、5.0V，通过双单稳电路隔离后，再控制可编程信号放大器控制相应的电平幅度，再通过功率驱动电路将信号上传到复用的电源数据总线上，从而完成井下仪器数据信号到地面信号的传送。发送完信号后，切换到信号接收电路，对地面发送到井下的指令信号进行滤波放大处理，再通过正负脉冲比较器将信号传到RS触发器还原成地面的数字信号。
[0022]本例的主要改进点如下:
1、使用发送和接收信号选择开关，发送和接收电路任何时候只有一路挂接在总线上，可避免系统电路中阻容元件对信号引起大的衰减。现有国内外广泛使用电路实测证明，井下发送信号时，如井下接收电路和地面的发送、接收信号都挂接在一起，信号衰减幅度在没有电缆阻容参数影响的情况下达到80%。
[0023]2、将数字信号分成多种电平进行预先编成，按照二进制00、01、10、11进行四种电平编码，分别对应电平-5.0V,-2.5V、+2.5V、5.0V。目前国内通用的曼切斯特编码是正负电平脉冲代表数字信号的I和0，标准格式是数值为I时依次发送的电平为正脉冲、零电平、负脉冲、零电平；数值为O时依次发送的电平为负脉冲、零电平、正脉冲、零电平。从以上对比可以看出，编码后通讯效率可以提高8倍，专利的创新点是一个电平代表2位二进制数，而曼切斯特编码需要四个变化电平才能代表I个二进制数。
[0024]3、功率驱动电路采用高增益MOS管组成对管驱动，现常用电路是采用达林顿管或高电压晶体三极管驱动，其缺点是阻抗没有MOS管有优势，信号幅度上升下降陡峭度较差，总线需要电平稳定时间长。
[0025]4、信号滤波放大器采用现有的设有自适应电路的信号滤波放大器，随着井下仪器下井深度的变化，其上传或下发的信号幅度会跟随电缆长度及下井速度发生变化，同时作为用电源线进行数据传输的信号线，由于井下仪器带有电动机等可变负载，噪声难免存在，自适应电路是高速跟踪信号的变化趋势，根据发送和接收数据信号的频率特征进行检波，并进行相应的放大，从而实现可靠通讯。
[0026]由于上述改进，取得了以下有益效果:
1、载波信号幅度小。±5V以下的载波电压就能满足10000以内的单芯高速通讯，国内最深油井不超过7000m。国内外的测井仪器通讯采用的总线载波电平幅度都在±10V以上，为满足长距离通讯甚至达到±20V以上的电压波动幅值。单芯铠装电缆芯线除执行信号传输功能，还为井下仪器提供电源通道，过大的载波电压会造成井下仪器电源输入波动大，井下二次电源要求适应的输入电压范围会很宽，造成成本增加和设计难度加大。本电路能采用较小的载波电压幅值达到理想的效果，是现有电平幅值的1/2?1/4。
[0027]2、连续数据帧长度宽。测井常用的通讯编码曼切斯特编码通讯数据位长度一般不超过20bit，载波电压幅度大意味着线路上波动的消耗电流大，总线电流波动直接影响供电线路的相对电压平衡回路。电源与数据线复用依据加载在总线的正负脉冲进行信号传递，长帧数据的连续传送会造成总线电平偏向一个方向，传输到地面的信号会畸变越厉害，这也是目前长距离通讯受到频带限制的主要原因。本电路在发送载波信号的每个数据位间隙就能恢复总线电平的平衡，在一定带宽范围内可以连续发送数据而不需要额外恢复时间，本电路已经实现了 128bit以上的连续不间断编码数据长距离可靠传送。
[0028]3、信号幅值衰减小。国内外单芯铠装电缆通讯采用较大载波电压的主要原因是信号幅值在总线上衰减太大，使用传统的载波方法，±20V载波电压通过6000m以上的电缆从井下传输到地面后，幅值不到0.2V，而单芯总线在供电电压超过100V以上时，纹波电压都在0.2V以上，因此数据信号已经被噪声淹没，很难解析出数据。本电路的优势在于通过1000rn的电缆信号衰减幅值小于载波初始值的20%。再进行数据上传时，发送接收信号选择开关切换到数据发送段，数据发送完成后再切换到数据接收端接口。
