А. А. Молчанов Санкт-Петербург


Каналы связи, применяемые в забойных телеметрических системах



страница8/33
Дата26.10.2016
Размер3.24 Mb.
ТипОтчет
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   33

2.2. Каналы связи, применяемые в забойных телеметрических системах

2.2.1. Сведения из теории информации о свойствах сигнала и систем телеизмерений


Основное назначение систем телеизмерений в процессе бурения скважин заключается в оперативном получении с забоя данных глубинных измерений, используемых для уточнения режима бурения с целью его оптимизации (установления оптимальной частоты вращения бура и осевой нагрузки на долото и др.), определения и корректировки направления бурения ствола, исследования геофизических характеристик геологического разреза с целью установления истинных размеров вскрытых пластов и прогнозирования их продуктивности.

Канал связи


Совокупность технических средств, служащих для передачи сообщений от источника к получателю, образует канал связи. Этими средствами являются передатчик, линия связи и приемник (рис. 2.1). Канал связи вместе с источником и получателем сообщения образует систему связи.

Назначение передающего устройства - отобразить сообщение в сигнале, наиболее удобном для передачи по длинной линии связи. Для телеизмерительных систем - это преобразование неэлектрических величин от измерительных датчиков в электрические сигналы, в вид, удобный для передачи в канал связи.

В общем случае процесс отображения сообщения в сигнале состоит из трех операций: преобразования, кодирования и модуляции. В многоканальных системах связи, обеспечивающих взаимно-независимую передачу нескольких сообщений по одной общей линии, к этим трем операциям необходимо добавить операцию формирования «многоканального» сигнала.

Линия связи - это среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику. Информация от забоя скважины к поверхности может передаваться с помощью;



  • проводных линий связи, встроенных в бурильный инструмент, в том числе токоподводов электробура;

  • гидравлических импульсов по промывочной жидкости;

  • акустических импульсов по металлу трубы или по промывочной жидкости;

  • электромагнитных колебаний.

Независимо от того, что используется в канале в качестве агента связи (электромагнитное поле, колонна бурильных труб как упругая линия или столб промывочной жидкости), любой канал связи характеризуется затуханием сигнала вдоль линии связи [8, 47]. В простейшем случае (в однородной среде) уровень сигнала в точке приема Uпр меньше уровня сигнала передачи Uпер:

Uпр = Uпере-l,

где  - коэффициент затухания, L - длина линии связи.

Пропускная способность канала связи


Реальный канал имеет определенную ширину полосы пропускания Fк, а погрешности при передаче тесно связаны с уровнем помех, который для данного канала также имеет определенную среднюю квадратическую величину Uп.э (уровень помех эквивалентный).

Если не принимается специальных мер по выделению слабых сигналов на фоне сильных помех, отклонение величины сигнала от истинного значения не может быть меньше уровня помех в канале, так что шаг квантования при передаче по каналу связи должен быть не меньше средней квадратической величины помех. Средний квадратический уровень сигнала, который может передаваться в данном канале связи, также связан с рядом причин. Обозначим этот уровень для суммы полезного сигнала и помех через Uc, рассматривая его наибольший средний квадратический уровень сигнала, действующего в данном канале на входе приемника. Наибольшее число квантованных уровней сигнала в данном канале nк = Uс.э/Uп.э.

Так как сигнал и помеха независимы, их общая средняя мощность Рс определяется суммированием мощности сигнала и мощности помехи Рп, а именно: Рс = Рс + Рп.

С другой стороны, средние мощности пропорциональны квадратам соответствующих средних квадратических напряжений, так что



Зная ширину полосы пропускания Fк и максимально допустимое для него число уровней nк, можно получить формулу для пропускной способности канала связи1:




Согласование сигнала с каналом связи


Если непрерывный источник при данной точности воспроизведения  имеет скорость создания сообщений С, то можно закодировать сообщение на выходе источника и передавать его по каналу связи с пропускной способностью С при точности воспроизведения, как угодно близкой к  (т.е. без дополнительных погрешностей в канале), если только С  С.

Это означает, что возможна передача с любой заранее заданной малой погрешностью, сколь угодно меньшей величины помех в канале, если только скорость создания сообщений меньше или равна пропускной способности канала [47]. Следует иметь в виду, что при   0 скорость создания сообщений стремится к бесконечности и к каналу предъявляются требования бесконечно большой пропускной способности.

Методы передачи при С = С сильно усложняются, появляются большие задержки во времени при кодировании и декодировании. Чем больше превышение С над С, т.е. чем ниже эффективность телеизмерительной системы, тем легче осуществить передачу и прием и тем проще аппаратура.

Реальные системы построены с весьма значительным превышением С над С. Если С < С, то принципиально неустранимы дополнительные погрешности, наблюдается потеря части информации в канале из-за помех, так что первоначальная точность воспроизведения  не сохраняется.

Данное неравенство С < С является необходимым, но недостаточным условием для согласования сигнала с каналом. Необходимо согласовать еще их частотные характеристики. Например, передача сигнала возможна только в том случае, если F < Fк, где F - частота передачи; Fк - граничная частота передачи в канале. Если это неравенство не соблюдается, то для передачи сигнала в данном канале необходимо так перекодировать сигнал, чтобы частота уменьшилась до уровня Fк. При этом неизбежно произойдет соответствующее увеличение времени передачи Т. Происходит так называемый обмен частоты сигнала на время передачи. Если, например, сигнал, записанный на магнитофонную ленту, передавать в канал, снизив вдвое скорость протяжки ленты, то, естественно, уменьшится в 2 раза и верхняя частота спектра сигнала F. При этом в 2 раза увеличится время передачи, а количество информации сохранится прежним. Возможен также обмен мощности сигнала на полосу частот или время. Увеличение мощности сигнала при сохранении уровня помех и, следовательно, шага квантования по уровню позволит соответственно увеличить число уровней и перейти к коду с большим основанием n. Код с большим основанием короче и требует меньшего времени Т для передачи.

Время передачи теперь нетрудно выразить в частоте. Физически именно за счет таких преобразований возможна передача сигналов по каналу связи с помехами с погрешностью , значительной меньшей уровня помех в канале. Если даже Рс < Рп, то пропускная способность канала все еще остается конечной, и если она больше или равна С, то можно получить сколь угодно малую погрешность при передаче, пока соблюдается неравенство С > C. Это приводит к удлинению времени передачи при специальных методах приема путем синхронного накопления сигнала, при котором помехи, носящие случайный характер, уменьшаются, а сигнал, носящий систематический характер, увеличивается с ростом числа циклов накопления.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   33


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал