О САЙТЕ
Добро пожаловать!

Теперь вы можете поделиться своей работой!

Просто нажмите на значок
O2 Design Template

ФЭА / АИТ / Курсовая работа по дисциплине: «Телеизмерения при исследовании скважин» на тему: «Передача информации по каналу связи в манометр-термометр скважинный кабельный ФОТОН-К-03»

(автор - student, добавлено - 25-04-2014, 20:13)

СКАЧАТЬ:  22.zip [725,8 Kb] (cкачиваний: 75)

СКАЧАТЬ ЧЕРТЕЖ:  33.zip [79,49 Kb] (cкачиваний: 85)

 

 

Курсовая работа

 

по дисциплине: «Телеизмерения при исследовании скважин»

 

на тему:  «Передача информации по каналу связи в манометр-термометр скважинный кабельный

 ФОТОН-К-03»

 

 

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………………...4

1. Манометр-термометр скважинный кабельный ФОТОН-К-03………………....5

1.1. Назначение прибора……………………………………………………...5

1.2. Функции…………………………………………………………………..5

1.3. Технические характеристики……………………………………………6

2. Устройство и принцип работы прибора ФОТОН-К-03………………………...8

2.1. Устройство прибора……………………………………………………...8

2.2. Конструкция прибора……………………………………………………9

2.3. Работа с прибором………………………………………………………11

2.4. Порядок работы с интерфейсным блоком…………………………….15

3. Каротажный регистратор "Гектор"……………………………………………..16

4. Расчетная часть…………………………………………………………………..19

4.1. Расчет основных параметров одножильного бронированного геофизического кабеля……………………………………………………………..19

4.2. Расчет пропускной способности канала связи………………………..22

5. Экспериментальная часть……………………………………………………….25

Заключение………………………………………………………………………….33

Список литературы…………………………………………………………………34

 

 

 


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 для возможности вывода на указательный или регистрирующий прибор, а также на устройства последующей обработки телеизмерительной информации.

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).

В данной работе будет рассмотрен манометр-термометр скважинный кабельный ФОТОН-К-03, предназначенный для диагностических исследований скважин, позволяющий производить измерение значений давления, температуры и удельной электропроводимости жидкости и регистрацию результатов измерений в энергонезависимой памяти, а также одновременно передавать данные по геофизическому кабелю в компьютер.

 

1. Манометр-термометр скважинный кабельный

 ФОТОН-К-03

 

1.1. Назначение прибора

Манометр - термометр скважинный кабельный ФОТОН-К-03 (далее прибор) предназначен для долговременного мониторинга нефтяных и газовых скважин. Прибор позволяет производить измерение значений давления, температуры и удельной электропроводимости скважинной жидкости и передавать данные по геофизическому кабелю в интерфейсный блок. Интерфейсный модуль имеет встроенную память. К одному интерфейсному блоку через геофизический кабель может подключаться до 3-х скважинных приборов. Каждый прибор имеет сетевой адрес (от 1 до 3). Прибор имеет обозначение Фотон-К-ОЗ-n-60, где n -сетевой адрес прибора. В обозначение прибора в зависимости от рабочего диапазона давления добавляется верхний предел давления в МПа или Атм. Например, Фогон-К-03-1-60 означает, что прибор имеет сетевой адрес 1 и предназначен для работы в диапазоне давлений до 60 МПа. На узел датчиков корпуса нанесена маркировка прибора: первое число означает серийный номер, второе - верхний предел давления в МПа (60 или 100) или Атм (600 или 1000). После серийного номера наносится буква «Г» и цифра, обозначающая сетевой адрес прибора (1.2 или 3).

