CN114483014A - 井下压力波信号的调制系统及方法 - Google Patents

井下压力波信号的调制系统及方法 Download PDF

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CN114483014A CN202111674344.7A CN202111674344A CN114483014A CN 114483014 A CN114483014 A CN 114483014A CN 202111674344 A CN202111674344 A CN 202111674344A CN 114483014 A CN114483014 A CN 114483014A
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魏志刚
王磊
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Abstract

本发明公开一种井下压力波信号的调制系统及方法，该系统包括：通讯接口，用于接收调制控制指令和随钻测量数据，调制控制指令指示调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式；处理器，用于对随钻测量数据进行编码，根据调制控制指令触发信号调制电路；从上电机转子角位移传感器和下电机转子角位移传感器，获取上电机转子角位移数据和下电机转子角位移数据后发送到电机主控电路，使电机主控电路控制上电机转子转动和下电机转子转动；信号调制电路，用于在被处理器触发后，根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号后发送到电机主控电路驱动上电机和下电机运行，提高随钻测量数据传输速率。

Description

井下压力波信号的调制系统及方法
技术领域
本发明涉及油气钻探技术领域，尤其涉及一种井下压力波信号的调制系统及方法。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
在现有的井下随钻测量数据传输系统中，泥浆连续波传输装备凭借着可靠性高、传输速率较快的优点而被广泛应用。但是现有传输速率和技术无法满足井下随钻测量信息种类多、数据量大和实时性的更高要求。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供一种井下压力波信号的调制系统，用以通过双电机双转子的结构，采用不同压力波信号调制模式传输随钻测量数据，提高随钻测量数据的传输速率，增强随钻测量数据在传输过程的灵活性和可靠性，应用于泥浆连续波脉冲器装置，所述泥浆连续波脉冲器装置包括包括：上电机、下电机、分别与上电机和下电机连接的电机主控电路；其中上电机中设有上电机转子、与上电机转子连接的上电机转子角位移传感器；下电机中设有下电机转子、与下电机转子连接的下电机转子角位移传感器；所述井下压力波信号的调制系统包括：
通讯接口，用于接收调制控制指令和随钻测量数据，所述调制控制指令指示压力波信号调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式；
处理器，用于对随钻测量数据进行编码，根据调制控制指令触发信号调制电路；从上电机转子角位移传感器获取上电机转子角位移数据，从下电机转子角位移传感器获取下电机转子角位移数据；将上电机转子角位移数据和下电机转子角位移数据发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机转子角位移数据控制上电机转子转动，根据下电机转子角位移数据控制下电机转子转动；
信号调制电路，用于在被处理器触发后，根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号；将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机压力波信号驱动上电机运行，根据下电机压力波信号驱动下电机运行。
本发明实施例还提供一种井下压力波信号的调制方法，应用于泥浆连续波脉冲器装置，所述泥浆连续波脉冲器装置包括：上电机、下电机、分别与上电机和下电机连接的电机主控电路；其中上电机中设有上电机转子、与上电机转子连接的上电机转子角位移传感器；下电机中设有下电机转子、与下电机转子连接的下电机转子角位移传感器；所述井下压力波信号的调制方法包括：
接收调制控制指令和随钻测量数据，所述调制控制指令指示压力波信号调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式；
对随钻测量数据进行编码，根据调制控制指令触发信号调制电路；从上电机转子角位移传感器获取上电机转子角位移数据，从下电机转子角位移传感器获取下电机转子角位移数据；将上电机转子角位移数据和下电机转子角位移数据发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机转子角位移数据控制上电机转子转动，根据下电机转子角位移数据控制下电机转子转动；
