[发明专利]一种用于井下设备的电磁感应能量与信号传输方法

说明书

本发明公开了一种用于井下设备的电磁感应能量与信号传输方法，包括以下步骤：S1、利用电磁感应耦合的原理，得到电磁耦合无线能量传输方式的等效电路；S2、对上述电路内的次级线圈进行并联电容拓扑补偿，得到能够达到传输效率要求的并联谐振电路；S3、建立与外电路连接的铁芯模型；S4、依据设计要求，确定绕制在铁芯上的耦合线圈的参数，S5、形成井上设备与井下设备之间的信号传输。本发明选取感应耦合的方式进行无线供电，使得井下仪器与电缆脱离接触，进而使得井下仪器能够更好的得到维护；极大地降低了作业费用和系统风险；同时避免了有线供电在获取能量的过程中带来的产生电火花、导线裸露等问题，降低了系统风险，且有效减轻作业成本。

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种用于井下设备的电磁感应能量与信号传输方法。

背景技术

井下环境差，高温高压等问题给井下作业带来了极大的困难。电缆供电永置式仪器在安装和使用的过程中，一旦损坏，便需返工，以此带来的风险和损失是巨大的。将井下仪器与电缆脱离接触，仪器一旦损坏后，只需把仪器取出即可，避免了整个系统返工。该技术应用于井下压力、温度、密度、流量等参数测量以及井下开关控制等领域，均有良好的实际应用价值。

有线供电在获取能量的过程中带来的问题可能有产生电火花、导线裸露等。无线供电技术又称为非接触电能传输技术，它的一大优点即摆脱了传统导线的束缚，使得供电与用电之间更加的安全。无线供电基于电磁感应耦合的原理，将传统的变压器初级线圈和次级线圈分开，初级和次级线圈之间不存在任何的电气连接，通过电磁感应耦合完成给负载供电。与此同时也带来另外一个问题，即传输效率的问题，由于初级和次级线圈之间存在气隙，相比于传统变压器，效率下降明显，此时需要对初次级线圈进行拓扑补偿来提高传输效率。拓扑补偿采用初次级并联电容的方法。在保证一定的传输效率下，通过系统的传输效率公式，在给定供电电压、频率等已知量的条件下反推出线圈的匝数，以此对线圈进行一定的优化设计。

发明内容

本发明提供一种用于井下设备的电磁感应能量与信号传输方法，有效地解决了传统供电在获取能量时产生的一些不安全因素以及减轻井下作业的成本问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用于井下设备的电磁感应能量与信号传输方法，包括以下步骤：

S1、利用电磁感应耦合的原理，得到电磁耦合无线能量传输方式的等效电路；

S2、对上述电路内的次级线圈进行并联电容拓扑补偿，得到能够达到传输效率要求的并联谐振电路；

S3、建立与外电路连接的铁芯模型；

S4、在保证传输效率基础上，确定绕制在铁芯上的耦合线圈的参数；

S5、形成井上设备与井下设备之间的信号耦合电路。

作为上述方案的优选，所述铁芯包括定子铁芯和转子铁芯，定子铁芯与转子铁芯同轴设置，定子铁芯上绕制有初级线圈，转子铁芯上绕制有次级线圈，初级线圈与次级线圈之间设有间隙。

作为上述方案的优选，所述定子铁芯为两端开口的圆筒状结构，定子铁芯与井筒径向垂直设置，所述转子铁芯设于定子铁芯内部，转子铁芯两侧的定子铁芯内壁上对称绕制有匝数相同的初级线圈。

作为上述方案的优选，所述定子铁芯与转子铁芯上下对称设于井筒内，且铁芯方向与井筒径向平行，定子铁芯和转子铁芯外套设有铁芯外套。

作为上述方案的优选，步骤S4中线圈参数包括初级线圈和次级线圈各自的线圈总匝数、线圈在铁芯上绕制时每层绕制的线圈匝数以及线圈的绕制层数。

作为上述方案的优选，步骤S4中线圈参数的计算包括：

S41、根据电压和功率，计算得出电流；