 

1.2. Функции

Прибор обеспечивает выполнение следующих функций:

  • долговременный мониторинг скважины
  • работа по геофизическому кабелю в процессе спуска/подъема и во время нахождения прибора в скважине
  • возможность управления скважинными приборами через интерфейсный блок (без компьютера)
  • возможность автономной работы от резервного источника питания
  • одновременное измерение и запоминание в энергонезависимой памяти интерфейсного блока значений давления, температуры и удельной электропроводимости жидкости в скважине
  • передача данных из интерфейсного блока в персональный компьютер для анализа и печати отчета
  • передача данных из интерфейсного блока в систему телеметрии через модем но интерфейсам RS-232 или RS-485.
  • возможность периодического считывания информации из памяти интерфейсного блока, не прерывая запись.
  • возможность многократного программирования/считывания информации, не извлекая прибор из скважины.
  • возможность выборочного включения датчиков и приборов.
  • долговременное хранение зарегистрированных результатов исследований в энергонезависимой памяти интерфейсного блока.
  • конструкция скважинного прибора исключает открывание корпуса прибора без стравливания внутреннего давления.

 

1.3. Технические характеристики

Основные технические характеристики прибора приведены в

 таблице 1.

Таблица 1

Технические характеристики

Значение

Рабочий диапазон температур. ºС

скважинного прибора                                                                          

интерфейсного блока                                                               

 

20…+125

40…+55

Напряжение питания, В

от сети переменного тока

резервное питание (2 аккумулятора 7 а.ч)                                 

 

220

24

Ток потребления, мА, не более

скважинного прибора                                                                                     

интерфейсного блока

 

20                                                                                          70

Количество скважинных приборов в сети, не более                                                

3

Объем памяти, записей (при всех включенных датчиках)                            

350000

Интервал между записями, сек.                                                                       

1…9999

Время записи при интервале 1 сек, час                                                                      

97

Канал измерения давления:

диапазон измерения, МПа                                                                           

относительная приведенная погрешность, %                                              

дискретность, МПа                                                                                      

 

0…60

0,16

0,0001

Канал измерения температуры:

диапазон измерений, °С                                                                       

абсолютная погрешность, °С                                                                         

дискретность, °С                                                                                        

 

-40…+150

±0,5

0,00333

Канал измерения удельной электропроводимости: 

диапазон измерений                                                                                  

 

0…1024

Габариты, мм, не более

скважинного прибора                                                                           

интерфейсного блока (ШхВхГ)                                                  

 

О 28 х 520

320 х 420 х 160

Масса, кг, не более

скважинного прибора                                                                                           

интерфейсного блока                                                                                        

интерфейсного блока с блоком питания                                                             

 

2

0,5

5

Степень защиты оболочки скважинного прибора                                               

IP68

Степень защиты интерфейсного блока                                                                 

IP53

Климатическое исполнение                                                                                    

УХЛ3

Маркировка взрывозащиты                                                                          

1ЕxdIIAT4

Условия хранения в упаковочном ящике                                                                     

Группа механического исполнения скв. прибора                                                  

М34

Параметры входных и выходных сигналов

Таблица 2

 

Сигналы связи с компьютером                                                               

         скорость связи с компьютером, бод                                             

RS-232, RS-485

9600…115200

Сигналы от скважинного прибора                                                           

         частота дискретизации, Гц                                                                            

Манчестер 2

5000

 

 

2. Устройство и принцип работы прибора ФОТОН-К-03

 

2.1. Устройство прибора

Глубинный прибор 1 выполнен в виде полого корпуса с гидравлическими каналами 2 и 3, наружными уплотнительными элементами 4, 5 и фиксатором 6. Внутри полого корпуса расположена измерительная система 7 в виде нескольких приборов или в виде полого цилиндра 8 с одним или несколькими датчиками (приборами) для измерения одной или нескольких физических величин.

Полый цилиндр 8 измерительной системы 7 могут быть выполнены с одним или несколькими демпферами 9 и 10, которые установлены снаружи или изнутри полого цилиндра 8, причем они выполнены из одного или нескольких элементов.

Измерительная система 7 может быть оснащена одним или несколькими внутренними 11 (например, в виде первичного преобразователя, памяти, программного обеспечения).