根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号；将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机压力波信号驱动上电机运行，根据下电机压力波信号驱动下电机运行。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述井下压力波信号的调制方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述井下压力波信号的调制方法。
本发明实施例中的井下压力波信号的调制系统通过双电机双转子的结构，采用不同压力波信号调制模式传输随钻测量数据，包括：通讯接口，用于接收调制控制指令和随钻测量数据，所述调制控制指令指示压力波信号调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式；处理器，用于对随钻测量数据进行编码，根据调制控制指令触发信号调制电路；从上电机转子角位移传感器获取上电机转子角位移数据，从下电机转子角位移传感器获取下电机转子角位移数据；将上电机转子角位移数据和下电机转子角位移数据发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机转子角位移数据控制上电机转子转动，根据下电机转子角位移数据控制下电机转子转动；信号调制电路，用于在被处理器触发后，根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号；将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机压力波信号驱动上电机运行，根据下电机压力波信号驱动下电机运行，可以提高随钻测量数据的传输速率，增强随钻测量数据在传输过程的灵活性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中泥浆连续波脉冲器装置；
图2为本发明实施例中井下压力波信号的调制系统的结构示意图；
图3A、图3B、图3C为本发明实施例中转阀上转子、转阀下转子、转阀定子的结构示意图；
图4为本发明实施例中信号调制电路采用QPSK调制模式产生压力波信号的具体实例示意图；
图5为本发明实施例中信号调制电路采用QPSK调制模式产生的压力波信号波形图；
图6为本发明实施例中信号调制电路采用基带频带调制模式产生压力波信号的具体实例示意图；
图7为本发明实施例中信号调制电路采用基带频带调制模式产生的压力波信号波形图；
图8为为本发明实施例中井下压力波信号的调制系统的一工作原理示意图；
图9为本发明实施例中井下压力波信号的调制方法的处理流程图；
图10为本发明一实施例的计算机设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
油气钻探需要测量井下信息，并将测量信息传输到地面，以便监测井下钻具、井筒和地层情况。通常情况下钻井作业需要把几百根长度不到10米的钻杆接起来，并在最下端连接钻铤、测量工具、动力钻具和钻头等。通过施加适当钻压，并旋转钻柱或循环泥浆驱动井底动力钻具旋转带动钻头破碎岩石。在钻进过程中，通过泥浆泵向钻柱水眼泵入泥浆，泥浆从钻头流出，沿钻柱与井壁之间的环形空间返回地面建立泥浆循环。循环泥浆的作用是：一方面将破碎的岩石碎屑带出地面，另一方面保护井壁、平衡地层压力和冷却润滑钻头。通过不断钻进，打开埋藏深度深达数千米甚至上万米的油气储层，然后才可以将油气开采出来。由于井下钻具承受拉、压、弯扭和振动等各种作用力，以及井下高温、高压环境和异常地层压力情况，必须对这些参数进行监测，才能保证安全作业和高效钻进。同时，还需要及时了解地层地质信息，以便工程师进行工程和地质决策，采取适当措施高效打开储层，为后续的高效开采创造条件。传输井下信息到地面有多种手段，比如电缆、智能钻杆、声波、电磁波、泥浆压力波等，电缆传输信息速度快且质量高，但正如前面所述，由于多达几百根的钻杆需要连接，用单根电缆传输，在接单根时需要不断起下电缆，十分不便且低效，随着无线传输技术的发展，目前电缆传输除用于连续管作业和电缆测井作业外，常规钻井作业中已基本已淘汰。智能钻杆通过特殊钻杆，在钻杆内敷设电缆并在接头处通过线圈耦合或触点连接建立通讯链路，可以实现较高传输速率，但是需要特制钻杆，成本较高，目前应用并不普及。电磁波传输受限于地层内传输衰减，传输深度受到很大限制。因此，依靠泥浆压力波传输井下信息仍占主流地位，但常规正脉冲基带信号传输速率较低，通常不高于3bps，连续波传输速率相对高些，但通常也只有5～20bps，无法满足如今井下随钻测量信息种类多、数据量大和实时性的更高要求。
发明人发现，虽然依靠泥浆压力波传输井下信息一直被广泛应用，但现有的泥浆连续波脉冲器装置无法满足井下随钻测量信息种类多、数据量大和信息实时性的要求。因此，本发明提供一种井下压力波信号的调制系统，用以解决目前泥浆压力波传输井下信息速率慢和传输过程局限的问题。
