一种泥浆脉冲发生器的制作方法

本发明涉及数字通讯技术领域，尤其涉及一种泥浆脉冲发生器。

背景技术：

旋转式泥浆脉冲发生器已经是一种较为成熟的技术，能实现比较高速率的数据传输。

现有技术泥浆脉冲发生器一般是通过电动机驱动泥浆脉冲发生器的波轮旋转，电动机要工作就需要给电动机供电，常用的供电方式是布置一个发电机给电动机供电，所以，这样不仅需要额外布置一组电磁系统，在能量转化方面，需要首先将机械能转换成电能，随后还要将电能再转换成机械能，在多次转换的过程中会造成很大的能量损失，导致系统能量利用效率的降低，同时也不利于设备的小型化。

因此，很有必要对现有的泥浆脉冲发生器的结构进行改进，来克服现有技术中所存在的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种泥浆脉冲发生器，动力组件直接在流动泥浆中获得能量直接驱动波轮组件旋转，无需提供现有技术的发电机给电动机供电驱动波轮组件，从而实现设备的小型化，此外，动力组件直接驱动波轮组件，能量利用效率可得到显著提升。

为了实现上述目的，本发明提供了一种泥浆脉冲发生器，其特征在于，包括动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件，其中：动力组件与波轮组件机械连接，并且动力组件从流动泥浆中吸收能量驱动波轮组件旋转；波轮调速负载组件与波轮组件机械连接，并且，波轮调速负载组件通过改变负载大小调控波轮组件的转速。

进一步的，泥浆脉冲发生器还包括管状外壳以及传动轴，其中：管状外壳两端敞开，中间通空形成泥浆流道；动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件均布置在泥浆流道中，并且，动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件通过传动轴同轴连接，动力组件驱动波轮组件单向旋转。

进一步的，动力组件为涡轮；波轮组件包括波轮以及波轮定子，其中：所述波轮靠近所述波轮定子布置，并且所述波轮组件通过所述波轮旋转改变与所述波轮定子的重合度继而改变泥浆流道阻力使所述泥浆脉冲发生器发出泥浆脉冲；波轮调速负载组件包括发电机组件以及电气负载组件，其中：发电机组件的输出端连接电气负载组件的输入端。

进一步的，发电机组件包括发电机转子以及发电机定子，其中：涡轮、发电机转子、以及波轮同轴连接。

进一步的，动力组件的涡轮同时作为波轮组件的波轮；或者，动力组件的涡轮同时作为发电机组件的发电机转子；或者，波轮组件的波轮同时作为发电机组件的发电机转子。

进一步的，电气负载组件为电气网络，包括至少一个电子开关和至少一个耗能元件，其中：电气网络通过电子开关将耗能元件接入或断出电气网络，改变电气负载组件的负载大小。

进一步的，泥浆脉冲发生器还包括控制电路和角度测量装置，其中：角度测量装置与控制电路电连接，用于测量波轮的旋转角度并传输至控制电路；控制电路与电气负载组件电连接，用于根据接收的波轮的旋转角度以及井下探测信息生成控制信号并传输至电气负载组件调控负载大小，控制泥浆脉冲发生器发出泥浆脉冲。

进一步的，耗能元件为耗能电阻，其中：泥浆脉冲发生器通过增大耗能电阻阻值或将电气网络断路来减小波轮调速负载组件的负载大小，加速波轮；或者，泥浆脉冲发生器通过减小耗能电阻阻值或将电气网络短路来增大波轮调速负载组件的负载大小，减速波轮。

进一步的，泥浆脉冲发生器由耐高温材料制作，可承受至少150摄氏度的高温工作环境；控制电路封装在承压外壳中，可承受至少40兆帕的高压泥浆压力；耗能元件为大功率高温电阻，可承受至少200摄氏度高温；发电机组件的输出端还与井下用电设备电连接，为井下用电设备供电。

进一步的，电气网络还包括电容、电感、可充电电池中的一种或多种储能元件，其中：当泥浆脉冲发生器的波轮减速时，发电机组件工作在发电机状态，将波轮的旋转动能转化为电能存储至储能元件，减速波轮；当泥浆脉冲发生器的波轮加速时，发电机组件工作在电动机状态，将从储能元件中提取的电能转化为波轮的旋转动能，加速波轮。

