[发明专利]一种双谐振型近钻头信号短传系统

权利要求书

1.一种双谐振型近钻头信号短传系统，其特征在于，包括：钻头、螺杆总成、第一谐振耦合短节、第二谐振耦合短节以及自适应调频单元；

所述第一谐振耦合短节的一端与所述螺杆总成的一端连接；

所述第一谐振耦合短节的另一端与所述钻头连接；所述第一谐振耦合短节包括第一轴向磁场谐振耦合线圈；

所述第二谐振耦合短节的一端与所述螺杆总成的另一端连接；所述第二谐振耦合短节包括第二轴向磁场谐振耦合线圈；

所述自适应调频单元用于通过调节所述第一轴向磁场谐振耦合线圈和第二轴向磁场谐振耦合线圈的工作频率，以将采集到的钻头处的信息从第一轴向磁场谐振耦合线圈，穿过所述螺杆总成，通过磁场谐振耦合至所述第二轴向磁场谐振耦合线圈，实现跨过螺杆总成的非接触式短传；

所述短传系统借助轴向耦合线圈，采用KHZ级别中频磁场耦合；携带钻头信息的磁场经过第一轴向磁场谐振耦合线圈、螺杆总成、第二轴向磁场谐振耦合线圈完成信号传输，传输过程不受地层情况影响；所述短传系统采用可调谐振驱动，以增强线圈磁场信号，可适应井下多种工况；

所述自适应调频单元包括：第一驱动模块、第一信号调制模块、第一谐振补偿模块以及第二谐振补偿模块；所述第一驱动模块、第一信号调制模块、第一谐振补偿模块以及第二谐振补偿模块位于所述第一谐振耦合短节内部；

所述第一信号调制模块，对采集的钻头处的信息进行依次滤波、放大以及调制；将调制后的信号通过第一驱动模块产生对应的正弦信号，并经过第一谐振补偿模块传输至第一轴向磁场谐振耦合线圈；第一轴向磁场谐振耦合线圈发出磁场信号穿过所述螺杆总成，非接触式传输至所述第二谐振耦合短节。

2.根据权利要求1所述的双谐振型近钻头信号短传系统，其特征在于，所述自适应调频单元还包括：第二信号解调模块、第三谐振补偿模块以及第四谐振补偿模块；第二信号解调模块、第三谐振补偿模块以及第四谐振补偿模块位于所述第二谐振耦合短节内部；

所述第二轴向磁场谐振耦合线圈感应到穿过螺杆总成的共振频率下的磁场信号；第二轴向磁场谐振耦合线圈与第三谐振补偿模块和第四谐振补偿模块构成谐振回路，其共振频率与第一轴向磁场谐振耦合线圈的共振频率相同，以增强磁场间的耦合强度；第二信号解调模块从第二轴向磁场谐振耦合线圈感应到的磁场信号中解析出钻头处的信息。

3.根据权利要求2所述的双谐振型近钻头信号短传系统，其特征在于，所述第一谐振补偿模块、第二谐振补偿模块、第三谐振补偿模块以及第四谐振补偿模块组成谐振匹配电路；

所述第一谐振耦合短节发射信号时，谐振匹配电路使第一轴向磁场谐振耦合线圈工作在谐振信号发射状态；第二谐振耦合短节接收信号时，谐振匹配电路使第二轴向磁场谐振耦合线圈工作在谐振信号接收状态；

所述第二谐振耦合短节发射信号时，谐振匹配电路使第二轴向磁场谐振耦合线圈工作在谐振信号发射状态；第一谐振耦合短节接收信号时，谐振匹配电路使第一轴向磁场谐振耦合线圈工作在谐振信号接收状态；通过双谐振，增强感应磁场强度，提高传输效率；

工作时第一谐振耦合短节和第二谐振耦合短节均通过所述谐振匹配电路驱动和接收信号，分时复用且能双向通信。

4.根据权利要求1至3任一项所述的双谐振型近钻头信号短传系统，其特征在于，所述螺杆总成的长度为10m-35m。

5.根据权利要求1或2所述的双谐振型近钻头信号短传系统，其特征在于，所述自适应调频单元，通过分时复用方式预发一段复合波形，找到最佳频率匹配，以根据井下工况完成工作频率自适应调整。

6.根据权利要求3所述的双谐振型近钻头信号短传系统，其特征在于，所述第一轴向磁场谐振耦合线圈和第二轴向磁场谐振耦合线圈在所述谐振匹配电路的配合下，通交流电激发轴向变化的磁力线，磁力线跨过可旋转的螺杆总成实现第一谐振耦合短节和第二谐振耦合短节之间的无线传输。