图1为本发明实施例中泥浆连续波脉冲器装置，其中，泥浆连续波脉冲器装置包括：上电机101、下电机102、分别与上电机101和下电机102连接的电机主控电路103；其中上电机101中设有上电机转子104、与上电机转子104连接的上电机转子角位移传感器105；下电机102中设有下电机转子106、与下电机转子106连接的下电机转子角位移传感器107。
在一个实施例中，所述泥浆连续波脉冲器装置，还可以包括：转阀上转子、转阀下转子、转阀定子，其中，转阀上转子与上电机转子为刚性连接，上电机转子带动转阀上转子转动；转阀下转子与下电机转子为刚性连接，下电机转子带动转阀下转子转动；转阀定子位于转阀上转子与转阀下转子之间，用于配合转阀上转子和转阀下转子的转动产生压力波。
如图1所示，在泥浆连续波脉冲器装置还可以包括：转阀上转子108、转阀下转子109、转阀定子110。图3A为本发明实施例中转阀上转子的结构示意图；图3B为本发明实施例中转阀下转子的结构示意图；图3C为本发明实施例中转阀定子的结构示意图。转阀上转子108、转阀下转子109、转阀定子110之间可以留有约1～5mm的间隙，均留有形状相同的开槽，但开槽形状不仅限于图3A、图3B、图3C所示。
转阀上转子108的运动范围为转阀定子110的上半部分，转阀下转子109的运动范围为转阀定子110下半部分，因此转阀上转子108和转阀下转子109工作时，不会对彼此的运动和所产生波形产生干扰。具体实施时，在转阀上转子108和转阀下转子109运动过程中，和转阀定子110的开槽重叠面积不断发生变化，导致钻井液的压力发生变化。产生的压力变化即为压力波，用于传输井下随钻测量数据。
图2为本发明实施例中井下压力波信号的调制系统的结构示意图。应用于图1所示的泥浆连续波脉冲器装置，如图2所示，本发明实施例中井下压力波信号的调制系统可以包括：
通讯接口201，用于接收调制控制指令和随钻测量数据，所述调制控制指令指示压力波信号调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式；
处理器202，用于对随钻测量数据进行编码，根据调制控制指令触发信号调制电路；从上电机转子角位移传感器获取上电机转子角位移数据，从下电机转子角位移传感器获取下电机转子角位移数据；将上电机转子角位移数据和下电机转子角位移数据发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机转子角位移数据控制上电机转子转动，根据下电机转子角位移数据控制下电机转子转动；
信号调制电路203，用于在被处理器触发后，根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号；将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机压力波信号驱动上电机运行，根据下电机压力波信号驱动下电机运行。
具体实施时，首先可以由通讯接口接收调制控制指令和随钻测量数据，其中，调制控制指令指示压力波信号调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式，然后可以由处理器对随钻测量数据进行编码，根据调制控制指令触发信号调制电路。
在一个实施例中，处理器还用于在根据调制控制指令触发信号调制电路之前：在压力波信号调制模式为QPSK调制模式时，根据预定规则将编码后的随钻测量数据处理成：用于产生上电机压力波信号的随钻测量数据，和用于产生下电机压力波信号的随钻测量数据，提供给信号调制电路；在压力波信号调制模式为基带频带调制模式时，根据随钻测量数据的变化速率将编码后的随钻测量数据处理成：用于产生上电机压力波信号的随钻测量数据，和用于产生下电机压力波信号的随钻测量数据，提供给信号调制电路。
正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)是一种数字调制方式，QPSK规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，315°，信号调制电路输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的，载波的相位则通过两个摆阀转子的不同输出得以实现。
解调器根据接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特；载波振幅和相位可记录为二维空间上的一点，而这一点所代表的向量，在横轴和纵轴上的投影分别为I值和Q值。I为同相位(In-phase)分量，代表向量在横轴上的投影；Q为90度相移(Quadrate)分量,代表向量在纵轴上的投影。这样调制后的数据就分成了两路，同相(I)和正交(Q)分量，这两个分量是正交的，相位相差90度，并且互不相干。调制后再分开处理IQ两路，进行中频和射频处理，最后再解码器前合并为一路。
