………………….8

3.1.         Устройство прибора………………………………………………….8

3.2.         Принцип работы прибора……………………………………………8

1. Принцип работы составных частей прибора…………………………….10

4.1.         Канал локации муфт…………………………………………………10

4.2.         Каналы измерения давления и температуры……………………...10

4.3.         Канал гамма-каротажа (ГК)…………………………………………11

4.4.         Блок обработки сигналов……………………………………………11

4.5.         Блок питания…………………………………………………………11

1. Каротажный регистратор "Гектор"……………………………………….13
2. Расчетная часть……………………………………………………………..16

6.1.         Расчет основных параметров одножильного бронированного геофизического кабеля………………………………………………16

6.2.         Расчет пропускной способности канала связи…………………….19

1. Экспериментальная часть………………………………………………….23
2. Заключение…………………………………………………………………31
3. Список литературы………………………………………………………..32

1. Введение. 

Системы телеизмерения предназначены для передачи на расстояние значений различных электрических и не электрических величин. Телеизмерение представляет собой разновидность дистанционного измерения, при котором передача значения измеряемой величины осуществляется не непосредственно, а путем преобразования этой величины в другую, вспомогательную величину, более удобную для передачи по каналу связи на значительные расстояния, и последующего преобразования этой вспомогательной величины с показания прибора, установленного на пункте управления.

При телеизмерениях информация может передаваться по линии связи либо непрерывно, либо в виде отдельных сигналов, соответствующих, например, средним значениям измеряемого параметра за какой-то небольшой отрезок времени. Соответственно системы телеизмерения разделяют на системы интенсивности и системы импульсные и частотные.

С увеличением расстояния передачи в этих системах значительно возрастает величина погрешности вследствие нестабильности параметров линии связи. Поэтому системы интенсивности относятся к системам ближнего действия, и применение их целесообразно лишь при сравнительно небольшой длине линии связи (не более 30 км при кабельных линиях связи и 10 км при воздушных). Применяются различные виды телеизмерительных систем интенсивности, отличающиеся друг от друга параметром сигнала (ток, напряжение), величиной погрешности и т. п.

В скважинах проводятся прострелочные и взрывные работы. Одним из таких методов служит перфорация. Перфорация – операция создания в обсадной колонне отверстий для сообщения между скважиной и пластом-коллектором. Перфорационные отверстия используются для извлечения пластового флюида, а также для закачки в пласт или затрубное пространство воды, газа, цемента и др. агентов.

В технологиях геофизических исследований скважин (ГИС) наблюдается переход на комплексные многопараметровые измерения с применением многофункциональных скважинных приборов. Это требует передачи данных в наземные измерительно-вычислительные устройства, как правило, в цифровой форме и с высокой скоростью. В то же время линией передачи данных ГИС остается традиционный каротажный кабель со скоростью передачи информации (бит/с) не выше 10-100 кГц (в зависимости от длины), что сдерживает развитие и совершенствование технологий ГИС.

Каротажный кабель представляет собой линию связи с пониженной добротностью и нелинейной зависимостью передаточной функции от длины кабеля. Импульсную пропускную способность кабеля и качество передачи данных определяют эффективная ширина частотного спектра ∆Ω_к и эффективная длительность импульсного отклика ∆Т_к токопроводящих жил кабеля. Максимальная скорость передачи по кабелю кодовых импульсов без применения устройств частотной коррекции передаточной функции кабеля ограничивается тактовой частотой f_T = 1/(2∆Т_к) бит/с при эффективной длительности импульсов, не превышающей эффективной длительности импульсного отклика кабеля.

Скорость передачи информации зависит не только от тактовой частоты передачи данных, но и от протокола кодирования информации. Протокол передачи каротажных данных обычно заимствуется из стандартов открытых систем обмена информацией OSI (Open System Interconnect). С учетом эксплуатации скважинных приборов в условиях существенного влияния различных дестабилизирующих факторов в процессе каротажа, которые могут вызывать значительные вариации тактовой частоты передачи данных, для надежной передачи информации используются, в основном, коды с автосинхронизацией тактовых частот передатчика и приемника, среди которых наибольшее распространение получил код Манчестер-II.

2. Цифровой прибор контроля перфорации КП4

2.1. Назначение прибора

Цифровой прибор контроля перфорации КП4 предназначен для проведения работ по контролю качества выполненной перфорации в нагнетательных и эксплуатационных скважинах.

Область применения прибора:

1)    измерение давления,

2)    измерение температуры,

3)    локация муфт,

4)    измерение мощности экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения горных пород (гамма-каротаж).

Рис. 1 Схема прибора: 1 – приборная головка, 2 – кожух, 3 – блок датчиков, 4 – кожух,            5 – заглушка

Прибор рассчитан на работу в составе геофизической лаборатории и каротажного подъемника ПКС-5 ГОСТ 25785, оборудованного одножильным геофизическим кабелем типа  КГ  по  ТУ 16.К64.01-88  длиной  до 5 000 м или аналогичным вышеуказанному.

          Прибор эксплуатируется в комплексе с компьютеризированным каротажным регистратором "Гектор".

Условия эксплуатации прибора:

• диапазон рабочих температур от минус 10 до + 120°С;
• максимальное рабочее давление 80 МПа.

2.2. Технические характеристики

Основные технические характеристики прибора приведены в

 таблице 1.

Таблица 1

          *)Т₀=20ÅС – значение температуры, принятой в качестве нормальной.

3. Устройство и принцип работы прибора КП4

3.1 Устройство прибора

Прибор КП4 состоит из двух частей. Основным несущим элементом прибора является корпус датчиков 15, в котором установлены датчики температуры 2 и давления 42. Через отверстие в корпусе  проходит жгут, который соединяет датчик локатора муфт с основной электроникой. К нижнему концу корпуса датчиков присоединена магнитоэлектрическая система локатора муфт и заглушка 19.  К верхнему концу корпуса датчиков крепится корытообразное шасси 18, на котором расположены плата аналоговых сигналов 10, плата обработки сигналов 9, трансформатор передачи 14, плата питания 8, плата питания ФЭУ 7, трансформатор ГК 13 и плата умножителя напряжения 6. В шасси устанавливается детектор ГК 11, состоящий из фотоэлектронного умножителя ФЭУ-74А-1 и детектора СДН17 25.63, а также наконечник 3 для подсоединения к приборной головке 1, выполненной под кабельный наконечник НК-60 по ГОСТ 14213-89. На корпус датчиков наворачиваются охранные кожуха верхний 21 и нижний 20.

Герметизация всех элементов прибора осуществляется с помощью резиновых уплотнительных колец по ГОСТ 9833-73.

3.2. Принцип работы прибора

Прибор КП4 совместно с наземным компьютеризованным каротажным комплексом «Гектор», имеющим возможность приема фазоманипулированного кода «Манчестер-2», представляет собой многоканальную скважинную телеизмерительную систему с кодоимпульсной модуляцией и временным разделением каналов. Число каналов прибора – пять: канал измерения температуры, канал измерения давления, канал локации муфт, канал ГК и канал измерения температуры внутри корпуса прибора.

В состав прибора входят пять первичных датчиков 6, 8, 10, 12, 14 и три нормирующих преобразователя 7, 11, 13, а также функциональные устройства: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, микроконтроллер 4, усилитель мощности 2, блок питания 3, приборная головка 1. В качестве линии связи прибора с наземной аппаратурой служит бронированный геофизический кабель.

Прибор работает следующим образом (рис. 1). Значения параметров физических полей скважины (температура, давление и т.д.) с помощью первичных датчиков  преобразуются в электрические сигналы. Электрические сигналы с датчиков 6 и 8 поступают на вход АЦП 5 и микроконтроллера 4 (сигнал от датчика 6 обрабатывается нормирующим преобразователем 7). Электрические сигналы с датчиков 10, 12 поступают на входы нормирующих преобразователей 11, 13 и далее на микроконтроллер 4. В микроконтроллере сигнал преобразуется в кодоимпульсный сигнал, который поступает на усилитель мощности 2. С выхода усилителя мощности сигнал поступает на приборную головку.

Рис. 1. Функциональная схема прибора

Для измерения температуры внутри прибора (контроль работоспособности при предельных температурных условиях) служит датчик К1019ЕМ1А. Для обеспечения работы ФЭУ высокое напряжение преобразуется с помощью источника питания ФЭУ 9.

4. Принцип работы составных частей прибора

4.1. Канал локации муфт

Нормирующий преобразователь смонтирован на плате аналоговых сигналов А6. Первичным датчиком канала локации муфт L1 служит магнитоэлектрическая система, собранная из кольцевых постоянных магнитов и катушки, намотанной на сердечнике из магнитомягкой стали. При прохождении прибором муфт в катушке наводится электрический сигнал, который поступает на вход пикового детектора. Напряжение заряда хранится в течение времени, необходимого для преобразования сигнала в цифровой код. С выхода пикового детектора сигнал поступает на вход микроконтроллера.

4.2. Каналы измерения давления и температуры

В канале измерения давления первичным датчиком G1, преобразующим давление жидкости в электрический сигнал, является тензометрический датчик давления D100-T. В канале измерения температуры первичным датчиком G2 служит датчик 700-102ВАА-В00.

Источники питания стабилизированным напряжением первичных датчиков температуры, давления размещены на плате аналоговых сигналов А6. На этой же плате размещен масштабирующий инструментальный усилитель канала температуры. Электрические сигналы с усилителей поступают на АЦП платы обработки сигнала.

4.3. Канал гамма-каротажа (ГК)

Первичным датчиком канала ГК, преобразующим излучение в импульсы напряжения, служит сцинтилляционный детектор, состоящий из фотоумножителя ФЭУ–74 и кристалла NaI. Импульсы напряжения поступают на вход импульсного усилителя, собранного на транзисторе VT1. На плате питания  А3 размещен формирователь импульсов, собранный на микросхеме 3DA1. С выхода формирователя импульсов сигнал поступает на вход микроконтроллера.

На плате питания А3 смонтированы стабилизатор и высоковольтный преобразователь напряжения питания ФЭУ. Преобразователь напряжения выполнен по двухтактной схеме с внешним возбуждением на транзисторах 3VT3, 3VT4, трансформаторе Т1 и генераторе, собранном на логическом элементе 3DD1. Обратная связь с ФЭУ собрана на усилителе 3DA2, управляемым транзисторами 3VT1, 3VT2.

С вторичной обмотки трансформатора напряжение прямоугольной формы поступает на плату умножителя напряжения А2. Умножитель напряжения собран на диодах 2VD1, 2VD2 и конденсаторах 2C1, 2C2. На выходе умножителя включен RC фильтр. С выхода фильтра высокое напряжение поступает на делитель R1…R13 и катод ФЭУ.

4.4. Блок обработки сигналов

На печатной плате обработки сигналов А5 размещены цепи датчика внутренней температуры прибора, АЦП, микроконтроллер, усилитель мощности. Электрические сигналы от первичных датчиков и нормирующих усилителей поступают на АЦП и микроконтроллер. Микроконтроллер формирует кодоимпульсный сигнал, который поступает на входы усилителя мощности. Алгоритм функционирования прибора можно охарактеризовать как линейно-циклический. Работу прибора можно разбить на два периода: калибровка и непосредственно работа.

Калибровка нужна как для снижения погрешности аналого-цифрового преобразования, так и для визуального контроля оператором наличия неисправностей. Во время калибровки проверяется цифровой интерфейс АЦП.

Значения локатора муфт и внутренней температуры передаются  без изменений. Напряжение от датчика температуры вводится в АЦП AD7714 по выводу 10. Сигнал канала манометра вводится в АЦП AD7714 по выводам 7(-) и 8 (+). Значения каналов АЦП AD7714 подвергаются скользящему интегрированию в течение 8-и кадров для давления и температуры, для других - в течение 4-х кадров. Значение гамма-фона подвергается скользящему интегрированию в течение 48-и кадров, и выходной код умножается на 13 (передаточный коэффициент).

4.5. Блок питания

Плата питания А4 состоит из стабилизатора постоянного напряжения +27В и преобразователей напряжения +15В и ±5В.

5. Каротажный регистратор "Гектор" 

Блок каротажного регистратора «Гектор» (рис. 2) 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. 2 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.

6. Расчетная часть 

6.1. Расчет основных параметров одножильного бронированного геофизического кабеля 

Для передачи данных используется одножильный бронированный геофизический кабель марки КГ1-30-90 (рис. 3) (ТУ 16.К64.01-88), который предназначен для промыслово-геофизических исследований в скважинах при температуре 90ºС. Токопроводящая жила этого кабеля состоит из одной медной проволоки диаметром 0,5. Изоляция типа полиэтилен П-102-94К.

