CN107508658B - 用于测井数据传输的系统及其帧结构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明为用于测井数据传输的系统及其帧结构设计方法，其系统包括依次连接的探测传感器、编码模块、脉冲发生器、泥浆管道、压力传感器及解码模块；编码模块将探测传感器所测量的原始数据进行分组和编码，并产生调制波形驱动脉冲发生器；脉冲发生器在泥浆管道中产生变化的压力波形；压力传感器安装在泥浆管道的地面段，采集经泥浆管道传输的压力波形并输入到解码模块。本发明利用多参数序列和CRC校验的帧结构，能够明显改善信号质量，便于后续的解码处理。

Description

用于测井数据传输的系统及其帧结构设计方法

技术领域

本发明涉及测井数据传输技术，具体为用于测井数据传输的系统及其帧结构设计方法。

背景技术

目前MWD随钻测量仪器(也称探管)所采用的数据传输编码为曼彻斯特编码，表示形式为连续的脉冲信号，每一个脉冲周期表示一个二进制数0或1。其优点是非常的直观，容易理解，但是曼彻斯特编码要提高数据传输速度，途径是提高脉冲信号的频率，但是在机械和软件方面有极大的限制。首先，提高脉冲信号频率要求脉冲发生器的反应速度有较大的提高，脉冲发生器连续快速机械运动会使得寿命大大缩短。其次，高频率的脉冲信号振幅较弱，传输极易受到外界杂波的干扰，地面解码困难。因此，要想数据传输速度有实质性的提高，需要采用更加合理的编码方式。

发明内容

为了解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供用于测井数据传输的系统及其帧结构设计方法，利用多参数序列和CRC校验的帧结构，能够明显改善信号质量，便于后续的解码处理。

本发明用于测井数据传输的系统，包括依次连接的探测传感器、编码模块、脉冲发生器、泥浆管道、压力传感器及解码模块；编码模块将探测传感器所测量的原始数据进行分组和编码，并产生调制波形驱动脉冲发生器；脉冲发生器在泥浆管道中产生变化的压力波形；压力传感器安装在泥浆管道的地面段，采集经泥浆管道传输的压力波形并输入到解码模块。

优选地，所述编码模块采用脉冲位置编码方式对探测传感器所测量的原始数据进行编码。

优选地，所述编码模块根据参数定义表对所测量的原始数据进行分组，所述参数定义表的参数分为V00～V15共16行，每行定义为一个参数块，每一个参数块封装成一帧数据进行传输。

优选地，所述解码模块通过对压力传感器的压力波形进行采样、滤波，并通过帧结构信息同步，计算后得到接收数据。

本发明帧结构设计方法基于上述用于测井数据传输的系统，包括以下步骤：

1)根据参数定义表对探测传感器所测量的原始数据进行分组，参数定义表的参数分为V00～V15共16行，每行定义为一个参数块，每一个参数块都封装成一帧数据进行传输；

2)根据需要传输的参数块，定义开泵序列和循环序列，开泵序列中的参数块只在开泵后仪器上电时传输一次，循环序列中的参数块则在开泵序列之后一直循环传输，直至关泵后钻井仪器停止工作；

3)对每个参数块进行封帧处理，一帧由多个字节组成，其中第一个字节由3bit的起始标志位和5bit的CRC校验位组成；其他字节只用低4bit传输数据，高4bit为0；

4)计算CRC校验值；

5)将字节转换为脉冲时间间隔进行信号传输；

6)解码模块接收完一帧数据后，对接收到的数据进行校验，并和传输得到的校验值进行比对，如果相同，进行解包处理，否则对此包进行丢弃处理；然后根据步骤1)所述参数定义表对参数块进行解析，利用参数块的序号获得对应参数的名称。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、由于需要测量的仪器参数较多，如果把所有需要测量的参数封装成一帧，一帧数据包含的测量参数过多会导致同一类型的仪器参数的数据值更新时间过长；而如果不同时间对不同的仪器参数组合的数据值进行传输，需要在一帧中传输仪器参数的编号和对应的数据值，会添加额外的比特传输。因而本发明通过封装多个参数组成参数块，把多个参数块组成序列表，把序列表下装到井下仪器中，能够仅通过序列号来识别出对应的参数序列，从而达到减少传输比特数的目的。