本发明的一种泥浆脉冲发生器，具有以下有益效果：

1、本发明的泥浆脉冲发生器，动力组件直接在流动泥浆中获得能量直接驱动波轮组件旋转，无需提供现有技术的发电机给电动机供电驱动波轮组件，从而实现了设备的小型化；此外，动力组件从泥浆中直接获得机械能驱动波轮组件，能量转换次数更少，能量利用效率可得到显著的提升。

2、本发明的泥浆脉冲发生器，动力组件采用涡轮，使涡轮在最佳转速附近工作，最大限度地保障涡轮从流动泥浆中获得能量的功率，可以充分保障涡轮的加速特性。

3、本发明的泥浆脉冲发生器，动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件通过传动轴同轴连接，动力组件直接驱动波轮组件单向旋转，中间传动件较少，传动可靠性更高，驱动响应也更快速。

4、本发明的泥浆脉冲发生器，波轮调速负载组件包括发电机组件以及电气负载组件，发电机组件上产生的电磁力直接立体包裹作用在发电机转子上，而非采用点施加、线施加、或面施加的方式，从而使得电磁力的施加控制传动响应速度更快；而通过消耗方式对波轮进行减速，采用大功率的能量消耗保障波轮的减速特性实施起来更容易，与涡轮的快速驱动响应相结合，实现了波轮转速的快速调整，为高速泥浆通讯打下了非常好的基础。

5、本发明的泥浆脉冲发生器，电气负载组件为电气网络，包括至少一个电子开关和至少一个耗能元件，采用电气耗能方式相对于机械耗能方式而言，响应速度更快，控制更加灵活，实现方便，成本低廉，能实施非常精密、精细的时间控制；通过对波轮转速的精细、精密控制，例如采用脉冲宽度调制(pwm)，可以实现更高速、更稳定可靠的数据通讯。

6、本发明的泥浆脉冲发生器，还包括控制电路和角度测量装置，从而根据波轮的旋转角度以及井下探测信息生成控制信号，传输至电气负载组件调控负载大小，控制泥浆脉冲发生器发出泥浆脉冲，从而实现了波轮和波轮定子之间相对角度关系的闭环控制，相对现有技术的开环控制，更能保证控制效果，确保波轮和波轮定子之间角度关系的精确度，继而进一步降低泥浆脉冲误差。

7、本发明的泥浆脉冲发生器，耗能元件为耗能电阻，从而在波轮减速时，能量主要通过外接耗能电阻产热消耗，耗能电阻散热更易实现，通过耗能电阻耗能，可以显著减小发电机组件耗能产热量，延长发电机组件的使用寿命。

8、本发明的泥浆脉冲发生器，电气网络还包括电容、电感、可充电电池中的一种或多种储能元件，可通过储能的方式进行耗能，减速波轮转速，能量利用效率更高，更加节能；同时，由于储能元件的加入，发电机组件可同时作为电动机使用加速波轮，实现了发电机组件的双重作用，更利用设备的小型化；通过能量转储/回馈方式，更结合了现有电机驱动的优点，不仅提高了能量的利用效率，而且可以使波轮的加速度突破了单纯泥浆驱动加速度的上限，为将通信速度再提升一个台阶提供了一种全新的思路。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的泥浆脉冲发生器的结构示意图；

图2为本发明的泥浆脉冲发生器的电动机组件的结构示意图；

图3为本发明的泥浆脉冲发生器的一种实施例的波轮的结构示意图；

图4为与图3波轮匹配的波轮定子的结构示意图；

图5为本发明的泥浆脉冲发生器的又一种实施例的波轮的结构示意图；

图6为与图5波轮匹配的波轮定子的结构示意图；

图7为本发明的泥浆脉冲发生器的波轮调速负载组件的一种实施例的电路图；

图8为本发明的泥浆脉冲发生器的波轮调速负载组件的又一种实施例的电路图；

图9为本发明的泥浆脉冲发生器的波轮调速负载组件的另一种实施例的电路图；

图10为本发明的泥浆脉冲发生器的波轮调速负载组件的再一种实施例的电路图；

图中：1-涡轮、2-波轮、3-发电机转子、4-波轮定子、5-发电机定子、6-传动轴、7-管状外壳、81-线圈、82-发电机组件的输出端、91-电子开关、92-耗能电阻、93-电气负载组件的输入端、94-固定负载；