通过基带频带调制模式传输变化速率不同的随钻测量数据，可以实现高低频载波的工作模式。基带频率较低，可以传输随时间变化不大的随钻测量数据，例如工程参数中的：钻压、扭矩、温度、振动、环空水眼压力等；频带频率较高，可以传输随时间变化较大随钻测量数据，例如的地质参数中的：地层电阻率、伽马等。高低频进行调制，低频的传输距离远，抗干扰能力较强，即使高频的传输收到较大的干扰和影响，解码滤波后依旧能把重要的工程参数通过低频通道传输至地面，不至于影响常规的钻探工作。
根据上述内容可知，QPSK调制模式和基带频带调制模式传输随钻测量数据的“载体”不同，QPSK调制模式是通过信号的相位传输随钻测量数据，而基带频带调制模式是通过幅值传输随钻测量数据，可以将随钻测量数据分为随时间变化较大的高频数据，和随时间变化不大的低频数据，QPSK调制模式和基带频带调制模式可通过地面接收装置的解码进行区分。
具体实施时，在处理器根据调制控制指令触发信号调制电路之后，信号调制电路可以根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号；将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机压力波信号驱动上电机运行，根据下电机压力波信号驱动下电机运行。
在一个实施例中，信号调制电路具体可以用于：在压力波信号调制模式为QPSK调制模式时，按如下公式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号：
Figure BDA0003450459910000071
Figure BDA0003450459910000072
其中，φ1(t)为不同时刻的上电机压力波的调制信号，φ2(t)为不同时刻的下电机压力波的调制信号，TS为四进制符号间隔，wc为调制信号的角频率，t为时间。
图4为本发明实施例中信号调制电路采用QPSK调制模式产生压力波信号的具体实例示意图。如图4所示，信号调制电路首先接收根据预定规则处理后的随钻测量数据，例如：1001和1010，然后可以采用QPSK调制模式对1001和1010进行调制，信号调制电路根据上下电机不同的调制信号(即图中的φ1(t)和φ2(t)，也称为基函数，二者必须正交)，依照QPSK算法理论，将1001调制为上电机压力波信号，将1010分别调制为下电机压力波信号，最后再将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机压力波信号驱动上电机运行，根据下电机压力波信号驱动下电机运行。
图5为本发明实施例中信号调制电路采用QPSK调制模式产生的压力波信号波形图。如图5所示，其中，波形I为编码后的随钻测量数据1001对应的压力波信号，波形Q为编码后的随钻测量数据1010对应的压力波信号，波形QPSK为波形I和波形Q再解码器前合并后的QPSK压力波信号。
在一个实施例中，信号调制电路具体可以用于：在压力波信号调制模式为基带频带调制模式时，按如下公式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号：
Figure BDA0003450459910000081
Figure BDA0003450459910000082
其中，f1(t)为不同时刻的上电机压力波信号，f2(t)为不同时刻的下电机压力波信号，A1、A2、B1、B2为大于等于零的常数，w2为f2(t)的角频率，
Figure BDA0003450459910000083
为连续波信号的相位，n为自然数，T为低频信号的周期，t为时间。
图6为本发明实施例中信号调制电路采用基带频带调制模式产生压力波信号的具体实例示意图。如图6所示，信号调制电路首先接收根据变化速率处理后的随钻测量数据，包括：变化速率快的随钻测量数据和变化速率慢的随钻测量数据，然后可以采用基带频带调制模式对变化速率快的随钻测量数据和变化速率慢的随钻测量数据进行调制，信号调制电路根据上下电机不同的调制信号(即图中的f1(t)和f2(t))，依照基带频带算法理论，将变化速率快的随钻测量数据调制上电机压力波信号，即频带信号；将变化速率慢的随钻测量数据调制为下电机压力波信号，即基带信号；最后再将频带信号和基带信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据频带信号驱动上电机运行，根据基带信号驱动下电机运行。
图7为本发明实施例中信号调制电路采用基带频带调制模式产生的压力波信号波形图。图7所示的波形为根据图6中的上电机压力波信号和电机压力波信号合并得到的波形，作为基带频带压力波信号对应的波形图。
在一个实施例中，井下压力波信号的调制系统还包括：不间断时钟，用于向处理器提供时钟信号；处理器还用于：根据所述时钟信号，对所述井下压力波信号的调制系统的运行状态进行监控。
图8为为本发明实施例中井下压力波信号的调制系统的一工作原理示意图。如图8所示，涉及通讯接口801、处理器802、存储器803、信号调制电路804、电机主控电路805、上电机806、下电机807、上电机转子角位移传感器808、下电机转子角位移传感器809、不间断时钟810。