 

 

 

 

 

 

2.2. Конструкция прибора

 

Рис.1 Конструкция прибора

Блок состоит из нескольких функциональных модулей: микроконтроллер управляет работой узлами блока. Источник питания обеспечивает работу всех модулей, а также постоянно подзаряжает резервные аккумуляторы Bat2,Bat3. Часы реального времени с литиевым элементом питания Bat1 служат для привязки запоминаемых в энергозависимой памяти данных ко времени. В

шестнадцатиразрядном индикаторе дисплея отображается вся вспомогательная информация, такая, как номер прибора, символ датчика с текущим значением, а также параметры настройки блока (текущее время, список приборов и датчиков с интервалом записи для запоминания данных в памяти). Светодиоды дисплея

 показывают режимы работы блока. Кнопки служат для управления блоком в интерактивном режиме. Этот режим позволяет контролировать текущее значения датчиков каждого скважинного прибора, а также переключать жилу геофизического кабеля ( если используется трехжильный кабель), установить текущее время и параметры записи в память. Модули интерфейсов RS-232 и      RS-485 служит для подключения блока к компьютеру или модему по соответствующим стандартам связи. Усилитель-формирователь питает скважинные приборы, а также принимает и преобразовывает передаваемый ими сигнал в командировке Манчестер-2. Принятый сигнал обрабатывается микроконтроллером. В зависимости от настроек блока эти данные запоминаются в памяти или передаются в компьютер или в систему телеметрии через модем. Переключатель жил служит для выбора активной жилы кабеля.

Скважинный прибор выполнен в виде цилиндрического контейнера, внутри которого расположен электронный блок. Хвостовик прибора выполнен для подключения к кабельному наконечнику НК28. Для спуска прибора в скважину используется геофизический кабель длиной до 3000 м, заправленный в НК28. Геофизический кабель должен иметь сопротивление жилы не более 25 Ом/км, емкость жила-броня не более 0,14 мкФ/км. Для связи с компьютером

используется специальный интерфейсный блок, к которому подключается геофизический кабель. Связь с компьютером осуществляется только через интерфейсный блок. Запрещается подключать прибор непосредственно к компьютеру.

На лицевой панели интерфейсного блока расположены кнопки управления В1-В4, светодиоды 1-8, семисегментные индикаторы 1-6, выключатель питания, предохранитель и разъем связи с компьютером.

Все приборы подключены к одной жиле каротажного кабеля. Но имеется возможность выбора (при помощи кнопки или программно) одной жилы из         3-х,если используется 3-х жильный кабель. 

Предприятие-изготовитель оставляет за собой право вносить изменения в конструкцию прибора без уведомления потребителя, не ухудшающие технические параметры и не отраженные в эксплуатационной документации.

 

2.3. Работа с прибором 

Светодиоды 1, 2, 3 всегда показывают номер жилы в кабеле, используемый в текущий момент. Светодиоды 4-8 показывают текущий режим.

Кнопка В1 всегда служит для выбора № жилы в кабеле. Назначение кнопок В2, ВЗ, В4 зависит от текущего режима.

 

Рис. 2 Внешний вид интерфейсного блока

Режимы работы интерфейсного блока.

Всего имеется 6 режимов работы интерфейсного блока(0 ... 5).

Режимы всегда переключается кнопкой В4. В разных режимах индикаторы 1,2,3,4,5,6 и светодиоды 4,5,6,7,8 показывают разную информацию.

После включения питания Блок переходит в Режим-0 (основной).

Режим - 0 (основной)

Светодиоды 1,2 или 3 кратковременно мигают – означает наличие связи со скважинными приборами.

Индикатор 1 показывает № прибора.

Кнопка В2 позволяет выбрать № прибора индикации.

Индикатор 2 показывает обозначение датчика для индикации ( Р – давление (бар), t -  температура (ºС), r – расход жидкости ( обороты за 5 сек.), b – влажность (0…100%)).

Кнопка В3 позволяет выбрать датчик прибора по индикации.

Индикаторы 3,4,5,6 показывают текущее значение выбранного датчика.

Режим - 1 (текущая дата)

Светодиод 4 светится постоянно.