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1、图2所示，本发明实施例的一种泥浆脉冲发生器，包括动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件，其中：动力组件与波轮组件机械连接，并且动力组件从流动泥浆中吸收能量驱动波轮组件旋转；波轮调速负载组件与波轮组件机械连接，并且，波轮调速负载组件通过改变负载大小调控波轮组件的转速。

具体的，动力组件为涡轮1，可通过对涡轮1叶片数量、角度的设计，使涡轮1在最佳转速附近工作，最大限度地保障涡轮1从流动泥浆中获得能量的功率，从而可以充分保障涡轮1的加速特性，涡轮1本身的设计及应用已较为成熟，本领域技术人员可根据泥浆流道参数具体设计或直接采购涡轮，本发明不做具体限定。

具体的，波轮组件包括波轮2以及波轮定子4，其中：如图3、图4所示，波轮2与波轮定子4上匹配开有孔洞，波轮2靠近波轮定子4布置，并且波轮组件通过波轮2旋转改变孔洞重合度继而改变泥浆流道阻力使泥浆脉冲发生器发出泥浆脉冲；或者，如图5、图6所示，波轮2为叶片轮，波轮定子4上开有与叶片轮匹配的叶片洞，波轮2靠近波轮定子4布置，并且波轮组件通过波轮2旋转改变与叶片洞重合度继而改变泥浆流道阻力使泥浆脉冲发生器发出泥浆脉冲。其中，波轮2靠近波轮定子4布置是指，波轮2与波轮定子4二者紧挨布置，并且二者之间存在一定的间隙，避免波轮定子4与波轮2贴紧布置，孔洞被完全堵死时，导致流道堵死，造成泥浆压力过大发生事故；当波轮2与波轮定子4存在轴向存在间隙时，且孔洞重合度为零时，泥浆可从波轮孔洞流入间隙再由波轮定子孔洞流出，从而避免泥浆通道被完全堵死；此外，波轮2与波轮定子4之间的轴向间隙优选的，应保证该间隙提供的过流面积是孔洞完全打开提供过流面积的5％-20％之间。波轮2与波轮定子4的重合度直接影响到泥浆流过波轮组件的过流面积，过流面积较大时，泥浆压力较低，过流面积较小时，由于阻碍了泥浆的流动，泥浆压力较大，泥浆在不同时间压力的变化与持续时间便形成了泥浆脉冲，进一步得到泥浆脉冲序列，泥浆脉冲的形成方式与现有技术的转动式泥浆脉冲发生器的生成方式是一致的，本领域技术人员可通过现有技术查询了解，本发明不再赘述。

具体的，波轮调速负载组件可以采用电磁铁、电磁阀驱动一个机械式刹车片实现，这种方式虽然可以将刹车装置做得很小，但是响应速度受限；还有一种方式是外部电能激发电磁力“抱住”转子，可以解决快速响应的问题，但是需要外部供电。因此，优选的，本发明的波轮调速负载组件包括发电机组件以及电气负载组件，其中：发电机组件的输出端82连接电气负载组件的输入端93。更具体的，发电机组件包括发电机转子3以及发电机定子5，其中：涡轮1、发电机转子3、以及波轮2同轴连接；当然，在发电机转子3和发电机定子5上分别布置有磁铁和/或线圈81，这是发电机的基本原理，本发明不做过多阐述。本发明的波轮调速负载组件主要是将波轮2的旋转动能转化为发电机电能消耗在电气负载组件上，从而通过波轮2旋转动能的消耗实现波轮2减速；本领域技术人员可通过调控电气负载组件的负载控制波轮2的减速与加速速率，负载越大减速越快，负载越小，且消耗的能量小于波轮2输入的能量，波轮2加速。当然，在不需要对波轮2进行减速时，可以选择不启动调控电气负载组件，使波轮2在涡轮1的驱动下自由加速。应当指出的是，由于本发明的涡轮1、发电机转子3、以及波轮2同轴连接，因此，三者的转速是一致的，当波轮2减速时同样涡轮1也实现了减速，当波轮2加速时，涡轮1同样也实现了加速，所以，本发明中所说的对波轮2进行减速或加速，可以理解为对涡轮1进行减速或加速。泥浆脉冲发生器系统留存能量等于输入能量减去消耗掉的能量，在输入系统的能量平稳的情况下，对消耗能量的速度进行调制，就可以实现对留存能量的调制，最终反映到本发明中的就是对波轮转子转动速度的调制。本发明优选采用电磁方式消耗多余能量的原因在于这种方法可以实现很高的调制速度。