具体实施时，首先可以由通讯接口801，接收调制控制指令和随钻测量数据，其中，调制控制指令指示压力波信号调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式；然后由处理器802对随钻测量数据进行编码，将编码后的随钻测量数据保存到存储器803中，并根据调制控制指令触发信号调制电路804；信号调制电路804在被处理器803触发后，根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号，并将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路805，以使电机主控电路805根据上电机压力波信号驱动上电机806运行，根据下电机压力波信号驱动下电机807运行；在上电机806和下电机807运行之后，处理器802可以从上电机转子角位移传感器808获取上电机转子角位移数据，从下电机转子角位移传感器809获取下电机转子角位移数据；将上电机转子角位移数据和下电机转子角位移数据发送到电机主控电路805，以使电机主控电路805根据上电机转子角位移数据控制上电机转子转动，根据下电机转子角位移数据控制下电机转子转动。
本发明实施例中还提供了一种井下压力波信号的调制方法，如下面的实施例所述。由于该方法解决问题的原理与井下压力波信号的调制系统相似，因此该方法的实施可以参见井下压力波信号的调制系统的实施，重复之处不再赘述。
图9为本发明实施例中井下压力波信号的调制方法的处理流程图。应用于前述井下压力波信号的调制系统；如图9所示，本发明实施例中井下压力波信号的调制方法可以包括：
步骤901、通讯接口接收调制控制指令和随钻测量数据，所述调制控制指令指示压力波信号调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式；
步骤902、处理器对随钻测量数据进行编码，根据调制控制指令触发信号调制电路；从上电机转子角位移传感器获取上电机转子角位移数据，从下电机转子角位移传感器获取下电机转子角位移数据；将上电机转子角位移数据和下电机转子角位移数据发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机转子角位移数据控制上电机转子转动，根据下电机转子角位移数据控制下电机转子转动；
步骤903、信号调制电路根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号；将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机压力波信号驱动上电机运行，根据下电机压力波信号驱动下电机运行。
在一个实施例中，在根据调制控制指令触发信号调制电路之前，还包括：
信号调制电路在压力波信号调制模式为QPSK调制模式时，根据预定规则将编码后的随钻测量数据处理成：用于产生上电机压力波信号的随钻测量数据，和用于产生下电机压力波信号的随钻测量数据，提供给信号调制电路；
信号调制电路在压力波信号调制模式为基带频带调制模式时，根据随钻测量数据的变化速率将编码后的随钻测量数据处理成：用于产生上电机压力波信号的随钻测量数据，和用于产生下电机压力波信号的随钻测量数据，提供给信号调制电路。
在一个实施例中，信号调制电路根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号，包括：信号调制电路在压力波信号调制模式为QPSK调制模式时，按如下公式将将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号：
Figure BDA0003450459910000101
Figure BDA0003450459910000111
其中，φ1(t)为不同时刻的上电机压力波的调制信号，φ2(t)为不同时刻的下电机压力波的调制信号，TS为四进制符号间隔，wc为调制信号的角频率，t为时间。
在一个实施例中，信号调制电路根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号，包括：信号调制电路在调制控制指令指示压力波信号调制模式为基带频带调制模式时，按如下公式将将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号：
Figure BDA0003450459910000112
Figure BDA0003450459910000113
其中，f1(t)为不同时刻的上电机压力波信号，f2(t)为不同时刻的下电机压力波信号，A1、A2、B1、B2为大于等于零的常数，w2为f2(t)的角频率，
Figure BDA0003450459910000114
为连续波信号的相位，n为自然数，T为低频信号的周期，t为时间。
在一个实施例中，所述井下压力波信号的调制方法还可以包括：
不间断时钟向处理器提供时钟信号；
处理器根据所述时钟信号，对所述井下压力波信号的调制方法的运行状态进行监控。
