JPH05508284A - 多機能井戸ケーブル上の信号伝送率最適化の為の方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 多機能井戸ケーブル上の信号伝送率最適化の為の方法および装置 発明の背景 本発明は、井戸装置と地上設備を連結するケーブル等の多機能ケーブルを通して 送られる情報の流量を最適化する方法および装置に関する。

測定および／または介入が井戸の中で行われる場合、通常、検層ケーブルなどの 多機能ケーブルの末端に装置を装着して下に降ろす。該検層ケーブルは引張応力 に耐えることができ、坑底の装置に電気エネルギーを送りケーブルと地上設備間 の信号交換を制御□測定する数本の伝送線からなる。

坑底装置は、例えば、水圧ジヤツキによって締付はアームの開口部を通して井戸 内に固定された１つあるいは数個のゾンデからなる。水圧エネルギーは、ケーブ ル内の供給線によって地上の電力源から電力を供給される坑底の水圧発生機から 得る。地上の電力源は、装置に配備されたモータあるいは電磁手段にもこれらの 線を介して連結している。ケーブルに含まれるその他の伝送線は装置に制御信号 を送ったり、その反対に地上の記録装置に測定信号を伝送したりするのに用いら れる。

各種の井戸用ゾンデが米国特許明細書第４．４２８．４２２号、第４，６１６， ７０３号、第４．８６２．４２５号、第４，９０１，２８９号に記載されている 。

井戸内機器に装備される測定センサーがかなりの数になる場合が多くある。よく 知られているのは地震探査の場合で、地中聴音器等のセンサーを並べて用いたり 、主ゾンデと地中の様々な深度に設置した１つあるいは数個の従ゾンデにも配置 して用いたりする。拾った信号は地上の記録装置に伝送されなければならない。

一般に、センサーの数と受信した信号の周波数が、高い伝送率によるデジタル化 、符号化した該信号の伝送を保証する。

ケーブルに含まれる伝送線の通過帯域は通常比較的低い。伝送するデータの率が ある程度高くなると、伝送線の限られた性能がブレーキになり、必然的に装置の 電子システムに強力なバッファメモリを備える必要が生じる。

例えば石油関係に最も汎用されている多機能ケーブルは、中心の伝送線と環状に 配置した複数の伝送線および金属外装からなる。

かかるケーブル内を通過するデータの率を改良する方法は、米国特許明細書第４ ．８５５．７３２号によって公知であるが、基本的には、専門家に公知のコード ＨＤＢ３のような二極コードによって符号化されたデータを中心の伝送線と外装 間で伝送することからなっている。かかるレイアウトでは、伝送距離が数キロメ ートルにおよんでも１００キロビット／秒（ｋｂ／ｓ）より高い率、あるいは伝 送係数を最適化することによって２００ｋｂ／Ｓより高い率での伝送も容易であ る。

今日の井戸測定機器の進歩によって、地上設備に向けて発信されるデータ量が増 大しそれに応えるために伝送率をさらに向上させることがますます必要になって いる。

テレコミユニケージロンの分野で従来用いられる解決法は、より広い通過帯域の ケーブルを利用することである。しかし、通常現場で入手可能な標準的検層ケー ブルを使用しなければならない井戸での伝送にはあてはまらない。

発明の要旨 本発明の方法によって、既存の多機能ケーブル（検層ケーブル）に付随する制約 から解放され、最新の井戸機器のセンサーが収集する厖大な量のデータを伝送す るのに必要な高い流量を実現するために、許容伝送誤差率を変えることなく該ケ ーブルに含まれる伝送線上の信号の伝送率を最適化することができる。

該方法は、 一所定の一定レベルの少なくとも２つの電圧からなる１群の符号化電圧から選ば れる電圧を通して送られるデジタル化データを符号化し、 一補正された伝送線の伝達関数がほぼベッセル型フィルタ等の基準フィルタの伝 達関数になるように選んだ補正回路と組み合わせて用いる各伝送線の通過帯域を 、補正された伝送線の３−ｄＢ遮断周波数ｆｃの両側にある周波数区間内で高周 波数側に拡張することからなり、該区間の上界の周波数はこの遮断周波数に比例 し、比例係数（ｋｌ）は２より大きく、補正された線の該遮断周波数ｆｃは抜群 の符号化電圧の数と許容誤差率の関数として選ばれる。

補正回路は、例えば、補正された各伝送線の伝達関数がほぼベッセルフィルタの 伝達関数に相当するように、少なくとも周波数区間（ｋ２ｆｃ、ｋｌｆ　ｃ）内 では選ばれるが、ここでｆｅは該遮断周波数、ｋｌは少なくとも２．５に等しい 乗数因子、ｋｌは０．２台の乗数因子である。

