[实用新型]超低频功率发射装置

说明书

本实用新型涉及一种在油气井测量中用于石油井下无线数据传输的超低频功率发射装置。

在油气井测量中，需要将井下的压力、温度等信号通过数据传输的方式发送到地面，常用的方法有：泥浆脉冲传输法、电磁遥测法、声波传输法、电缆传输法(包括直接电缆、间接电缆)。低频电磁波法是通过石油管柱和地层加载超低频电磁波信号实现无线遥测，电磁波法可以不受钻井液的影响，可在气体、泡沫、雾化、空气、充气等钻井液中使用，是一种油气测量的先进技术方法，低频电磁波传输技术中，低频电磁波的功率发射单元设计是其中的技术关键之一，本专利发明提供了一种实现电磁波高效发射的新方法。

低频电磁波法由于受到地层电阻率等环境条件的影响，电磁波频率一般选择在0.5～20Hz之间的超低频，图4是一种常见的用变压器阻抗变换，驱动天线发送电磁波的方式，石油管柱被绝缘段分隔成上下两部分，形成非对称的偶极子天线，功率驱动器产生的信号通过功率变压器加载到天线上，但由于接近直流的载波频率，使得变压器功率传递效率急剧下跌，同时要求变压器铁芯体积要做的很大，在井下载体工具有限的空间内，用常规的技术很难得到很好的解决，一般采用和电系统非隔离的直接驱动模式，或者寻求非晶体类铁芯变压器，在尽可能的在低频条件下提高变压器的变换效率，因此在以地层为负载的石油井下传输低频电磁波，如何提高功率变换效率，实现在电池供电的环境条件下，发射系统的高效运用，一直是技术上有待解决的问题。

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于石油井下无线数据传输的超低频功率发射装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：超低频功率发射装置，用于石油井下无线数据传输，包括2DPSK调制单元、高频载波发生器、同步脉冲单元、模拟乘法器、功率放大器、功率变压器和功率变频单元；2DPSK调制单元、高频载波发生器分别与模拟乘法器连接，模拟乘法器依次与功率放大器、功率变压器与功率变频单元连接，其特征在于：功率变频单元包括采样保持器、隔离驱动器和天线负载；功率放大器与功率变压器的初级线圈连接，功率变压器的次级线圈一端与正向采样保持器输入端连接，功率变压器的次级线圈另一端与负向采样保持器输入端连接，次级线圈的中心抽头接次级隔离地；隔离驱动器分别与正向采样保持器的驱动输入端和负向采样保持器的驱动输入端连接；正向采样保持器的输出端与天线负载的一端连接，负向采样保持器的输出端与天线负载的另一端连接；在正向采样保持器输出端与次级隔离地之间跨接正向保持电容，在负向采样保持器输出端与次级隔离地之间跨接负向保持电容。

高频载波发生器产生的高频载波经过模拟乘法器调制，产生AM调幅波，通过功率变压器，经过解调，在发射端获得其高频载波的低频包络。

功率变压器有输入端和输出端，输入端和输出端之间通过磁芯进行能量交换。

采样保持器有一个高频载波输入端，一个低频包络输出端，高频载波的频率在10KHz～100MHz之间，低频包络的频率在0.1Hz～10KHz之间。

隔离驱动器为输入输出电气隔离，隔离方式包括光电隔离或变压器隔离或霍尔隔离或光纤隔离。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的有益效果是：

利用频率变换技术，用小体积的功率变压器高效的传递调幅高频信号，在变压器的次级通过同步差分采样保持电路变换成低频信号，加载到管柱偶极子天线上，用这种变频的方法既可以保持传统变压器驱动高效率的优势，又缩小变压器铁心的体积，使在地层下低频条件下用功率变压器驱动成为可能，由于采用了同步采样保持电路，因此采用这种驱动方式，发射器对地层电阻率负载的变化适应范围大，如果附加闭环功率自适应电路，就能构成一套完整的功率驱动系统。

本技术方案的关键在于变压器次级后的功率变频部分，方案和普通的发射机相比，多了窄脉冲形成电路和变频电路，窄脉冲形成电路用于产生0.5us左右的同步窄脉冲，用于同步解调高频载波，实现变频输出。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型超低频功率发射装置实施例的结构框图。

图2是本实用新型超低频功率发射装置实施例的变频单元结构框图。

图3是本实用新型超低频功率发射装置实施例的变频单元电路图。

图4是常规的用变压器阻抗变换的低频电磁波发射装置示意图。

图1显示了一套带功率变频的超低频功率发射装置框图，由2DPSK调制单元、高频载波发生器、同步脉冲单元、模拟乘法器、功率放大器、功率变压器和功率变频单元组成。