基于前述发明构思，如图10所示，本发明还提出了一种计算机设备1000，包括存储器1010、处理器1020及存储在存储器1010上并可在处理器1020上运行的计算机程序1030，所述处理器1020执行所述计算机程序1030时实现前述差错交易的处理方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述井下压力波信号的调制方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述井下压力波信号的调制方法。
综上所述，本发明实施例中的井下压力波信号的调制系统通过双电机双转子的结构，采用不同压力波信号调制模式传输随钻测量数据，包括：通讯接口，用于接收调制控制指令和随钻测量数据，所述调制控制指令指示压力波信号调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式；处理器，用于对随钻测量数据进行编码，根据调制控制指令触发信号调制电路；从上电机转子角位移传感器获取上电机转子角位移数据，从下电机转子角位移传感器获取下电机转子角位移数据；将上电机转子角位移数据和下电机转子角位移数据发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机转子角位移数据控制上电机转子转动，根据下电机转子角位移数据控制下电机转子转动；信号调制电路，用于在被处理器触发后，根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号；将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机压力波信号驱动上电机运行，根据下电机压力波信号驱动下电机运行，可以提高随钻测量数据的传输速率，增强随钻测量数据在传输过程的灵活性和可靠性。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种井下压力波信号的调制系统，其特征在于，应用于泥浆连续波脉冲器装置，所述泥浆连续波脉冲器装置包括：上电机、下电机、分别与上电机和下电机连接的电机主控电路；其中上电机中设有上电机转子、与上电机转子连接的上电机转子角位移传感器；下电机中设有下电机转子、与下电机转子连接的下电机转子角位移传感器；所述井下压力波信号的调制系统包括：
通讯接口，用于接收调制控制指令和随钻测量数据，所述调制控制指令指示压力波信号调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式；
处理器，用于对随钻测量数据进行编码，根据调制控制指令触发信号调制电路；从上电机转子角位移传感器获取上电机转子角位移数据，从下电机转子角位移传感器获取下电机转子角位移数据；将上电机转子角位移数据和下电机转子角位移数据发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机转子角位移数据控制上电机转子转动，根据下电机转子角位移数据控制下电机转子转动；
信号调制电路，用于在被处理器触发后，根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号；将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机压力波信号驱动上电机运行，根据下电机压力波信号驱动下电机运行。
2.如权利要求1所述的井下压力波信号的调制系统，其特征在于，所述泥浆连续波脉冲器装置，还包括：转阀上转子、转阀下转子、转阀定子，其中，转阀上转子与上电机转子为刚性连接，上电机转子带动转阀上转子转动；转阀下转子与下电机转子为刚性连接，下电机转子带动转阀下转子转动；转阀定子位于转阀上转子与转阀下转子之间，用于配合转阀上转子和转阀下转子的转动产生压力波。
3.如权利要求1所述的井下压力波信号的调制系统，其特征在于，处理器还用于在根据调制控制指令触发信号调制电路之前：
在压力波信号调制模式为QPSK调制模式时，根据预定规则将编码后的随钻测量数据处理成：用于产生上电机压力波信号的随钻测量数据，和用于产生下电机压力波信号的随钻测量数据，提供给信号调制电路；
在压力波信号调制模式为基带频带调制模式时，根据随钻测量数据的变化速率将编码后的随钻测量数据处理成：用于产生上电机压力波信号的随钻测量数据，和用于产生下电机压力波信号的随钻测量数据，提供给信号调制电路。
4.如权利要求1所述的井下压力波信号的调制系统，其特征在于，信号调制电路具体用于：在压力波信号调制模式为QPSK调制模式时，按如下公式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号：
Figure FDA0003450459900000021
Figure FDA0003450459900000022
其中，φ1(t)为不同时刻的上电机压力波的调制信号，φ2(t)为不同时刻的下电机压力波的调制信号，TS为四进制符号间隔，wc为调制信号的角频率，t为时间。