１実施例によれば、伝送回路は、選ばれた符号化電圧の数が大きくなるにつれ相 対的に小さくなる制限値に最大でも等しい利得を、各伝送線に連絡する該補正回 路を通して再生したノイズレベルに依存する１つの設定済み誤差率で、該周波数 区間内の信号に与えるのに適合するように選ばれ、最大伝送周波数が依存する該 遮断周波数（ｆｅ）は、各伝送線で伝送される信号に加えられる増幅増大値が最 大でも該制限値（Ｇ）に等しくなるように選ばれる。

好ましい実施例によれば、伝送する信号を少なくとも８つの符号化電圧からなる １群の符号化電圧によって符号化することによって伝送率を高めている。

伝送率は、１６の符号化電圧からなる１群の符号化電圧を効果的に選ぶことによ ってさらに高めることができる。

複数の電圧を用いて符号化し、特定のフィルタ回路を追加し、通過帯域を制御拡 張することによって、ごく一般的な多機能ケーブルの伝送率を３倍、あるいは４ 倍にもすることができ、しかも伝送誤差率が大きくなることはない。

この方法を実施する装置は、例えば、デジタル化した伝送信号を所定の数の符号 化電圧で符号化しそれらを伝送線に伝えるように適合させた符号化装置とフィル タ回路からなり、フィルタ回路は該回路と組み合わせた伝送線が望ましくは、用 いた符号化電圧の数、伝送線のみの伝達関数と該フィルタ回路のノイズ特性の関 数として選んだ遮断周波数ｆｃを有するベッセルフィルタの伝達関数と類似の伝 達関数を該遮断周波数ｆｃのどちらの側にも延在する周波数区間内で有するよう に適合されている。

図面の簡単な説明 本発明の方法と装置のその他の特徴、利点は以下に非制限的な例として説明する 実施例と添付の図面から明かである。図中で、 一第１図は、例えば検層ケーブル等の電気搬送ケーブルに懸下して井戸に装入し たゾンデを示す。

−第２図は、標準的な電気搬送ケーブルの導線の概略横断図である。

一第３乃至６図は、１本あるいは数本の伝送線からなるケーブルの導線のさまざ まな組み合わせ態様を示す概略図である。

一第７図は、長さ数キロメートルの標準的検層ケーブルなどの多機能ケーブルに 含まれる伝送線の伝達関数の周波数の関数としての変化を示す。

一第８および９図は、伝送線の伝達関数の２例の相対的レイアウトを、同じ補正 された伝送線と等価のベッセルフィルタの伝達関数との関係で示す。それぞれ２ 電圧符号化又は二極符号化と８電圧符号化の場合を示し、これらの相対的レイア ウトは、どちらの場合も伝送誤差率を高めずに最大伝送率を得るために選ばれて いる。

−第１０図は、多機能ケーブルの伝送線に接続した補正回路のレスポンス曲線の １例である。利得と、最大利得および約２００ｋＨｚの幅に集中したノイズ帯を 強調して示す。

一第１１図は、２つの対称的符号化電圧を有する１群の符号化電圧を示す。

一第１２図は、８つの正または負の電圧を有する１群の符号化電圧を示す。

一第１３図は、電気搬送ケーブルの２本の導線間に多レベルコードで符号化した 信号を伝える伝送システムの１例を示す概略図である。

好ましい実施例の詳細 本発明の方法によって、制御中記録装置ＣＥと、例えば上記米国特許明細書に記 載の型である１つ以上のゾンデ１（第１図）に内蔵される信号受信装置の間で交 わされる信号の伝送が可能になる。このゾンデは、地上に配置した支持構造物３ に懸下させ、記録台車５の収納り−ル４に巻回した電気搬送ケーブルによって吊 り下げられている。使用するケーブル２はゾンデを井戸底部に装入するのに一般 に使われるものである。該ケーブルは、例えば（第２図）７本の導線ＣＩから０ ７からなる。６本の導線ＣＩから０６は、ケーブル内の中央の導線Ｃ７が通る中 心から等距離に等間隔で配置されている。ケーブルの外周は、通常ブレード状の 金属外装丁からなる。収納リール４（第１図）に巻回されたケーブル１の７本の 導線ＣＩから０７は伝送ケーブル６を通して記録台車５に配置した制御・記録装 置ＣＥに接続している。

