CN107288624A - 一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置，先通过地面***向测井电缆下发控制命令，总线控制板通过LAN口接收命令，并通过RS‑485总线下传给总线转接板，总线转接板通过LVDS技术将命令下发给挂接的声波测井仪器并接收上传的声波测井数据，然后总线转接板通过RS‑485总线将测井数据上传给总线控制板，最后上传给地面***。
Description
技术领域
本发明属于井下测井仪器总线技术领域，更为具体地讲，涉及一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置。
背景技术
井下测井仪器数据总线实现井下测井仪器与总线控制板之间数据通信。在测井过程中，井下测井仪器的采集数据需通过数据总线送至总线控制板并通过总线控制板传输至地面主控(以下简称上行)，同时地面主控也最终通过数据总线将各种控制命令传至相应的井下测井仪器(以下简称下行)。因此，井下测井仪器数据总线一般要求双向数据传输。
声波测井的物理基础是研究声振动沿钻井的传播特征，又因为声波测井的仪器具有快速，轻便的优点，所以在测井领域得到了极大的推广。声波测井信号是一种非平稳信号，它包括纵波、横波以及斯通利波等这些大小相互独立作用的叠加信号，并且信号幅度的变化范围大，无直流分量，分频带特性强。声波测井数据中信号是相关的，但是噪声则不相关，并具有较宽的频带。在测井***，需要从井下实时的将测得声波测井数据上传至井上进行处理，为了保证测井结果的准确性，必须要采集到足够多的数据进行分析，因此大量的声波测井数据需要从仪器端传输到地面***，对井下测井数据总线的传输速率和传输带宽提出了较高的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置，以实现在大量外界干扰和高温环境情况下，实时准确的完成声波测井仪器与地面***之间数据的高速传输。
为实现上述发明目的，本发明为一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置，其特征在于，包括：基于RS-485技术的全局总线、总线控制板、多块总线转接板；
所述的全局总线的两端分别为总线控制板和终端匹配电阻接头，多块的总线转接板位于总线控制板和终端匹配电阻接头之间，每块总线转接板上挂接一个声波测井仪器；
所述的总线控制板自带有RS-485总线数据收发器，通过LAN接口接收地面控制***下发的控制命令，再通过RS-485总线数据收发器将命令发送到全局总线上，同时RS-485总线数据收发器接收全局总线上的测井数据并上传给地面控制***；
所述的多块总线转接板中的每一块均包括总线控制模块、命令发送模块和数据接收模块，以及RS-485总线数据收发器、基于LVDS技术的仪器总线、LVDS数据收发器和LVDS时钟发送器；
总线控制模块利用RS-485总线数据收发器接收全局总线上的命令，对命令进行CRC校验后做出解析，并根据解析出的命令来控制声波测井仪器进行正常工作，同时把从声波测井仪器接收到的测井数据进行组帧和压缩，再通过内部的RS-485总线数据收发器上传给总线控制板；
命令发送模块将总线控制模块解析得到的命令进行编码并通过LVDS数据收发器发送到仪器总线上，声波测井仪器通过LVDS数据收发器接收命令，并根据命令进行相应的参数配置和测井作业，同时命令发送模块产生基准通信时钟发送给数据接收模块，并通过LVDS时钟发送器发送给声波测井仪器，使总线转接板与声波测井仪器通信同步；
数据接收模块用于接收声波测井仪器通过仪器总线发送过来的声波测井数据，并存储到相应的存储器中，然后通过总线控制模块将存储器中存储的三维声波测井数据发送到地面控制***；
在测井过程中，地面控制***通过测井电缆下发控制命令到总线控制板，总线控制板通过LAN接口接收命令，并通过RS-485总线数据收发器将命令发送到全局总线上，总线转接板通过内部的RS-485总线收发器接收命令，再将命令解析后通过LVDS数据收发器将命令发送到仪器总线上，声波测井仪器接收总线上的命令，并根据接收到的命令进行相应的测井工作，在此期间声波测井仪器将测井数据通过LVDS数据收发器上传给总线转接板，总线转接板将测井数据组帧和压缩，然后通过RS-485总线数据收发器将测井数据发送到全局总线上，总线控制板接收全局总线上的数据并上传给地面控制***。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置，先通过地面***向测井电缆下发控制命令，总线控制板通过LAN口接收命令，并通过RS-485总线下传给总线转接板，总线转接板通过LVDS技术将命令下发给挂接的声波测井仪器并接收上传的声波测井数据，然后总线转接板通过RS-485总线将测井数据上传给总线控制板，最后上传给地面***。