5.如权利要求1所述的井下压力波信号的调制系统，其特征在于，信号调制电路具体用于：在压力波信号调制模式为基带频带调制模式时，按如下公式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号：
Figure FDA0003450459900000023
Figure FDA0003450459900000024
其中，f1(t)为不同时刻的上电机压力波信号，f2(t)为不同时刻的下电机压力波信号，A1、A2、B1、B2为大于等于零的常数，w2为f2(t)的角频率，
Figure FDA0003450459900000025
为连续波信号的相位，n为自然数，T为低频信号的周期，t为时间。
6.如权利要求1所述的井下压力波信号的调制系统，其特征在于，井下压力波信号的调制系统还包括：
不间断时钟，用于向处理器提供时钟信号；
处理器还用于：根据所述时钟信号，对所述井下压力波信号的调制系统的运行状态进行监控。
7.一种井下压力波信号的调制方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一项所述井下压力波信号的调制系统，该方法包括：
通讯接口接收调制控制指令和随钻测量数据，所述调制控制指令指示压力波信号调制模式为QPSK调制模式或基带频带调制模式；
处理器对随钻测量数据进行编码，根据调制控制指令触发信号调制电路；从上电机转子角位移传感器获取上电机转子角位移数据，从下电机转子角位移传感器获取下电机转子角位移数据；将上电机转子角位移数据和下电机转子角位移数据发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机转子角位移数据控制上电机转子转动，根据下电机转子角位移数据控制下电机转子转动；
信号调制电路根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号；将上电机压力波信号和下电机压力波信号发送到电机主控电路，以使电机主控电路根据上电机压力波信号驱动上电机运行，根据下电机压力波信号驱动下电机运行。
8.如权利要求7所述的井下压力波信号的调制方法，其特征在于，还包括：
处理器在根据调制控制指令触发信号调制电路之前：
在压力波信号调制模式为QPSK调制模式时，根据预定规则将编码后的随钻测量数据处理成：用于产生上电机压力波信号的随钻测量数据，和用于产生下电机压力波信号的随钻测量数据，提供给信号调制电路；
在压力波信号调制模式为基带频带调制模式时，根据随钻测量数据的变化速率将编码后的随钻测量数据处理成：用于产生上电机压力波信号的随钻测量数据，和用于产生下电机压力波信号的随钻测量数据，提供给信号调制电路。
9.如权利要求7所述的井下压力波信号的调制方法，其特征在于，信号调制电路根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号，包括：信号调制电路在压力波信号调制模式为QPSK调制模式时，按如下公式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号：
Figure FDA0003450459900000031
Figure FDA0003450459900000032
其中，φ1(t)为不同时刻的上电机压力波的调制信号，φ2(t)为不同时刻的下电机压力波的调制信号，TS为四进制符号间隔，wc为调制信号的角频率，t为时间。
10.如权利要求9所述的井下压力波信号的调制方法，其特征在于，信号调制电路根据压力波信号调制模式将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号，包括：信号调制电路在调制控制指令指示压力波信号调制模式为基带频带调制模式时，按如下公式将将编码后的随钻测量数据调制为上电机压力波信号和下电机压力波信号：
Figure FDA0003450459900000041
Figure FDA0003450459900000042
其中，f1(t)为不同时刻的上电机压力波信号，f2(t)为不同时刻的下电机压力波信号，A1、A2、B1、B2为大于等于零的常数，w2为f2(t)的角频率，
Figure FDA0003450459900000043
为连续波信号的相位，n为自然数，T为低频信号的周期，t为时间。
11.如权利要求7所述的井下压力波信号的调制方法，其特征在于，还包括：
不间断时钟向处理器提供时钟信号；
处理器根据所述时钟信号，对所述井下压力波信号的调制方法的运行状态进行监控。
12.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求7至11任一项所述方法。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求7至11任一项所述方法。
14.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求7至11任一项所述方法。
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