伝送するデータは、ケーブルの導線を組み合わせて得た導線りに伝えられる。第 ３図の組み合わせ態様に・よれば、この伝送線は、一方で０２と０５を、もう一 方で０３と０６を相互接続して得る。信号はまた、例えば中央の導線Ｃ７とブレ ードＴの間、あるいはＣＩと０４のように２本の導線の間で伝送してもよい（第 ６図）。

この伝送線はまた、一方でＣＩ、Ｃ３，Ｃ５、他方でＣ２゜Ｃ４，ＣＢのように 三角状に接続した導線の組み合わせ（第５図）でもよい。

かかるゾンデは、場合によっては１個の従ゾンデあるいは数個からなる一連の従 ゾンデを含むが、井戸の奥深＜、シばしば数キロメートルの深さく３から７ｋｍ の間、あるいはそれ以上）まで降ろされる。

第７図に例示した伝達関数は、長さ数キロメートルの標準的な検層ケーブルの伝 達関数である。これは、１００ｋＨｚ付近で３０ｄＢ近くの減衰を示し、２００ ｋＨｚ付近では５０ｄＢより大きい減衰になる。その結果、距離が数キロメート ルにおよび、専門家に公知のコードＨＤＢ３のような二極符号化モードが使われ る場合、ｋｂ／ｓ）より高くすることができない。この符号化モードには、２つ の対称的な振幅電圧が用いられている。

１つは正の＋Ｖボルトであり、他の１つは負の一層ボルトである（第１０図）。

本発明の方法による最適化は、まず多レベル符号化モードを採用することからな る。２つずつ対称になった１群の２．４．８．１６又は３２の符号化電圧がＯボ ルト電圧の両側に選択される。２レベル符号化モードとは上記コードＨＤＢ３の ような二極モードである。８レベル符号化には、符号化装置にある対称電圧＋Ｖ と一層のそれぞれを４つに細分する。したがって符号化電圧の振幅は、ソレソれ Ｖ１＝＋Ｖ、Ｖ２＝０．７５Ｖ、Ｖ３＝＋０．５Ｖ、Ｖ４＝＋０．２５Ｖ、Ｖ５ ＝−０，２５Ｖ、Ｖ６＝　−０、５Ｖ、Ｖ　７　＝　−０、７５Ｖ、Ｖ　８　＝ 　−Ｖ　ニナル。

この８レベル符号化装置（第１１図）を用いると、同時に３ビツトまで伝送でき 、したがって通過帯域を広げずに伝送率を高めることがよく知られている。

補正回路からでるノイズ電圧ｖｂ（第１０乃至１２図）は、回路の通過帯域が広 くその利得が高いため一層高くなっているが、これら符号化電圧に重複発生させ る。これら外乱のマスキング効果は、低い符号化電圧、すなわちＶ５．Ｖ６（第 １２図）においてより顕著であり、同じ許容誤差率の場合、二極符号化（第６図 ）から８電圧符号化（第７図）への変更により補正システムの遮断周波数を小さ くする必要が生じる。

二極コードにおいてａｌ＝ｓ／Ｂが信号／ノイズ比であれば、４電圧符号化のた めには、レベル間に同じ分離力を維持しようとする場合より高い許容比ａ２＝ａ 　ｆ＋２０を設定する必要がある。ここでＣは６ｄＢに設定した偏差である。８ 電圧および１６電圧符号化には、それぞれ値ａ３＝ａ１＋２ｃ１　ａ４＝ａ！＋ ３ｃが設定される。

本発明の方法は、各伝送線に特定の補正回路網を付加することからなり、該回路 網は、復号化の際誤差を生じさせる信号の過振動が起こる危険性を回避しながら 各伝送線の通過帯域を拡張する。

補正された伝送線が望ましくはベッセルフィルタの伝達関数と等価の伝達関数を 、少なくとも所定の周波数区間（ｋ２ｆ　ｃ、ｋｌｆ　ｃ）内で補正された線と 等価のベッセルフィルタの３−ｄＢ遮断周波数ｆｃ付近に有するように伝送線を 最適化する補正回路網を選択しなければならないことが分かっている。ここでｋ ｌ、に２は乗数係数である。係数に２は、例えば０．２台であり、係数ｋｌは少 なくとも２に等しいか、望ましくは少なくとも２．５に等しくなるように選択す る。

さらに、この方法はこの遮断周波数ｆｃを伝送パラメータの関数として選択する ことからなる。選んだ符号化電圧数によって決まる補正回路網の出力部での許容 ノイズ振幅ｂｓと、同じ回路網によって入力部で再生されるノイズ振幅により、 周波数帯（ｋ２ｆ　ｃ、ｋｌｆ　ｃ）内で伝送された信号に印加しなければなら ない最大利得と、使用する伝送線で得られる最大遮断周波数ｆｃを決定すること ができる。

