Здравствуйте. Возникла у нас такая задача. Необходимо передавать медленный (хотябы раз в час) сигнал из автономного прибора в скважине наверх. Скважина заполнена нефтью, которую качает снизу насос, под насосом автономный прибор, замеряющий температуру и давление. Прибор просто болтается на обычном тросе (не геофизическом кабеле) на несколько метров ниже насоса. Полностью автономный. Работает порядка месяца. В процессе работы нужно периодически снимать с него данные. Вытаскивать каждый раз насос - слишком дорого. Скважина глубиной километр или несколько...
Подскажите, пожалуйста, чем это можно обеспечить, какие мысли.
Звук не передашь - насос гудит.
Давление не передашь - насос сам даёт скачки давления.
Поскольку прибор автономный, очертенную энергию взять неоткуда...
В скважине находится металлическая труба (т.н. "обсадная колонна), но рассчитывать на её проводимость не приходится - она набирается из коротких стыков скручиванием по резьбе, всё это махом ржавеет. Плюс в некоторых местах делается т.н. "перфорация", т.е. прострелы этой колонны для того, чтобы нефть сливалась в трубу в образовавшиеся отверстия. Отверстия делаются взрывом, может всё разнести :)) Т.е. электрического контакта по этой колонне снизу наверх может не быть :)

ну так если есть какая-то опорная частота, которая легко выделяется из шума, то тогда и с накоплением не надо заморачиваться, модулируй себе эту частоту, да и все. в том то и дело, что предполагается некоторый спектр шума, забивающий рабочий сигнал (хоть импульсный, хоть частотный)

Сообщение отредактировал stells - Jan 23 2009, 06:55

Ну так в таком случае берут две частоты, выделяют обе, и потом определяют, какая больше. Еще можно добавить коды коррекции ошибок итд. Было бы желание и время.

в общем я так понимаю, что пока "вменяемых" только 3 варианта:
1.звук (инфразвук) по обсадной колонне
2.звук (инфразвук) по корпусу насоса и тросу
3.ультразвук по прокачиваемой среде

А катушку там можно как-то развернуть?

это к автору вопрос, а он что-то пропал... и вообще к нему есть еще вопросы:
1.кабель насоса отдельный или он находится в тросе? (есть и такие, и такие варианты)
2.есть ли водо-(нефте-)отливная труба или качают по обсадке? (тоже бывают оба варианта)

А я думаю так:
На насосе -позади , закрепить блок турбинкой (эл. питание) и инфзв. излучателем , а труба будет резонатором(кстати , а как ВЧ-СВЧ, труба-волновод?)
Ну, а с прибора передавать на этот блок, как-нибудь, там недалеко.

Отошли от сважины на пару километров, поставили геофоны.
Шумы от устья скважины будут распростаняться поверхностной волной.
Геофон с вертикальной чуствительностью, для поверхностной волны - развязка дБ20 -30.
Можно сделать кольцевой ров и бетонный концентратор - еще дБ20.
Поставили N геофонов в ряд по радиусу от скважины с шагом метров 2-5, у поверхностной волны большая дисперсия, поэтому после корреляционного приема эти сигналы можно рассматривать как независимые - еще 10lgN дБ.
При частоте звукового сигнала порядка 10Гц и времени приема 1000сек - еще набегает 40дБ за счет накопления.
На 2х частотном коде за час можно будет 12 бит передать.
Так реально набрать энергетику канала дБ 90-100.
Если, как говорил Microwatt, набрать статистику по шумам скважины и работать в "чистых окнах" - то на узкополосной фильтрации еще дБ40-60 набрать можно.
Если статистика нестационарная, то передавать можно на нескольких частотах одновременно - какая нибудь да и пройдет.
Как я понял, насос находится на глубине, поэтому в этом случае затухание для звука от него будет такое же как и для полезного сигнала, а с/ш мы улучшили ухищрениями.

Кореляционный прием по полной программе в режиме вхождения в связь, - т.е поиск по возможным вариантам фазового сдвига (а если все это дело движется , то и по частоте). На частоте 10-100Гц на плисине такой многоканальный коррелятор и для приема от десятков геофонов, как мне кажется, вполне реально сделать.
Поэтому даже если насос и излучает десятки кВт звука (механика, пульсации давления и т.д.) то для передатчика потребуется мощность значительно меньше 1Вта.