2、采用开泵状态和循环状态的多序列组合，有利于根据实际情况传输测量数据，只需要一次传输的数据放在开泵序列，需要多次测量的参数数据放在循环序列中，使用更加灵活。

3、在封装成帧的过程中加入5个bit的CR校验位，降低了解压数据的错误率，从而提高了数据传输的可靠性。相比奇偶校验只能检出1bit的错误，CRC校验可以同时检出2bit的错误。

4、将校验值放在首个帧同步字节中，仅通过增加3bit的同步标志位，就能够实现帧同步的功能。

5、PPM编码提高传输效率的同时，降低了脉冲发生器的机械动作频率，提升了系统可靠性。

附图说明

图1为本发明系统结构框图；

图2为参数序列图；

图3为多序列组合图；

图4为帧格式图；

图5为调制波形图；

图6为脉冲发生器输出波形图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明数据传输的系统结构如图1所示，包括依次连接的探测传感器、编码模块、脉冲发生器、泥浆管道、压力传感器及解码模块，探测传感器用于测量原始数据；编码模块将原始数据进行分组，计算校验值，按照帧格式编码，产生调制波形，驱动脉冲发生器；脉冲发生器通过机械动作在泥浆管道中产生变化的压力波形；压力传感器安装在泥浆管道的地面段，采集经泥浆管道传输的压力波形并输入到解码模块；解码模块通过对压力传感器的压力波形进行采样、滤波，并通过帧结构信息同步，计算后得到接收数据。

本发明采用脉冲位置编码(PPM编码)方式，将所测量的数据信息调制于脉冲信号之间的间隔时间内，一组脉冲信号传输至地面，其每两个脉冲信号之间的时间间隔代表了所测量参数的数值，因此，通过下一个脉冲与前一个脉冲的间隔时间，可表示多位二进制数。

本实施例利用多参数组合和CRC校验对测井数据高效、可靠传输进行帧结构设计，其设计过程包括以下步骤：

1)根据参数定义表对多种测量参数进行组合，如图2所示，参数定义表的参数分为V00～V15共16行，每行定义为一个参数块，每一个参数块都封装成一帧数据进行传输，每个参数块最多不超过5个参数。

2)根据测井的实际需要，有些参数只需要传输一次或少数几次，而有些参数在测井的过程中需要连续测量传输。根据需要传输的参数块，定义开泵序列和循环序列，如图3所示，开泵状态和循环状态都可以有多个参数块。开泵序列中的参数块只在开泵后仪器上电时传输一次，循环序列中的参数块则会在开泵序列之后一直循环传输，直至关泵后钻井仪器停止工作。

3)对每个参数块进行封帧处理，如图4所示，一帧由多个字节组成，其中第一个字节由3bit的起始标志位(固定为001)和5bit的CRC校验位组成，其他字节只用低4bit传输数据，高4bit为0，因此第一个字节可以同其他字节区分开，用以标志一帧的开始。为了区分不同的参数块，用第二个字节表示参数块序号。其他字节的数据按照图4中的表格排列，表格中PAD2～PAD0是起始标志位，PARITY4～PARITY0是CRC校验位，ID3～ID0是参数序列号，而A7～A0用于存储某个8bits参数的数据值。所传输数据的长度可以为4bit、8bit、12bit三种格式。

4)计算循环冗余校验(CRC校验)值。为了提高传输数据的可靠性，使用CRC校验值计算方法，CRC校验值初始值全为0，然后依次和一帧内的所有其他字节进行异或运算后，向左移一位，将第5个bit位和第0个bit位进行互换，最终得出5bit的校验值存放在第一字节的低5位，其他字节的值都占低4个bit，都小于等于15，因而用校验位作为帧间同步标志减少了帧同步比特的消耗。