更进一步的，泥浆脉冲发生器还包括管状外壳7以及传动轴6，其中：管状外壳7两端敞开，中间通空形成泥浆流道；动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件均布置在泥浆流道中，并且，动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件通过传动轴6同轴连接，动力组件驱动波轮组件单向旋转。

具体的，管状外壳7主要用于形成泥浆通道以及提供涡轮1、波轮2、发电机组件的布置空间；传动轴6主要用于实现涡轮1、波轮2、发电机转子3的同轴机械连接，传递动力；波轮定子4与发电机定子5均与管状外壳7固定连接。泥浆由泥浆流道的一端流入另外一端流出，当泥浆流过涡轮1时，驱动涡轮1旋转，涡轮1从流动泥浆中获得能量进一步通过传动轴6驱动波轮2旋转。

本发明的泥浆脉冲发生器，动力组件直接在流动泥浆中获得能量直接驱动波轮组件旋转，无需提供现有技术的发电机给电动机供电，从而实现了设备的小型化；此外，动力组件从泥浆中直接获得机械能驱动波轮组件，能量转换次数更少，能量利用效率可得到显著的提升；动力组件采用涡轮1，并可使涡轮1在最佳转速附近工作，最大限度地保障涡轮1从流动泥浆中获得能量的功率，可以充分保障涡轮1的加速特性；发电机组件上产生的电磁力直接立体包裹作用在发电机转子3上，而非采用点施加、线施加、或面施加的方式，从而使得电磁力的施加控制传动响应速度更快；而通过消耗方式对波轮2进行减速，通过大功率的能量消耗保障波轮2的减速特性实施起来更容易，与涡轮1的快速的驱动响应相结合，实现了波轮2转速的快速调整，为高速泥浆通讯打下了非常好的基础。

在本发明的泥浆脉冲发生器的上述实施例中，可选的，动力组件的涡轮1同时作为波轮组件的波轮2；或者，动力组件的涡轮1同时作为发电机组件的发电机转子3；或者，波轮组件的波轮2同时作为发电机组件的发电机转子3。上述三种方式可以进一步的实现泥浆脉冲发生器的小型化。

在本发明的泥浆脉冲发生器的上述实施例中，如图7至图10，优选的，电气负载组件为电气网络，包括至少一个电子开关91和至少一个耗能元件，其中：电气网络通过电子开关91将耗能元件接入或断出电气网络，改变电气负载组件的负载大小。

具体的，耗能元件为耗能电阻92，耗能电阻92通过电子开关91跨接在发电机组件的输出端82，其中：泥浆脉冲发生器通过增大耗能电阻92阻值或将电气网络断路来减小波轮调速负载组件的负载大小，加速波轮2；或者，泥浆脉冲发生器通过减小耗能电阻92阻值或将电气网络短路来增大波轮调速负载组件的负载大小，减速波轮2。简单的描述即是：如果要加速就增大电阻以减小负载；如果要减速就减小电阻以增大负载；要快速减速就短路，类似急刹车。作为优选，耗能电阻92阻值大小的选择，应该满足：在泥浆脉冲发生器正常工作时，电子开关91能切换到，在所有耗能电阻92(包括发电机组件内阻)上消耗电能功率总和不低于泥浆脉冲发生器正常工作时涡轮1从流动泥浆中获取能量功率的一半的状态。图7为一种实施方式，包括一个电子开关91与一个耗能电阻92；图8为一种实施方式发电机组件内阻不可忽视，采用该种实施方式的负载较大，减速力度大；图9为一种实施方式，包括一个不受电子开关91控制的固定电阻，当然图9中不受电子开关91控制的电阻可以称之为固定负载94，这个固定负载94可以是单纯的电阻也可以是井下的用电设备，即电动机组件的输出端可以电连接井下用电设备，为其供电；图10为一种实施方式，包括多个电子开关91以及多个耗能电阻92，因为在实际的产品中存在可能使用多相发电机，例如三相发电机，这些电子开关91分别接到各相电路中，上述各种实施方式均属于本发明保护范围。