Рис. 3. Поперечный разрез одножильного кабеля с изоляцией из шитого полиэтилена

Параметры кабеля КГ-30-90

Сечение жил кабеля: 6,3 мм²

Диаметр изолированной жилы: 6,8 мм²

Длина: l=3 км

Разрывное усилие: H=30 кН

Максимальная рабочая температура: T=90 ˚С.

Сопротивление жилы: R=26 Ом/км

Сопротивление изоляции: R=10000 МОм/км

Емкость: С=0,09 мкФ/км

Индуктивность: L=0,8 мГ/км

Волновое сопротивление: Zc=63 Ом/км

Коэффициент затухания при частоте f=30 кГц β=0,54 Нп/км

Коэффициент затухания при частоте f=50 кГц β=0,73 Нп/км

Диэлектрическая проницаемость изоляции: ε= 2.4∙10 .

Электрическое сопротивление токопроводящих жил.

При использовании современной каротажной аппаратуры качественное проведение работ обеспечивается при электрическом сопротивлении цепи не более 250 Ом. Таким образом, критерием работоспособности кабеля является условие:

R_ж ≤ 250 Ом

Величина R определяется по формуле:

                                                           (1)

где – сопротивление жилы при температуре 20˚С, Ом/км; –температурный коэффициент сопротивления, град-1(для медной проволоки  = 0,004);  – геотермический градиент (в среднем  = 30∙10); L – глубина скважины, км.

Емкость коаксиального кабеля

                                                                 (2)

где  – диэлектрическая проницаемость материала изоляции при температуре +20˚С (для полиэтилена 2,3);  – температурный коэффициент диэлектрической  проницаемости, град (для полиэтилена 0,003).

Сопротивление изоляции подсчитываем с учетом воздействия температуры.

                                                         (3)

где - температурный коэффициент сопротивления, град (для полиэтилена =0,07)

Как видно из вычислений значение сопротивления изоляции в скважине соизмеримо с величиной сопротивления изоляции на поверхности и представляет собой десятки Мом.

Проводимость изоляции жил обратно пропорциональна сопротивлению, следовательно, может быть найдена по формуле

                                                         (4) 

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

                                                                                   (5)

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:

                                                           (6)

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

6.2. Расчет пропускной способности канала связи 

Проведем расчет пропускной способности кабеля КГ1-30-90, который имеет следующие характеристики:

- сопротивление R = 26 Ом/км.

- емкость С = 90*10^-9 Ф/км.

- протяженность l = 3 км.

Длительность посылки по геофизическому кабелю:

 T _c =9.934∙10^-6                                                                                        (7) 

Спектральная плотность помехи:

 N₀=10^-5                                                                                                                                                                (8)

Мощность сигнала на выходе приемника:

P_c=2.013 Вт                                                                                            (9)

Решение:

Используя (7) найдем полосу пропускания канальных фильтров:

∆f =                                                                                                      (10)

Отношение сигнал/шум определяется соотношением:

                                                                                                  (12)

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

                                                                                  (13)

Найдем аргумент функции:  = 1.414           

По таблице находим значение функции Крампа при данном аргументе:

Ф = 0.994817                                                                                         (14)

Подставив в (13) найденное значение (14) получим значение P_ош:

                                                                                                  (15)

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                                                                                                                                               (16)

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                                                                                                                                               (17)

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:

                                                          (18)

Найдем вероятность необнаруженной кодом ошибки при независимых однократных ошибках:

                                                                                  (19)

                                                       (20)

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

                                             (21)

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

                                                          (22)

                                                                  (23)

В результате пропускная способность геофизического кабеля составляет ≈ 100 Кбод.

7. 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 кабелятпредставлены 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..

8. Заключение 

В данной курсовой работе мы рассмотрели прибор для контроля перфорации КП-4. Прибор предназначен создания в обсадной колонне отверстий для сообщения между скважиной и пластом-коллектором. Максимальная амплитуда на выходе сигнального тракта скважинного прибора должна быть не менее 5В при основной амплитудной погрешности не более 10%. Изучили функциональную схему скважинного прибора. 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 одножильного 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.