同时，本发明一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置还具有以下有益效果：
(1)、RS-485总线技术，采用双线差分串行通信方式，检错能力强，可在高噪声的环境下工作，控制协议的实现应简单、可靠，从而不需要采用高性能的处理器，降低了功耗要求，可在高温环境下工作，从而克服了井下环境恶劣、空间狭小、数据传输距离较远等问题，保证了总线控制板和井下总线转接板之间数据的高速传输；
(2)、LVDS通信接口技术是用极低的电压摆幅以高速差分的方式进行数据传输，具有低噪声，很好的共模抑制能力，低功耗并且电路能够集成到***级IC里面，从而克服了声波测井仪器数据传输量大、传输距离远，井下电路工作环境复杂，声波测井信号容易受到外界干扰的问题，保证了总线转接板和声波测井仪器之间数据的高速传输；
(3)、使用8B/10B编码技术来实现对发送数据的编码。在井下测井仪器总线中，采用的是高速串行数据传输方式。采用8B/10B的编码技术能够保证数据流中有足够的信号转换，即数据流中连续的1或0不会超过5个，使得接收端能够正常地对数据进行恢复；8B/10B编码是按特定的规则进行编码，根据这些规则能够检测出传输过程中发生的错误信息；同时8B/10B编码还规定了一些特殊控制码，可以用作同步字符和训练码等。
附图说明
图1是本发明一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置原理框图；
图2是总线转接板部分的一种具体实施方式的原理框图；
图3是总线控制模块的具体实施方式的原理框图；
图4是LVDS数据收发器的一种具体实施方式的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置原理框图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置，包括：基于RS-485技术的全局总线、总线控制板、多块总线转接板；
全局总线采用两条屏蔽双绞线，一条用于下发命令，一条用于上传数据，整个总线采用全双工的工作方式，总线电气特性兼容ANSI TIA/EIA-485-A和ISO-8482:1993标准，总线拓扑结构采用总线型拓扑结构；全局总线的两端分别为总线控制板和终端匹配电阻接头，多块的总线转接板位于总线控制板和终端匹配电阻接头之间，每块总线转接板上挂接一个声波测井仪器；在本实施例中，整个全局总线长度为50米，可挂接20台声波测井仪器，全局总线上数据传输速率可达到10Mbps；
总线控制板自带有RS-485总线数据收发器，通过LAN接口接收地面控制***下发的控制命令，再通过RS-485总线数据收发器将命令发送到全局总线上，同时RS-485总线数据收发器接收全局总线上的测井数据并上传给地面控制***；
如图2所示，每一块总线转接板均包括总线控制模块、命令发送模块和数据接收模块，以及RS-485总线数据收发器、基于LVDS技术的仪器总线、LVDS数据收发器和LVDS时钟发送器；
其中，总线控制模块由DSP实现，命令发送模块和数据接收模块由FPGA实现；如图3所示，总线控制模块解析出CRC校验后的控制命令为16bit；总线控制模块对测井数据添加CRC校验位，并根据通信协议进行组帧封装，然后将封装好的数据进行DCT压缩，最后将压缩的数据通过RS-485数据收发器发送到全局总线上；
命令发送模块是将16bit的控制命令转化为8bit的控制命令，然后进行8B/10B编码得到10bit编码命令，经过并串转换得到串行命令数据，然后通过LVDS数据收发器转换成低电压差分信号，发送至仪器总线上；
数据接收模块采用盲过采样法对测井数据进行数据恢复，然后串并转换得到10bit数据，接着对10bit数据进行8B/10B解码得到8bit声波测井数据，最后将数据存入RAM中等待总线控制模块读取。
仪器总线是基于LVDS技术实现，采用点对点的拓扑结构。如图4所示，一对相互连接的LVDS数据收发器中驱动器和接收器之间采用差分线连接，在接收器一端有终接匹配电阻，接收器的输入阻抗很高，所以差分线上的电流几乎都流经了终接匹配电阻，这样的组合可以提供出色的噪声裕量，对驱动器和接收器之间的共模信号的漂移也有较高的容忍度。
下面对总线转接板的工作流程进行详细描述：总线控制模块利用RS-485总线数据收发器接收全局总线上的命令，对命令进行CRC校验后做出解析，并根据解析出的命令来控制声波测井仪器进行正常工作，同时把从声波测井仪器接收到的测井数据进行组帧和压缩，再通过内部的RS-485总线数据收发器上传给总线控制板；
命令发送模块将总线控制模块解析得到的命令进行编码并通过LVDS数据收发器发送到仪器总线上，声波测井仪器通过LVDS数据收发器接收命令，并根据命令进行相应的参数配置和测井作业，同时命令发送模块产生基准通信时钟发送给数据接收模块，并通过LVDS时钟发送器发送给声波测井仪器，使总线转接板与声波测井仪器通信同步；