在本发明的泥浆脉冲发生器的上述实施例中，泥浆脉冲发生器还包括控制电路和角度测量装置，其中：角度测量装置与控制电路电连接，用于测量波轮2的旋转角度并传输至控制电路；控制电路与电气负载组件电连接，用于根据接收的波轮2的旋转角度以及井下探测信息生成控制信号并传输至电气负载组件调控负载大小，控制泥浆脉冲发生器发出泥浆脉冲。

具体的，本实施例中的角度测量装置的一种优选实施方式，角度测量装置采用绝对值编码器进行角度测量。根据角度信号判断波轮组件重合度，即泥浆流道的封堵状态，或者要打开泥浆流道还需要转多少角度，根据角度信号和时间信号还可以计算转动速度，这样就可以判断波轮2是要加速还是要减速。并根据要发送的井下探测数据(即控制电路接收的井下设备的探测数据，例如井斜、方位、压力等)确定是要发多宽的脉冲，根据需要发送的脉冲宽度再结合波轮2角度和角速度计算离打开或关闭泥浆通道所需要的时间，进行加速或减速控制，再进一步根据加速或减速的需要决定负载要加重或减轻多少，从而最终形成了包含井下数据信息的泥浆脉冲。本发明的最佳编码方式是调相、调频，例如fsk编码，即通过控制波轮2的转速，控制泥浆脉冲的宽度、间隔或频率，实现对泥浆波的调频或调相；这与通过电信号的电平高低变化传送信息类似，本发明是通过泥浆压力信号的流体压力大小变化传送信息；本发明对波轮2旋转后激发泥浆脉冲信号的方式并无特别要求，可以参考其它旋转式连续波泥浆脉冲发生器的结构和原理具体实施。应当指出的是，角度测量装置、控制电路的具体设计、控制方式等，本领域技术人员可参照现有技术或简单的设计便可实现，本发明不做具体限定。应当指出的是，角度测量装置测量的不单单包括角度信息，还包括根据角度信息、时间等衍生的旋转速度等信息。此外，本发明的角度测量装置不单单限制于采用绝对值编码器实现波轮组件旋转角度测量与进一步控制，也可以采用一种特殊的方式，比如：直接测量发电机组件的输出电压和输出电流，计算角度，特别是发电机组件为多相发电机时，这种实施方式只需要布置测量电路，不需要额外的机械部件，实现起来更简单、容易、成本低；同时测量电压和电流的目的是为了估算感生电动势，通过发电机组件的输出电压、电流估算电动势并进一步推算发电机转子的转动角度，该测量方式对本领域技术人员而言没有技术上的难度。

在本发明的泥浆脉冲发生器的上述实施例中，泥浆脉冲发生器由耐高温材料制作，即动力组件、波轮组件、发电机组件采用耐高温材料，可承受至少150摄氏度的高温工作环境；控制电路封装在承压外壳中，可承受至少40兆帕的高压泥浆压力，保证其能承受钻井井下环境中的泥浆高压；耗能元件为大功率高温电阻，可承受至少200摄氏度高温，并布置在良好的散热环境中，能将其转化的热能迅速散发以避免烧毁耗能元件；发电机组件的输出端还与井下用电设备电连接，为井下用电设备供电，进一步提高能量利用率。本实施例的泥浆脉冲发生器，实现了泥浆脉冲发生器可以满足井下工作的环境要求。

在本发明的泥浆脉冲发生器的上述实施例中，电气网络还包括电容、电感、可充电电池中的一种或多种储能元件，其中：当泥浆脉冲发生器的波轮2减速时，发电机组件工作在发电机状态，将波轮2的旋转动能转化为电能存储至储能元件，减速波轮2；当泥浆脉冲发生器的波轮2加速时，发电机组件工作在电动机状态，将从储能元件中提取的电能转化为波轮2的旋转动能，加速波轮2。此外，储能元件与井下设备连接供电，可为井下设备提供不小于2瓦的电能，从而进一步充分利用了能量。当发电机组件的输出端连接井下用电设备时，必然包括井下用电设备内阻或耗能电阻，作为耗能元件。

具体的，在需要约束波轮2的转速时，通过发电机组件将波轮2的旋转动能(包括与波轮2同轴连接在一起的其它旋转部件的旋转动能，例如涡轮1)转换成电能储存到储能元件中，减速波轮2；在需要提高波轮2的转速时，从储能元件中提取能量并反向输送给发电机组件，使发电机组件工作到电动机状态，将从储能元件中提取并反向输送给发电机组件的电能转换成涡轮1的旋转动能，加速波轮2。从而赋予了发电机组件双重角色，更利用设备的小型化；通过能量转储/回馈方式，更结合了现有电机驱动的优点，不仅提高了能量的利用效率，而且可以使波轮2的加速度突破了单纯泥浆驱动加速度的上限，为将通信速度再提升一个台阶提供了一种全新的思路。

本发明的泥浆脉冲发生器，通过电气负载组件进行耗能，调速响应快速；发电机组件减速，采用电磁负载避免了一般的机械性负载中额外机械控制导致的速度降低，进一步保证了调速响应的敏捷；此外，采用涡轮1作为动力组件，涡轮1的技术较为成熟，可以从泥浆中高效获能，实现一个大能量的输入，也即获得一个较大的驱动力矩，大的驱动力矩同样会带给波轮2一个快速的驱动响应速度，即保证了波轮2加速的优越性，尤其在涡轮1工作在较佳转速时。综上可见，本发明的泥浆脉冲发生器，结构简单，更加小型化，且响应速度快。

作为本发明的泥浆脉冲发生器的一个最优选的实施方式，如图1-10所示：

本发明的泥浆脉冲发生器，包括动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件，其中：动力组件与波轮组件机械连接，并且动力组件从流动泥浆中吸收能量驱动波轮组件旋转；波轮调速负载组件与波轮组件机械连接，并且，波轮调速负载组件通过改变负载大小调控波轮组件的转速。此外泥浆脉冲发生器还包括管状外壳7以及传动轴6，其中：管状外壳7两端敞开，中间通空形成泥浆流道；动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件均布置在泥浆流道中，并且，动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件通过传动轴同轴连接，动力组件驱动波轮组件单向旋转。具体的，动力组件为涡轮1；波轮组件包括波轮2以及波轮定子4，其中：波轮2靠近所述波轮定子4布置，并且波轮组件通过波轮2旋转改变与波轮定子4的重合度继而改变泥浆流道阻力使泥浆脉冲发生器发出泥浆脉冲；波轮调速负载组件包括发电机组件以及电气负载组件，其中：发电机组件的输出端82连接电气负载组件的输入端93。具体的，发电机组件包括发电机转子3以及发电机定子5，其中：涡轮1、发电机转子3、以及波轮2同轴连接。优选的，动力组件的涡轮1同时作为波轮组件的波轮2；或者，动力组件的涡轮1同时作为发电机组件的发电机转子3；或者，波轮组件的波轮2同时作为发电机组件的发电机转子3。具体的，电气负载组件为电气网络，包括至少一个电子开关91和至少一个耗能元件，其中：电气网络通过电子开关91将耗能元件接入或断出电气网络，改变电气负载组件的负载大小。进一步的，泥浆脉冲发生器还包括控制电路和角度测量装置，其中：角度测量装置与控制电路电连接，用于测量波轮的旋转角度并传输至控制电路；控制电路与电气负载组件电连接，用于根据接收的波轮的旋转角度以及井下探测信息生成控制信号并传输至电气负载组件调控负载大小，控制泥浆脉冲发生器发出泥浆脉冲。具体的，耗能元件为耗能电阻92，其中：泥浆脉冲发生器通过增大耗能电阻92阻值或将电气网络断路来减小波轮调速负载组件的负载大小，加速波轮2；或者，泥浆脉冲发生器通过减小耗能电阻92阻值或将电气网络短路来增大波轮调速负载组件的负载大小，减速波轮2。进一步的，泥浆脉冲发生器由耐高温材料制作，可承受至少150摄氏度的高温工作环境；控制电路封装在承压外壳中，可承受至少40兆帕的高压泥浆压力；耗能元件为大功率高温电阻，可承受至少200摄氏度高温。进一步的，电气网络还包括电容、电感、可充电电池中的一种或多种储能元件，其中：当泥浆脉冲发生器的波轮减速时，发电机组件工作在发电机状态，将波轮2的旋转动能转化为电能存储至储能元件，减速波轮2；当泥浆脉冲发生器的波轮加速时，发电机组件工作在电动机状态，将从储能元件中提取的电能转化为波轮2的旋转动能，加速波轮2。

