CN114719898B - 检测水深和介电常数并功率自调整的方法及定向钻传感器 - Google Patents

检测水深和介电常数并功率自调整的方法及定向钻传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了检测水深和介电常数并功率自调整的方法及定向钻传感器，涉及传感器技术领域，包括以下步骤：在空气中时，记录传感器在若干米的幅值和最小可检测到信号时的幅值，计算出最大可工作距离；根据在不同介电常数的水中测试，判断信号衰减和距离的关系；在取得n组对应关系后，通过曲线拟合得出介电常数和衰减规律的对应关系；将传感器发射功率从最小到最大分为m档，设定接收机能解析的最小幅值；将传感器放入钻头后进行空气中的若干米标定；本发明通过测算低频磁场信号在不同介电常数水中的距离衰减规律，从而可以很方便计算出传输距离；通过测试出不同介电常数的水中的传播衰减规律，可以很方便的得出需要的目标功率，使用更加方便。

Description

检测水深和介电常数并功率自调整的方法及定向钻传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及检测水深和介电常数并功率自调整的方法及定向钻传感器。
背景技术
定向钻传感器是将施工钻具的姿态信息传送给钻机操作手，进行辅助施工的设备，它的关键性能包括信息传输的距离(与发射功率有关)和一次施工过程中可工作的时间长度(施工过程中电池不可更换)；传统定向钻传感器都是采用固定发射功率，或者设置有2-3种发射功率，不管哪种都是需要在施工前设定好，在施工过程中很难调整发射功率；这样一来，定向钻传感器经常面临的问题就是不同的工况就需要定制不同发射功率的传感器，尤其在水域作业，不同的作业水深一般要求的发射功率也有很大不同；
一般情况要实际测量一个传感器在特定水质下能传输多远，需要将定制好的传感器沉入水中，在逐渐加深的过程中，监测接收机能否接收到有效信号来完成；这样，一则测试不方便，很难在实验室找到和实际施工工况一样的水质水深环境，二则可能让定制过程需要进行多次，花费很长的研发调制时间；且定向钻的施工过程一般分为3个阶段：钻头深度逐渐加深阶段、钻头到达指定深度后调平深度不变阶段、钻头快要到达指定目标时深度逐渐减小阶段；传统方法为了能够在最大深度时依然能够工作，必须全程将整个传感器设置在最大发射功率，这样造成了功率的浪费；因此，本发明提出检测水深和介电常数并功率自调整的方法及定向钻传感器以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出检测水深和介电常数并功率自调整的方法及定向钻传感器，该检测水深和介电常数并功率自调整的定向钻传感器使用方法及传感器通过测算低频磁场信号在不同介电常数水中的距离衰减规律，从而可以很方便计算出传输距离；通过测试出不同介电常数的水中的传播衰减规律，可以很方便的得出需要的目标功率，使用更加方便。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：检测水深和介电常数并功率自调整的方法，包括以下步骤：
在空气中时，记录传感器在若干米的幅值和最小可检测到信号时的幅值，计算出最大可工作距离；
根据在不同介电常数的水中测试，判断信号衰减和距离的关系；
在取得n组对应关系后，通过曲线拟合得出介电常数和衰减规律的对应关系；
将传感器发射功率从最小到最大分为m档，设定接收机能解析的最小幅值；
将传感器放入钻头后进行空气中的若干米标定，记录若干米时的信号幅值；
实时检测施工环境的水深和介电常数；
根据水深和介电常数调整发射功率档位，让发射到接收机的幅值始终大于最小可工作幅值；
接收机接收到当前的发射功率档位后，调整深度显示。
进一步改进在于：在空气中时，记录传感器在3米的幅值A3和最小可检测到信号时的幅值Amin，通过公式计算出最大可工作距离Dmax，公式为：
Dmax＝(A3/Amin)^(1/3) (1)
进一步改进在于：在介电常数为e0的水中，信号衰减和距离的关系根据如下公式所示：
Dx＝(A3/Ax)^(1/a) (2)
其中，a0为需要实验得出的参数。
进一步改进在于：当介电常数为e0时，将探棒放入水中记录A3，A10，分别带入公式(2)，计算出a0；当介电常数为e1时，重复上述手段，得出a1；在取得n组(e，a)对应关系后，通过曲线拟合，得出介电常数和衰减规律的对应关系a＝f(e)。
进一步改进在于：将传感器发射功率从最小到最大分为m档，其中初始在空气中上电时的功率为最小档1档，接收机能解析的最小幅值为经验设定值Amin。
进一步改进在于：将传感器放入钻头后进行空气中的3米标定，记录3米时的信号幅值为A3。
进一步改进在于：利用mcu通过水位传感器和介电常数传感器实时检测施工环境的水深和介电常数，根据水深和介电常数调整发射功率档位，让发射到接收机的幅值始终大于最小可工作幅值，其中，当前的发射功率的计算公式如下：
A＝Amin*(D^(f(e))) (3)
发射功率为信号幅值的平方关系。
进一步改进在于：调整发射功率的流程包括以下步骤：
S1、记录初始上电功率E0；
S2、检测水深和介电常数；
S3、计算实时到达接收机幅值Ax；
S4、判断Ax与Amin的关系；