[0029]本发明中未特别说明的电路均采用本领域相应的典型电路。
【主权项】
1.一种井下仪器与地面数据互通的方法，该方法利用电源数据总线进行数字信号传输；其特征在于:通过发送接收信号选择开关确保发送电路和接收电路任何时候只有一路挂接在电源数据总线上，以避免系统电路中阻容元件对信号造成较大衰减；同时采用两位二进制编码替代现有的曼切斯特编码以提高通讯效率。2.根据权利要求1所述井下仪器与地面数据互通的方法，其特征在于:所述电源数据总线采用为井下仪器提供电源的单芯铠装电缆。3.根据权利要求1所述井下仪器与地面数据互通的方法，其特征在于:所述两位二进制编码根据井下仪器采集的模拟信号由微处理器进行编译；包括00、01、10、11四个二进制数，分别与-5.0V、-2.5V、+2.5V、5.0V四种电平对应。4.根据权利要求1所述井下仪器与地面数据互通的方法，其特征在于:所述发送电路包括双单稳电路、信号放大电路和功率驱动电路；功率驱动电路采用高增益MOS管组成对管驱动，替代现有常规电路中的达林顿管或高电压晶体三极管驱动。5.根据权利要求1所述井下仪器与地面数据互通的方法，其特征在于:所述接收电路包括信号滤波放大器、正脉冲比较器、负脉冲比较器和RS触发器；其中信号滤波放大器采用具有高速跟踪信号变化趋势的自适应电路，并进行相应放大，从而实现可靠通讯。6.一种按权利要求1-5任一权利要求所述方法构成的井下仪器与地面数据互通的电路，包括发送接收信号选择开关，其特征在于:发送接收信号选择开关的输出端经过压保护电路与电源数据总线连接；发送接收信号选择开关的一路经发送电路与微处理器连接；发送接收信号选择开关的另一路经接收电路与微处理器连接。7.根据权利要求6所述井下仪器与地面数据互通的电路，其特征在于:所述电源数据总线是为井下仪器提供电源的单芯铠装电缆。8.根据权利要求6所述井下仪器与地面数据互通的电路，其特征在于:所述发送电路包括与微处理器连接的双单稳电路，双单稳电路与信号放大电路连接，信号放大电路与功率驱动电路连接；功率驱动电路为高增益MOS管构成的对管驱动电路。9.根据权利要求6所述井下仪器与地面数据互通的电路，其特征在于:所述接收电路包括与发送接收信号选择开关连接的信号滤波放大器，信号滤波放大器分别与正脉冲比较器和负脉冲比较器连接，正脉冲比较器和负脉冲比较器分别与RS触发器连接，RS触发器与微处理器连接。
【专利摘要】<b>本发明公开了一种井下仪器与地面数据互通的方法及电路。本发明利用电源数据总线进行数字信号传输；通过发送接收信号选择开关确保发送电路和接收电路任何时候只有一路挂接在电源数据总线上，以避免系统电路中阻容元件对信号造成较大衰减；同时采用两位二进制编码替代现有的曼切斯特编码以提高通讯效率。本发明由于采用了两位二进制编码的技术方案，可以将载波电平幅值降低至现有电平幅值的1/2～1/4。本发明可确保电平在10000M的长度范围内衰减幅值小于载波初始值的20%。并在一定带宽范围内可以连续发送数据而不需要额外恢复时间，实现了128bit以上的连续不间断编码数据长距离可靠传送。达到了理想的效果。</b>
【IPC分类】E21B47/12
【公开号】CN105443116
【申请号】CN201510730078
【发明人】曾勇, 朱亮, 胡世宇, 贾昌磊, 龙先明
【申请人】贵州航天凯山石油仪器有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月2日