補正回路網の入力部で再生されたノイズ電圧は、一般にｎＶ　ＢＦで表される。

ここでＢＦは増幅される周波数帯の幅である。最大周波数帯ＢＦが決まっている ので、それから再生された全ノイズｂｅを推定することができる。したがって補 正回路に与えるべき最大利得Ｇはｂｓ／ｂｅ比から得られる。

利得Ｇが与えられたので、等価ベッセルフィルタの遮断周波数ｆｃは、区間（ｋ ２ｆ　ｃ、ｋｌｆ　ｃ）に含まれる周波数が何であろうと、信号に与えられるべ き振幅増大値が最大でもＧに等しくなるように選ぶことができる（第８．９図） 。最大伝送周波数Ｆｍは得られた周波数ｆｃに比例する（Ｆｍ＝に、ｆ　ｃ）。

係数には例えば２．２台である。率Ｄｍは関係式Ｄｍ＝Ｆｍ　ｌｏｇ２ｎから推 定できる。ｎは符号化レベルの数である。

以下に述べる特定の実施例の検証により、本発明の方法で実際に得た結果を裏付 けることができる。伝送線が伝達関数ＦＴＣを有する第３乃至５図に示すような 伝送ケーブルが用いられる。信号／ノイズ比Ｓ／ｂｓが、例えば２電圧二極コー ドについては４０ｄＢに設定され、８．１６．３２電圧符号化についてはそれぞ れ５２　ｄ　Ｂ１５８ｄＢ１６４ｄＢに設定されている。使用する伝送線補正回 路の入力部で再生されるノイズｂｅは例えば５（ｎＶ）　ＢＦ　（Ｈｚ）、増幅 される周波数帯は２５０ｋＨｚ台、信号Ｓの振幅は例えばＩＶに設定される。

上記数値により、振幅ｂｅは２．５ミクロボルトに等しいと計算され、最大振幅 ｂｓは与えられた比Ｓ　／　ｂ　ｓＯ値から計算され、印加される利得Ｇは、二 極符号化、８．１Ｂ、３２電圧符号化に対してそれぞれ７２ｄＢ　（第８図）、 ８０ｄＢ、５４ｄＢ（第５図）、４８ｄＢになる。

伝送線のみの伝達関数ＦＴＬと等価ベッセルフィルタの伝達関数ＦＴＢの間の偏 差Ｇが決まっているので、これらの間に偏差Ｇが周波数ｆ２＝２．５．ｆ　ｃで められるまで一方が他方に関連して変換する。この条件からめる遮断周波数ｆｃ が与えられる。二極符号化では、ｆｃはほぼ２００ｋＨｚに等しいと分かってい る（第８図）。

８電圧符号化では、ｆｃはほぼ１６０ｋＨｚに等しい（第９図）。また１６およ び３２電圧符号化では、ｆＣがそれぞれ１５０ｋＨｚ、１２０ｋＨｚの範囲にあ ると確定できる。

使用する符号化電圧の数に応じて同時に伝送できるビット数を考慮にいれると、 かかる伝送線の伝送率Ｄｍは１６または３２電圧符号化で１．３から１．５Ｍｂ ｉｔｓ／Ｓ台の最適値に達すると考えられる。しかも復号化誤差を生じがちな過 振動を起こさない。使用する伝送線の伝達曲線の形を考慮すると、最適率は１６ または３２レベル符号化の時最大になり、符号化電圧数を増大しても率に相関的 な上昇が認められないことが分かる。

本方法を実施する装置（第１３図）は、通常、米国特許第４．７７９．０５５号 あるいは第４．７７４．４７４号に記載の変数−利得増幅・フィルタ鎖９とアナ ログ／デジタル変換装置１０に順次接続された入力多重変換装置８からなる捕捉 システム７が伝えるデジタル化したデータを伝送するのに適合している。

捕捉システムから送られるデジタル化した信号は、伝送コードおよび符号化電圧 数に適合した公知の専用符号化装置１１に伝えられ、次いで第３乃至６図に概略 を示す組み合わせのいずれかによって得られたケーブル２の１本の伝送線に接続 した放出装置に伝えられる。

放出装置１２は、例えば、その両端が符号化装置１１に接続された一次巻線を宵 する変圧器１３からなる。

変圧器１１の二次巻線は、例えば、中央伝送線Ｃ７と外周のブレードＴとの間に 接続している。ケーブル２の他端では別の変圧器１４が線Ｃ７、ブレード１間に 伝送される信号を読み取る。変圧器１４の二次巻線の信号は補正装置１５に伝え られ、この装置の効果で補正された伝送線がベッセルフィルタのレスポンスとほ ぼ同一のレスポンスを、少なくとも規定された区間（ｋ２ｆｃ。