应当指出的是，在该实施例中涉及到的部件的具体结构、工作原理等，可以参照泥浆脉冲发生器的上述各实施例，在此不再赘述。

作为本发明的泥浆脉冲发生器的一个较为优选的实施方式，如图1-10所示：

本发明的泥浆脉冲发生器，包括动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件，其中：动力组件与波轮组件机械连接，并且动力组件从流动泥浆中吸收能量驱动波轮组件旋转；波轮调速负载组件与波轮组件机械连接，并且，波轮调速负载组件通过改变负载大小调控波轮组件的转速。此外泥浆脉冲发生器还包括管状外壳7以及传动轴6，其中：管状外壳7两端敞开，中间通空形成泥浆流道；动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件均布置在泥浆流道中，并且，动力组件、波轮组件、以及波轮调速负载组件通过传动轴同轴连接，动力组件驱动波轮组件单向旋转。具体的，动力组件为涡轮1；波轮组件包括波轮2以及波轮定子4，其中：波轮2靠近所述波轮定子4布置，并且波轮组件通过波轮2旋转改变与波轮定子4的重合度继而改变泥浆流道阻力使泥浆脉冲发生器发出泥浆脉冲；波轮调速负载组件包括发电机组件以及电气负载组件，其中：发电机组件的输出端82连接电气负载组件的输入端93。具体的，发电机组件包括发电机转子3以及发电机定子5，其中：涡轮1、发电机转子3、以及波轮2同轴连接。优选的，动力组件的涡轮1同时作为波轮组件的波轮2；或者，动力组件的涡轮1同时作为发电机组件的发电机转子3；或者，波轮组件的波轮2同时作为发电机组件的发电机转子3。具体的，电气负载组件为电气网络，包括至少一个电子开关91和至少一个耗能元件，其中：电气网络通过电子开关91将耗能元件接入或断出电气网络，改变电气负载组件的负载大小。进一步的，泥浆脉冲发生器还包括控制电路和角度测量装置，其中：角度测量装置与控制电路电连接，用于测量波轮的旋转角度并传输至控制电路；控制电路与电气负载组件电连接，用于根据接收的波轮的旋转角度以及井下探测信息生成控制信号并传输至电气负载组件调控负载大小，控制泥浆脉冲发生器发出泥浆脉冲。具体的，耗能元件为耗能电阻92，其中：泥浆脉冲发生器通过增大耗能电阻92阻值或将电气网络断路来减小波轮调速负载组件的负载大小，加速波轮2；或者，泥浆脉冲发生器通过减小耗能电阻92阻值或将电气网络短路来增大波轮调速负载组件的负载大小，减速波轮2。进一步的，泥浆脉冲发生器由耐高温材料制作，可承受至少150摄氏度的高温工作环境；控制电路封装在承压外壳中，可承受至少40兆帕的高压泥浆压力；耗能元件为大功率高温电阻，可承受至少200摄氏度高温。

应当指出的是，在该实施例中涉及到的部件的具体结构、工作原理等，可以参照泥浆脉冲发生器的上述各实施例，在此不再赘述。

应当说明的是，本发明的涡轮1、发电机转子3、和波轮2通过机械方式连接在一起，这三个转动部件相互之间具备同步加速、同步减速的特性，并且这三个转动部件各自的转动惯量能在相互之间即时传递，所以在涉及这三个转动部件的旋转速度和旋转动能相关的问题时，为保持叙述的方便和简洁，没有对这三个转动部件进行细致区分。需要理解的是：本发明谈到这三个部件中的一个部件加速时，必然蕴含另外两个部件加速，在谈到其中一个部件减速时，必然蕴含另外两个部件减速；增加或者减少其中一个部件的旋转动能，必然同步增加或者减少另外两个部件的旋转动能。