S5、当1.5Amin＜Ax＜4Amin，重新开始S2；
S6、当Ax＞4Amin，减小发射功率到第一档，重新开始S2；
S7、当Ax＜1.5Amin，增大发射功率到高一档，重新开始S2；
S8、从总功率中排除掉损耗的功率。
进一步改进在于：接收机接收到当前的发射功率档位后，调整深度，计算公式为：
Ddisp＝(A/A3)^(1/(f(e))) (4)。
定向钻传感器，包括电池、MCU、发射天线、介电常数传感器和水位传感器；
所述电池用于供电；
所述MCU用于分析处理传感数据：
所述发射天线用于发射信号；
所述介电常数传感器用于检测施工环境的介电常数；
所述水位传感器用于检测施工环境的水深。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过测算低频磁场信号在不同介电常数水中的距离衰减规律，从而可以很方便计算出传输距离；通过测试出不同介电常数的水中的传播衰减规律，可以很方便的得出需要的目标功率，使用更加方便。
2、本发明传感器根据介电常数和水深动态自动调整发射功率档位，一方面节省功耗，延长时长，另一方面将发射功率的调整过程为自动完成，让接收机的使用者感觉不到功率的改变，一直维持正常工作。
附图说明
图1为本发明的调整发射功率的流程图；
图2为本发明的定向钻传感器组成示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
本实施例提出了检测水深和介电常数并功率自调整的方法，包括以下步骤：
在空气中时，记录传感器在若干米的幅值和最小可检测到信号时的幅值，计算出最大可工作距离；
根据在不同介电常数的水中测试，判断信号衰减和距离的关系；
在取得n组对应关系后，通过曲线拟合得出介电常数和衰减规律的对应关系；
将传感器发射功率从最小到最大分为m档，设定接收机能解析的最小幅值；
将传感器放入钻头后进行空气中的若干米标定，记录若干米时的信号幅值；
实时检测施工环境的水深和介电常数；
根据水深和介电常数调整发射功率档位，让发射到接收机的幅值始终大于最小可工作幅值；
接收机接收到当前的发射功率档位后，调整深度显示。
本发明通过测算低频磁场信号在不同介电常数水中的距离衰减规律，从而可以很方便计算出传输距离；通过测试出不同介电常数的水中的传播衰减规律，可以很方便的得出需要的目标功率，使用更加方便。同时，本发明传感器根据介电常数和水深动态自动调整发射功率档位，一方面节省功耗，延长时长，另一方面将发射功率的调整过程为自动完成，让接收机的使用者感觉不到功率的改变，一直维持正常工作。
实施例二
本实施例提出了检测水深和介电常数并功率自调整的方法，包括以下步骤：
在空气中时，记录传感器在3米的幅值A3和最小可检测到信号时的幅值Amin，通过公式计算出最大可工作距离Dmax，公式为：
Dmax＝(A3/Amin)^(1/3) (1)
在介电常数为e0的水中，信号衰减和距离的关系根据如下公式所示：
Dx＝(A3/Ax)^(1/a) (2)
其中，a0为需要实验得出的参数。
当介电常数为e0时，将探棒放入水中记录A3，A10，分别带入公式(2)，计算出a0；当介电常数为e1时，重复上述手段，得出a1；在取得n组(e，a)对应关系后，通过曲线拟合，得出介电常数和衰减规律的对应关系a＝f(e)。
本发明通过测算低频磁场信号在不同介电常数水中的距离衰减规律，从而可以很方便计算出传输距离；通过测试出不同介电常数的水中的传播衰减规律，可以很方便的得出需要的目标功率，使用更加方便。
将传感器发射功率从最小到最大分为m档，其中初始在空气中上电时的功率为最小档1档，接收机能解析的最小幅值为经验设定值Amin。
将传感器放入钻头后进行空气中的3米标定，记录3米时的信号幅值为A3。
利用mcu通过水位传感器和介电常数传感器实时检测施工环境的水深和介电常数，根据水深和介电常数调整发射功率档位，让发射到接收机的幅值始终大于最小可工作幅值，让施工顺利进行，其中，当前的发射功率的计算公式如下：
A＝Amin*(D^(f(e))) (3)
发射功率为信号幅值的平方关系。
接收机接收到当前的发射功率档位后，调整深度，计算公式为：
Ddisp＝(A/A3)^(1/(f(e))) (4)；
接收机的使用者感觉不到功率的调整，可以一直正常施工。
本发明传感器根据介电常数和水深动态自动调整发射功率档位，一方面节省功耗，延长时长，另一方面将发射功率的调整过程为自动完成，让接收机的使用者感觉不到功率的改变，一直维持正常工作。
实施例三
根据图1所示，本实施例提出了检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其中，调整发射功率的流程包括以下步骤：
S1、记录初始上电功率E0；
S2、检测水深和介电常数；
S3、计算实时到达接收机幅值Ax；
S4、判断Ax与Amin的关系；
S5、当1.5Amin＜Ax＜4Amin，重新开始S2；
S6、当Ax＞4Amin，减小发射功率到第一档，重新开始S2；
S7、当Ax＜1.5Amin，增大发射功率到高一档，重新开始S2；
S8、从总功率中排除掉损耗的功率。
此发射功率为实际有效传输信息的功率，要从总功率中排除掉损耗的功率，该过程需要一个校准计算过程。
本发明传感器根据介电常数和水深动态自动调整发射功率档位，节省功耗，延长时长。
实施例四
根据图2所示，本实施例提出了定向钻传感器，包括电池、MCU、发射天线、介电常数传感器和水位传感器；
所述电池用于供电；
所述MCU用于分析处理传感数据：
所述发射天线用于发射信号；
所述介电常数传感器用于检测施工环境的介电常数；
所述水位传感器用于检测施工环境的水深。
本发明通过测算传感器低频磁场信号在不同介电常数水中的距离衰减规律，从而可以很方便计算出传输距离；通过测试出不同介电常数的水中的传播衰减规律，可以很方便的得出需要的目标功率，使用更加方便。同时，本发明传感器根据介电常数和水深动态自动调整发射功率档位，一方面节省功耗，延长时长，另一方面将发射功率的调整过程为自动完成，让接收机的使用者感觉不到功率的改变，一直维持正常工作。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其特征在于：包括以下步骤：
在空气中时，记录传感器在若干米时的幅值A和最小可检测到信号时的幅值Amin，计算出最大可工作距离；
根据在不同介电常数的水中测试，判断信号衰减和距离的关系；
在取得n组对应关系后，通过曲线拟合得出介电常数e和衰减规律的对应关系a＝f(e)；
将传感器发射功率从最小到最大分为m档，设定接收机能解析的最小幅值；
将传感器放入钻头后进行空气中的若干米标定，记录若干米时的信号幅值；
实时检测施工环境的水深和介电常数；
根据水深和介电常数调整发射功率档位，让发射到接收机的幅值始终大于最小可工作幅值，其中，当前的发射功率的计算公式如下：
A＝Amin×(D^(f(e))) (1)
D表示当前传感器的深度，发射功率为信号幅值的平方关系；
接收机接收到当前的发射功率档位后，调整深度显示。
2.根据权利要求1所述的检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其特征在于：在空气中时，记录传感器在3米的幅值A3和最小可检测到信号时的幅值Amin，通过公式计算出最大可工作距离Dmax，公式为：
Dmax＝(A3/Amin)^(1/3) (2)。
3.根据权利要求2所述的检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其特征在于：在介电常数为e0的水中，信号衰减和距离的关系根据如下公式所示：
Dx＝(A3/Ax)^(1/a0) (3)
其中，a0为需要实验得出的参数，Ax表示：实时到达接收机幅值。
4.根据权利要求3所述的检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其特征在于：当介电常数为e0时，将探棒放入水中记录A3，A10，分别带入公式(3)，计算出a0；当介电常数为e1时，重复上述手段，得出a1；在取得n组(e，a)对应关系后，通过曲线拟合，得出介电常数和衰减规律的对应关系a＝f(e)。
5.根据权利要求4所述的检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其特征在于：将传感器发射功率从最小到最大分为m档，其中初始在空气中上电时的功率为最小档1档，接收机能解析的最小幅值为经验设定值Amin。
6.根据权利要求5所述的检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其特征在于：将传感器放入钻头后进行空气中的3米标定，记录3米时的信号幅值为A3。
7.根据权利要求6所述的检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其特征在于：利用mcu通过水位传感器和介电常数传感器实时检测施工环境的水深和介电常数。
8.根据权利要求7所述的检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其特征在于：调整发射功率的流程包括以下步骤：
S1、记录初始上电功率E0；
S2、检测水深和介电常数；
S3、计算实时到达接收机幅值Ax；
S4、判断Ax与Amin的关系；
S5、当1.5Amin＜Ax＜4Amin，重新开始S2；
S6、当Ax＞4Amin，减小发射功率到第一档，重新开始S2；
S7、当Ax＜1.5Amin，增大发射功率到高一档，重新开始S2；
S8、从总功率中排除掉损耗的功率。
9.根据权利要求8所述的检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其特征在于：接收机接收到当前的发射功率档位后，调整深度，计算公式为：
Ddisp＝(A/A3)^(1/(f(e))) (4)。
10.定向钻传感器，应用于上述权利要求1-9中任意一项所述的检测水深和介电常数并功率自调整的方法，其特征在于：包括电池、MCU、发射天线、介电常数传感器和水位传感器；
所述电池用于供电；
所述MCU用于分析处理传感数据：
所述发射天线用于发射信号；
所述介电常数传感器用于检测施工环境的介电常数；
所述水位传感器用于检测施工环境的水深。
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