5)将字节转换为脉冲时间间隔进行信号传输。在将参数块封帧后，根据脉冲宽度(PW)、最小间隔时间(MT)、数据位宽(BW)三个参数调制波形。调制波形的公式如下：

时间间隔＝最小间隔时间+数据*位宽(公式1)

调制波形如图5所示，脉冲宽度是指一个脉冲信号的高电平持续时间，单位为毫秒；时间间隔是指前次脉冲结束至下一个脉冲到来之前的时间段，也就是数据区域为0时的情况，单位为毫秒；位宽是指每1bit的时间间隔值，单位为毫秒。

假设需要传输参数块为V00，这个序列只有1个参数，其数据值为50。根据帧结构的定义，封帧处理为4个字节，第2字节根据其ID值为0000。数据值50的二进制表示为00110010；根据图3，第3个字节的值为数据值二进制数中的bit7、bit5、bit3、bit1，也就是0101；第4个字节的值为二进制数中的bit6、bit4、bit2、bit0，也就是0100。第1个字节包含3bit的起始标志位(固定为001)，和5个bit的CRC校验值。根据步骤4)方式进行求取得出校验值为11100，因此字节1对应值为00111100(十进制60)。参数块V00封帧后产生一个含有4个字节的数据包(60，0，5，4)。设脉冲宽度PW＝200ms，最小时间MT＝1200ms，位宽BW＝60ms，则脉冲发生器输出的脉冲波形如图6所示。

6)解码模块接收完一帧数据后，使用同样的校验计算方法对接收到的数据进行校验，并和传输得到的校验值进行比对，如果相同，进行解包处理，否则对此包进行丢弃处理。然后，根据图2的参数定义表对参数块进行解析，利用参数块的序号可以获得对应参数的名称。

综上所述，在采用以上方案后，本发明方法能够有效提升测井数据传输的传输效率和可靠性，值得推广。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.用于测井数据传输的系统，其特征在于，包括依次连接的探测传感器、编码模块、脉冲发生器、泥浆管道、压力传感器及解码模块；编码模块将探测传感器所测量的原始数据进行分组和编码，并产生调制波形驱动脉冲发生器；脉冲发生器在泥浆管道中产生变化的压力波形；压力传感器安装在泥浆管道的地面段，采集经泥浆管道传输的压力波形并输入到解码模块；

所述编码模块采用脉冲位置编码方式对探测传感器所测量的原始数据进行编码；

所述编码模块根据参数定义表对所测量的原始数据进行分组，所述参数定义表的参数分为V00～V15共16行，每行定义为一个参数块，每一个参数块封装成一帧数据进行传输；

对每个参数块进行封帧处理，一帧由多个字节组成。

2.根据权利要求1所述的用于测井数据传输的系统，其特征在于，所述每一个参数块最多不超过5个参数。

3.根据权利要求1所述的用于测井数据传输的系统，其特征在于，所述解码模块通过对压力传感器的压力波形进行采样、滤波，并通过帧结构信息同步，计算后得到接收数据。

4.基于权利要求3所述用于测井数据传输的系统的帧结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据参数定义表对探测传感器所测量的原始数据进行分组，参数定义表的参数分为V00～V15共16行，每行定义为一个参数块，每一个参数块都封装成一帧数据进行传输；

2)根据需要传输的参数块，定义开泵序列和循环序列，开泵序列中的参数块只在开泵后仪器上电时传输一次，循环序列中的参数块则在开泵序列之后一直循环传输，直至关泵后钻井仪器停止工作；

3)对每个参数块进行封帧处理，一帧由多个字节组成，其中第一个字节由3bit的起始标志位和5bit的CRC校验位组成；其他字节只用低4bit传输数据，高4bit为0；

4)计算CRC校验值；

5)将字节转换为脉冲时间间隔进行信号传输；

6)解码模块接收完一帧数据后，对接收到的数据进行校验，并和传输得到的校验值进行比对，如果相同，进行解包处理，否则对此包进行丢弃处理；然后根据步骤1)所述参数定义表对参数块进行解析，利用参数块的序号获得对应参数的名称。

5.根据权利要求4所述的帧结构设计方法，其特征在于，步骤1)所述每一个参数块最多不超过5个参数。

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