还需要说明的是，所谓的泥浆脉冲，就是泥浆的压力波动；所谓的泥浆的压力，就是流体压力。当然还可以把泥浆脉冲理解成泥浆运动速度的改变，但是泥浆运动速度的改变必然以波的形式完成，最终还是会以压力波动的形式表现出来。本说明书所说的电子开关91，可以是机械式继电器、固态继电器、cmos管、igbt管等等。波轮调速负载最简单的模型或实施方式是接到发电机组件输出端的一个可变电阻，通过连线控制或编码控制改变可变电阻的阻值大小。本说明书所说的波轮调速负载组件，就是一个转移波轮2旋转能量的部件，简单的方式是将波轮2的旋转能量转变成热能消耗掉。因为，波轮调速负载组件从总体上看是消耗波轮2旋转能量的部件，所以本发明把这个部件从总体上定性为负载。根据井下发送的信息，需要不停地、交替地对泥浆脉冲发生器的波轮2进行减速或加速，复杂的方法包括在需要对波轮2进行减速时将波轮2上的能量取出并储存在其它地方，在需要对波轮2进行加速时，将储存的能量取出并回传给波轮2，本发明采用电磁方式实现上述过程，并满足高速发送信息的需要。

需要进一步说明的是，本发明通过将发电机组件的输出端进行短路对发电机转子3进行刹车，在发电机组件短路的瞬间，发电机转子3的转速还是维持在原来的转速，发电机组件输出的电动势还是原来的电动势，但是因为环路耗能电阻92只剩下发电机组件内阻，不考虑线圈81电感等复杂情况，此时发电机组件的输出功率为发电机组件的输出电动势的平方除以发电机组件内阻，因为发电机组件的内阻很小，此时输出功率非常大，这些功率全部在发电机组件的内阻(即发电机组件的线圈81)上变为热量消耗掉，而这部分能量主要来源于发电机转子3(包括波轮2、涡轮1)的旋转惯性能量，这样发电机转子3(包括波轮2、涡轮1)的旋转惯性能量迅速降低，也就是发电机转子3(包括波轮2、涡轮1)迅速减速。所以，短路时，接入的耗能元件就是发电机组件线圈内阻，同样跨接在发电组组件的输出端。注意，此处所说的发电机组件输出能量，并不是指能量被输出到发电机物理边界之外，而是输出到了发电机组件的内阻上，也就是发电机的线圈81上，转变成热能。这样做当然会使发电机的线圈81发热，严重时还会烧毁发电机组件的线圈81，所以在具体工程应用中要为发电机组件线圈提供良好的散热条件，设计合适的线圈81内阻，控制好刹车时间。一般情况下并不直接对发电机组件输出端进行短路，而是通过在发电机组件输出端接一个阻值很小(对应功率很大)的耗能电阻92来对发电机组件进行刹车。发电机组件的内阻一般特别小，发电机组件在外接一个耗能电阻92时，发电机组件的总负载等于发电机内阻和外接耗能电阻92的串联电阻，这个串联电阻的阻值越小，负载越重；负载越重，消耗能量越迅速；而在发电机组件内阻和外接耗能电阻92上分别消耗的能量的比值，等于发电机组件内阻和外接耗能电阻92的阻值的比值。所以只要发电机组件的内阻足够小，通过为发电机组件外接一个略微大一点的耗能电阻92，就可以在充分保证刹车效果的同时，将消耗的能量大部分释放到发电机组件的物理边界之外的外接耗能电阻92上，避免发电机组件线圈81过热。所谓发电机组件的输出，在不特别赋予其它含义的情况下，就是一般意义下发电机的输出，也就是发电机电能输出，或输出端，具体的可能是一对或多对电极。

此外，本说明书附图中的涡轮、波轮等等都是示意图，本说明书并未限定涡轮是蜗杆还是涡扇，它们相对本发明没有本质区别，区别的只是获取能量的效率、额定转速、适应流速、抗冲蚀能力等，本发明不做具体限定。发电机组件可直接采用现有技术的泥浆发电机，泥浆发电机是成熟产品，可以购买，可以查阅、参考现有技术，本领域技术人员可以在购买的泥浆发电机的轴上配装上波轮与波轮定子，以及角度传感器和可控的电负载便可得到本发明的泥浆脉冲发生器。

最后应当强调的是，旋转式泥浆脉冲发生器是比较成熟的技术，但本发明的泥浆脉冲发生器的主要改进在于：波轮获得动力的方式，基于涡轮从流动泥浆中直接获得；波轮速度的控制方式，采用耗能控制波轮转速，控制的是耗能的多少，区别于常规的供给能量多少进行速度控制；同时还引入了波轮和波轮定子之间相对角度关系的闭环控制，实现角度的精准控制，继而降低了泥浆脉冲误差。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。