数据接收模块用于接收声波测井仪器通过仪器总线发送过来的声波测井数据，并存储到相应的存储器中，然后通过总线控制模块将存储器中存储的三维声波测井数据发送到地面控制***；
在测井过程中，地面控制***通过测井电缆下发控制命令到总线控制板，总线控制板通过LAN接口接收命令，并通过RS-485总线数据收发器将命令发送到全局总线上，总线转接板通过内部的RS-485总线收发器接收命令，再将命令解析后通过LVDS数据收发器将命令发送到仪器总线上，声波测井仪器接收总线上的命令，并根据接收到的命令进行相应的测井工作，在此期间声波测井仪器将测井数据通过LVDS数据收发器上传给总线转接板，总线转接板将测井数据组帧和压缩，然后通过RS-485总线数据收发器将测井数据发送到全局总线上，总线控制板接收全局总线上的数据并上传给地面控制***。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置，其特征在于，包括：基于RS-485技术的全局总线、总线控制板、多块总线转接板；
所述的全局总线的两端分别为总线控制板和终端匹配电阻接头，多块的总线转接板位于总线控制板和终端匹配电阻接头之间，每块总线转接板上挂接一个声波测井仪器挂接；
所述的总线控制板自带有RS-485总线数据收发器，通过LAN接口接收地面控制***下发的控制命令，再通过RS-485总线数据收发器将命令发送到全局总线上，同时RS-485总线数据收发器接收全局总线上的测井数据并上传给地面控制***；
所述的多块总线转接板中的每一块均包括总线控制模块、命令发送模块和数据接收模块，以及RS-485总线数据收发器、基于LVDS技术的仪器总线、LVDS数据收发器和LVDS时钟发送器；
总线控制模块利用RS-485总线数据收发器接收全局总线上的命令，对命令进行CRC校验后做出解析，并根据解析出的命令来控制声波测井仪器进行正常工作，同时把从声波测井仪器接收到的测井数据进行组帧和压缩，再通过内部的RS-485总线数据收发器上传给总线控制板；
命令发送模块将总线控制模块解析得到的命令进行编码并通过LVDS数据收发器发送到仪器总线上，声波测井仪器通过通过LVDS数据收发器接收命令，并根据命令进行相应的参数配置和测井作业，同时命令发送模块产生基准通信时钟发送给数据接收模块，并通过LVDS时钟发送器发送给声波测井仪器，使总线转接板与声波测井仪器通信同步；
数据接收模块用于接收声波测井仪器通过仪器总线发送过来的声波测井数据，并存储到相应的存储器中，然后通过总线控制模块将存储器中存储的三维声波测井数据发送到地面控制***；
在测井过程中，地面控制***通过测井电缆下发控制命令到总线控制板，总线控制板通过LAN接口接收命令，并通过RS-485总线数据收发器将命令发送到全局总线上，总线转接板通过内部的RS-485总线收发器接收命令，再将命令解析后通过LVDS数据收发器将命令发送到仪器总线上，声波测井仪器接收总线上的命令，并根据接收到的命令进行相应的测井工作，在此期间声波测井仪器将测井数据通过LVDS数据收发器上传给总线转接板，总线转接板将测井数据组帧和压缩，然后通过RS-485总线数据收发器将测井数据发送到全局总线上，总线控制板接收全局总线上的数据并上传给地面控制***。
2.根据权利要求1所述的一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置，其特征在于，所述的全局总线由两条双绞线组成，其中，一条用于下发命令，另一条用于上传数据；全局总线采用全工的工作方式，全局总线电气特性兼容ANSI TIA/EIA-485-A和ISO-8482:1993标准；全局总线拓扑结构采用总线型拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的一种适用于声波测井仪器的井下高速数据总线装置，其特征在于，所述的总线控制模块由DSP实现，命令发送模块和数据接收模块由FPGA实现；总线控制模块解析出CRC校验后的控制命令为16bit；总线控制模块对测井数据添加CRC校验位，并根据通信协议进行组帧封装，然后将封装好的数据进行DCT压缩，最后将压缩的数据通过RS-485数据收发器发送到全局总线上；
所述的命令发送模块将16bit的控制命令转化为8bit的控制命令，然后进行8B/10B编码得到10bit编码命令，经过并串转换得到串行命令数据，然后通过LVDS数据收发器转换成低电压差分信号，发送至仪器总线上；
所述的数据接收模块采用盲过采样法对测井数据进行数据恢复，然后串并转换得到10bit数据，接着对10bit数据进行8B/10B解码得到8bit声波测井数据，最后将数据存入RAM中等待总线控制模块读取。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171024 |