[发明专利]一种旋转导向钻井设备通讯系统的地面实验装置及其使用方法

权利要求书

1.一种旋转导向钻井设备通讯系统的地面实验装置，其特征在于，所述的地面实验装置包括温度传感器(1)、三轴加速度传感器(2)、主控板(3)、压力传感器A(4)、压力传感器B(5)、压力采集解码开发板A(6)、压力采集解码开发板B(7)、正压力脉冲发生器(8)、负压力脉冲发生器(9)、钻井液循环泵机A(10)、地面上位机(11)、电源模块(12)、LED液晶显示屏(13)、管路(19)、钻井液循环泵机B(18)；

所述的主控板(3)与温度传感器(1)、三轴加速度传感器(2)、压力采集解码开发板A(6)、低平触发继电器模块A(14)、LED液晶显示屏(13)均通过导线连接；温度传感器(1)、三轴加速度传感器(2)将采集到的温度、加速度的传感模拟信号传输至主控板(3)，主控板(3)对传感模拟信号进行编码处理，LED液晶显示屏(13)显示编码处理后的信号值，并与地面上位机(11)接收到的信号进行验证；同时编码处理后的“高”“低”电平信号传输给低平触发继电器模块A(14)，控制低平触发继电器模块A(14)的“开”和“闭”；

所述的正压力脉冲发生器(8)包括低平触发继电器模块A(14)模块、常闭型电磁阀A(15)及其连接电路；低平触发继电器模块A(14)的输入端与主控板(3)连接，输出端与常闭型电磁阀A(15)的正、负极连接；常闭型电磁阀A(15)的输入端与钻井液循环泵机A(10)通过管路(19)连接，输出端与常闭型电磁阀A(15)的出水端通过管路连接；通过控制低平触发继电器模块A(14)的“开”和“闭”控制常闭型电磁阀A(15)的“通”和“断”，钻井液循环泵机A(10)保持工作状态，产生相应的正压力脉冲，实现测量参数信号向正压力脉冲信号的一一对应转换；

所述的压力传感器A(4)的压力感应部分与常闭型电磁阀A(15)输出端连接管路的管壁相贴，压力传感器A(4)的正、负极与压力采集解码开发板A(6)通过导线连接，压力传感器A(4)检测到的压力脉冲对管壁产生的压力传输至压力采集解码开发板A(6)，进行下传信号的解码，并将解码后的信号通过导线传输给主控板(3)；

所述的负压力脉冲发生器(9)包括低平触发继电器模块B(16)、常闭型电磁阀B(17)及其连接电路；低平触发继电器模块B(16)的输入端与压力采集解码开发板B(7)连接，输出端与常闭型电磁阀B(17)的电源正、负极连接；常闭型电磁阀B(17)的输入端与钻井液循环泵机B(18)通过管路(19)连接，输出端与常闭型电磁阀B(17)的输出端通过管路连接；压力采集解码开发板B(7)的USB串口与地面上位机的USB串口连接，将地面上位机(11)的下传命令传输给压力采集解码开发板B(7)进行编码处理，并输出“高”“低”电平信号控制低平触发继电器模块B(16)的“开”和“闭”，进而控制常闭型电磁阀B(17)的“通”和“断”；钻井液循环泵机B(18)保持工作状态，产生相应的负压力脉冲，实现测量参数信号向负压力脉冲信号的一一对应转换；

所述的压力传感器B(5)的压力感应部分与常闭型电磁阀B(17)出水端连接管路的管壁贴合，压力传感器B(5)的正、负极与压力采集解码开发板B(7)通过导线连接，压力传感器B(5)检测到的压力脉冲对管壁产生的压力传输至压力采集解码开发板B(7)，进行上传信号的解码，并将解码后的信号通过USB串口传输给地面上位机(11)；

所述的电源模块(12)用于为整个装置提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种旋转导向钻井设备通讯系统的地面实验装置，其特征在于，所述的低平触发继电器模块A(14)和常闭型电磁阀A(15)之间，及低平触发继电器模块B(16)和常闭型电磁阀B(17)之间的连接电路中串联一个磁珠，用于去除工作的过程中的信号干扰。

3.上述权利要求1或2所述的旋转导向钻井设备通讯系统的地面实验装置的使用方法，其特征在于以下步骤：

第一步，温度传感器(1)与三轴加速度传感器(2)采集温度、加速度的传感模拟信号，传感模拟信号传输至主控板(3)进行处理，得到温度十进制值及方位角、井斜角、相对工作面角的角度值，将温度十进制值和角度值传输至LED液晶显示屏(13)进行显示，同时将温度十进制值和角度值转化为二进制形式，以高低电平信号通过主控板输出给低平触发继电器模块A(14)，控制低平触发继电器模块A(14)的“开”和“闭”，其中高电平信号对应“开”、低电平信号对应“闭”；

主控板3在输出至低平触发继电器模块A(14)的每一个测量参数的二进制形式之前先输出其对应的命令帧头，即每一段完整的测量参数信号都以“命令帧头+信号有效值”的形式向上传输，将完整测量参数信号的二进制形式以高、低电平信号输出，其中“1”对应高电平，“0”对应低电平，各测量参数编码规则如表1；

表1 各测量参数编码规则

第二步，钻井液循环泵机A(10)保持工作，钻井液循环泵机B(18)停止工作；低平触发继电器模块A(14)接收主控板(3)传输的高低电平信号，通过输出端控制常闭型电磁阀A(15)，低平触发继电器模块A(14)的“开”和“闭”控制常闭型电磁阀A(15)的“通”和“断”，其中“开”对应“通”、“闭”对应“断”；通过该过程将主控板(3)传输的高低电平信号转换为正压力脉冲信号在管路(19)中进行传输，实现将测量参数信号转换为正压力脉冲信号进行信号无线传输的过程；

第三步，通过压力传感器B(5)采集正压力脉冲信号在传输过程中对管壁产生的压力模拟数值，并将其传输给压力采集解码开发板B(7)进行解码，并将解码后的信号通过USB串口传输给地面上位机(11)；

第四步，地面上位机(11)对采集的信号进行处理后，将控制指令通过USB串口传输给压力采集解码开发板B(7)；

第五步，压力采集解码开发板B(7)将接收到的控制指令进行编码，将此控制指令转化为二进制形式，以高低电平的形式输出给低平触发继电器模块B(16)，控制低平触发继电器模块B(16)的“开”和“闭”，其中高电平信号对应“开”、低电平信号对应“闭”；

第六步，钻井液循环泵机B(18)保持工作，钻井液循环泵机A(10)停止工作；低平触发继电器模块B(16)的“开”和“闭”控制常闭型电磁阀B(17)的“通”和“断”，其中“开”对应“通”、“闭”对应“断”；通过该个过程将压力采集解码开发板B(7)传输的信号转换为负压力脉冲信号在管路(19)中进行传输；

第七步，通过压力传感器A(4)采集负压力脉冲信号在传输过程对管壁产生的压力模拟数值，并将其传输给压力采集解码开发板A(6)进行解码处理，解码后的信号通过压力采集解码开发板A(6)传输给主控板(3)；

第八步，主控板(3)接收到控制指令后传输至LED液晶显示屏(13)进行显示。