Индикаторы 1-6 показывают Год ( последние 2 цифры), Месяц, День текущего времени.

Для установки новых значений необходимо, нажимая на кнопку В3, выбрать нужный разряд дисплея (мигающий) и кнопкой В2 установить необходимую цифру.

Режим - 2 (текущее время)

Светодиод 5 светится постоянно.

Индикаторы 1…6 показывают Часы, Минуты, Секунды текущего времени.

Для установки новых значений необходимо, нажимая на кнопку В3, выбрать нужный разряд дисплея (мигающий) и кнопкой В2 установить необходимую цифру. Секунды можно только сбросить в 0.

Режим - 3 (операции Флэш-памяти)

Светодиод 6 светится постоянно.

Индикатор 1 показывает в 16-ричном исчислении код для записи в память тех или иных приборов в «гирлянде».

0 – не используется

1 – записываются приборы с адресом: 1

2 – записываются приборы с адресом: 2

3 – записываются приборы с адресами:1,2

4 – записываются приборы с адресом: 3

5 – записываются приборы с адресами: 1,3

6 – записываются приборы с адресами: 2,3

7 – записываются приборы с адресами: 1,2,3

Индикатор 2 показывает в 16-ричном исчислении код для записи в память тех или иных датчиков в приборах.

0 – не используется

1 – записывается датчик: Давление

2 – записывается датчик: Температура

3 – записываются датчики: Давление, Температура

4 – записывается датчик: Расход

5 – записываются датчики: Давление, Расход

6 – записываются датчики: Температура, Расход

7 – записываются датчики: Давление, Температура, Расход

8 – записывается датчик: Резистивиметр

9 – записываются датчики: Давление, Резистивиметр

А – записываются датчики: Температура, Резистивиметр

В - записываются датчики: Давление, Температура, Резистивиметр

С - записываются датчики: Расход, Резистивиметр

D - записываются датчики: Давление, Расход, Резистивиметр

I - записываются датчики: Температура, Расход, Резистивиметр

F - записываются датчики: Давление, Температура, Расход, Резистивиметр

Индикаторы 3-6 показывают интервал записи в секундах (1...9999)

Для установки новых значений необходимо, нажимая на кнопку ВЗ, выбрать нужный разряд дисплея (мигающий) и кнопкой В2 установить необходимую цифру.

Для запуска записи необходимо нажать и отпустить кнопку В2 при немигающих цифрах на дисплее. Если запись запустилась, то часто должна мигать десятичная точка последнего индикатора. Для остановки записи в этом же режиме необходимо повторно нажать и отпустить, кнопку В2 при немигающих цифрах на дисплее. Десятичная точка на последнем индикаторе должна перестать мигать. Если до запуска записи был установлен режим записи с начала «Н». то он сменится на «П». При необходимости можно вручную установить «Н».

Режим-4 (дата старта записи)

Светодиод 7 светится постоянно.

Индикаторы 1 - 6 показывают Год (последние 2 цифры), Месяц, День времени Старта записи.

Для установки новых значений необходимо, нажимая на кнопку ВЗ, выбрать нужный разряд дисплея (мигающий) и кнопкой В2 установить необходимую цифру.

Режим-5 (время старта записи)

Светодиод 8 светится постоянно.

Индикаторы 1 - 4 показывают Часы, Минуты времени Старта записи.

Индикатор 5 показывает «Н» - начало записи, или «П» - продолжить запись. Если установить «Н», то все предыдущие записи сотрутся и новая запись начнется с начала флэш-памяти. Если установить «П», то новая запись продолжится вслед предыдущей. Запись будет происходить до остановки кнопкой или программой, или до заполнения памяти. При переполнении памяти запись останавливается.

Для установки новых значений необходимо, нажимая на кнопку ВЗ, выбрать нужный разряд дисплея (мигающий) и кнопкой В2 установить необходимую цифру (букву).

Внимание! Если запущена запись, то невозможно изменить ни текущее время, ни время старта, ни опции флэш-памяти. Сначала необходимо остановить запись кнопкой В2 в режиме-2.