ｋｌｆ　ｃ）内では有するようになっている。フィルタ装置１５からくる信号は 、デジタル化した信号を放出するように適合した公知の型の受信装置１６に伝え られ、次いで復号器１７に伝えられ、そこで伝送されたデジタル化信号が再生さ れる。

上記の記載から明らかなように、符号化装置１１は、デジタル化した信号をケー ブルおよびフィルタ装置１５の電子回路のパラメータと矛盾しない最大伝送率り に最大でも等しい率で伝送するのに適合している。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、１１　ＦＩＧ、１２ 要　約　書 本方法は、井戸装置と地上設備を連結する検層ケーブル等の多機能ケーブルに含 まれる伝送線上のデジタル化信号の伝送率を最適化するのに用いられる。本方法 は、伝送する信号をデジタル化し、１組の多レベル符号化電圧（例えば２から３ ２）から選ばれる電圧を通して該データを符号化し、補正された伝送線の伝達関 数がほぼベッセル型フィルターの伝達関数になるように選んだ補正回路と組み合 わせて用いる各伝送線の通過帯域を、少なくとも符号化電圧の数と増幅パラメー タに依存する３−ｄＢ遮断周波数ｆｃの両側にある所定の周波数区間では、高周 波数側に拡張することからなる。この方法により、伝送誤差率を高める事なく非 常に容易に全流量を１メガビット／秒以上にすることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）井戸内の装置と地上設備を連結するのに用いられるようなタイプの多機能ケ ーブル（２）に含まれる伝送線上の信号の伝送率を許容伝送誤差率を変えること なく最適化する方法において、 −デジタル化した信号を、少なくとも２つの所定の電圧レベルからなる１群の符 号化電圧から選ばれる電圧によって符号化し、 −補正された伝送線の伝達関数（ＦＴＢ）がほぼベッセル型フィルタ等の基準フ ィルタの伝達関数になるように選んだ補正回路（１５）と組み合わせて用いる各 伝送線の通過帯域を、補正された伝送線の３−ｄＢ遮断周波数ｆｃの両側に延在 する周波数区間において高周波数側に拡張することからなり、該区間の上界の周 波数はこの遮断周波数に比例し、比例係数（ｋ１）は２より大きく、補正された 伝送線の該遮断周波数は該電圧群の符号化レベルの数と許容誤差率の関数として 選ばれることからなる方法。 ２）補正された各伝送線の伝達関数（ＦＴＢ）が、少なくともｆｃが該遮断周波 数、ｋ１が少なくとも２．５に等しい乗数因子、ｋ２が０．２台の乗数因子であ る周波数区間（ｋ２ｆｃ，ｋ１ｆｃ）においてはほぼベッセルフィルタの伝達関 数に相当するように補正回路を選ぶことからなる特許請求の範囲第１項に記載の 方法。 ３）選択した符号化電圧数が増大するに従い相関的に減少する制限値（Ｇ）に最 大でも等しい利得を該周波数区間内の信号に固定の伝送誤差率で印加し、各伝送 線に接続した該補正回路を介して再生したノイズレベル（ｂｅ）に依存する補正 回路を選択し、最大伝送周波数が依存する該遮断周波数（ｆｃ）を各伝送線上に 送られる信号に与えられる振幅増大値が最大でも該制限値（Ｇ）に等しくなるよ うに選択することからなる特許請求の範囲第１、２項のいずれかに記載の方法。 ４）伝送する信号を少なくとも８レベルの電圧からなる符号化電圧の１群を用い て符号化することによって伝送率を増大することからなる特許請求の範囲第１又 は２項に記載の方法。 ５）伝送する信号を１６の符号化電圧からなる符号化電圧群を選択して符号化す ることによって伝送率を増大することからなる特許請求の範囲第１又は２項に記 載の方法。 ６）特許請求の範囲第１又は２項に記載の方法を実施する装置において、伝送す るデジタル化信号を、選択した数の符号化電圧で符号化し、それらを伝送線に印 加するように適合した符号化装置（１１）と、フィルタ回路（１５）からなり、 該回路と組み合わせた伝送線が、使用した符号化電圧の数、伝送線のみの伝達関 数、および該フィルタ回路のノイズ特性の関数として選ばれた遮断周波数ｆｃの ベッセルフィルタ等の基準フィルタの伝達関数に類似の伝達関数を、該遮断周波 数ｆｃの両側に延在する周波数区間内で有するようにした装置。