Если в режимах 1 - 5 не нажимать ни одну кнопку в течение 30 секунд, то интерфейсный блок переключается в Режим-0 (Основной).

 

2.4. Порядок работы с интерфейсным блоком

  • Провести внешний осмотр прибора, убедиться в отсутствии механических повреждений.
  • Открутить заглушку, подключить прибор с помощью кабеля связи к интерфейсному блоку, а интерфейсный блок к компьютеру. Включить питание интерфейсного блока. При этом должен включиться светодиод около выключателя.
  • Пользуясь программой, убедиться, что прибор работает. Отсоединить кабель от прибора, закрутить заглушку.
  • Выполнить спуск прибора на скважину. Для спуска используется геофизический кабель. Считывание данных из памяти прибора не прерывает процесс записи в память. Для отключения записи после считывания данных в окне загрузки необходимо до нажатия кнопки «загрузить» установить признак отключения записи. Запись идет до тех пор, пока прибор не отработает все задание или не поступит команда отключения записи. 
  • Запустить программу МАМ.ЕХЕ, сосчитать данные, обработать и напечатать отчет.

Примечание. В штатном режиме интерфейсный блок питается от сети переменного тока напряжением 220 в. При  исчезновении  напряжения питания  блок  автоматически переключается на питание от резервного источника (2 аккумулятора 12в). Время работы от аккумуляторов – до 3-х суток.

 

 

 

 

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. Расчетная часть 

 

4.1. Расчет основных параметров одножильного бронированного геофизического кабеля 

Для передачи данных используется одножильный бронированный геофизический кабель марки КГ1-20-90 (рис. 4) (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. 4. Поперечный разрез одножильного кабеля с изоляцией из шитого полиэтилена

 

Параметры кабеля КГ-20-90

Сечение жил кабеля: 5,3 мм²

Диаметр изолированной жилы: 5,8 мм²

Длина: l=3 км

Разрывное усилие: H=20 кН

Максимальная рабочая температура: T=90 ˚С.

Сопротивление жилы: R=25,5 Ом/км

Сопротивление изоляции: R=20000 МОм/км

Емкость: С=0,16 мкФ/км

Индуктивность: L=0,7 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:

Rж ≤ 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.

 

4.2. Расчет пропускной способности канала связи 

 

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

- сопротивление R = 25,5 Ом/км.

- емкость С = 160*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:

Pc=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 Pош:

                                                                                                  (15)

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

pkk=3∙nk∙P2ош                                                                                                                                               (16)

где Pош – вероятность ошибочного приема единичного элемента,        nk = 17.

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

pkk=3∙nk∙P2ош                                                                                                                                               (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.

 

5. 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.5.

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.6.

 

Рис.5. Пачка смоделированного сигнала

 

Рис.6. Схема преобразования выходной последовательности с генератора слова в двуполярный код «Манчестер II»

Далее полученный кодированный сигнал должен проходить через имитатор кабеля. В литературе приводится простая электрическая схема эквивалента кабеля представленная на рис.7.

 

Рис.7. Электрическая схема эквивалента кабеля

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.8. и рис.9. представлены АЧХ и ФЧХ смоделированного имитатора кабеля.

 

Рис.8. АЧХ смоделированного имитатора кабеля

 

 

Рис.9. ФЧХ смоделированного имитатора кабеля

 

Следующим шагом является подача смоделированного сигнала на имитатор кабеля.

Результаты такого процесса моделирования представлены на рис.10.

 

Рис.10. Смоделированный сигнал через имитатор кабеля

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.11, а его АЧХ на рис.12.

 

Рис.11. Схема нелинейного дифференциатора

 

Рис.12. АЧХ нелинейного дифференциатора

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 э


Ключевые слова -


ФНГ ФИМ ФЭА ФЭУ Яндекс.Метрика
Copyright 2021. Для правильного отображения сайта рекомендуем обновить Ваш браузер до последней версии!