Krys, ну что Вы так эмоционально все воспринимаете. Я же Вам сказал - ориентация на передачу звуком правильная. Идите по этому пути, и все должно получиться. Вам здесь уже, практически, расписали все возможные варианты - как и почему. Усилиями ув. Microwatt-та и других участников форума. Мы пришли примерно к тем же выводам. Вторая часть идеи - как все сделать при температурах до 300 градусов - для Вас просто не актуальна, так как в условиях вашей задачи температура ограничена цифрой 125. Можно все сделать средствами обычной электроники, никаких проблем. Что еще Вам нужно для решения этой задачи...
-------------
P.S. Уважаемому Wise - спасибо за понимание и моральную поддержку.

что-то у меня мысль одна крутится по поводу измерения давления под насосом (кстати насколько я знаю оно называется статическим давлением пласта) и я не могу сообразить, насколько она правильная...
итак, снизу на насос давит это самое статическое давление пласта, которое со временем меняется и которое нужно измерять. а сверху на него давит столб нефти. тогда измерив давление столба и натяжение кабеля вроде бы можно вычислить и давление под насосом? может быть в расчетах нужно еще учитывать массу самого насоса и участка кабеля от насоса до измерительного устройства (динамометр что-ли какой-то)...

Да, синхронное детектирование - хороший метод. Необязательно точное совпадение сигналов по частоте. Потом это можно в дополнительном фильтре обработать.
Но тут, при накоплении, метод еще изощренниее. Я давненько на практике с этим не работал, но примерно схема такая.
Входной сигнал подают на детектор (синхронный детектор, кольцевой модулятор или что-то вроде) и, параллельно, на линию задержки. Время задержки равно периоду входной частоты. Сигнал с линии задержки и управляет смесителем (детектором). Если во входном сигнале есть периодический, даже очень малый на уровне шума, полезный сигнал, то происходит самозахват, самосинхронизация детектора. Далее нужно только накопить сигнал в интеграторе (ну, простой RCфильтр иногда работает).
Не подскажу сейчас где это подробно найти с оценками, расчетами. Но это стоит поискать для решения поставленной задачи! Помню, что метод дает уверенное обнаружение сигнала на 50-60дБ ниже уровня шумов.
Сознаюсь, вдруг так задымил фитиль внутри от этой задачи.... Как много лет назад. Когда говорили: "Пойди туда, не знаю куда, придумай то, не знаем что, но через год страна должна таки это иметь. Иначе, быть тебе без квартальной премии, а может, и без почетной грамоты!".
Копировать нудно. А решить безнадежное, на первый взгляд, кто решал единожды - поймет.

да, Вы правы, должно работать... т.е. Вы считаете, что все-таки звук на частотах ниже спектра шумов насоса и по обсадной трубе? вот с передачей по обсадной трубе сомнения... если у автора есть знакомый оператор на скважине, то он может попросить его взять кувалду, шарахнуть по трубе и потом попытаться услышать эхо с помощью стетоскопа

Это называется автокорреляционный приемник. При входном отношении сигнал-шум меньше 1 выигрыш в отношении сигнал-шум примерно равен произведению базы сигнала на входное отношение сигнал-шум. На низких частотах есть трудности техницкой реализации - например, аналоговая линия задержки с большим динамическим диапазоном. Правда, можно еще на входе поставить фильтры - поднять отношение сигнал-шум.

Совершенно ага! Да, и соотношение теперь вспоминаю... Там по теории если наблюдать неограниченно долго, то можно выделить все, что угодно. Даже вспышку свечи на Марсе.
Задержать сигнал точно на 5-10мс в цифровой линии задержки сейчас вполне мыслимо. При несущей в 100Гц десять тысяч периодов...100секунд займет обнаружение на фоне помех в 10000 раз выше сигнала. В данном случае такое время приемлемо вполне.
Должна получиться в итоге достаточно компактная реализация.
Там только по входу не помню АРУ допустимо? Динамика сигнала по входу может быть рядом с дизелем на приводе впечатляющая.....
Стоит покопать метод.

Есть и третий-попытаться продать ваше техническое решение.Польза для обеих сторон.
Правда, у нас продажа результатов интеллектуального труда (своего), сродни потере целомудрия.

К сожалению, не все, что угодно. Например импульс с заполнением несущей и ему подобные - нельзя. У него эффективная ширина спектра обратно пропорциональна длительности, т.е. база равна единице. Можно выделять сложные сигналы, например, с линейной ЧМ, еще лучше - псевдослучайные. Вообще, корреляционный прием лучше - это когда есть копия сигнала и сообщение заключается в факте его прибытия. Так что лучше всего автору организовать что-нить типа приемника прямого преобразования.

Не очень хороший вариант, поскольку а-ц преобразования - нелинейная операция, отношение сигнал-шум она ухудшит. Есть, правда, коррелометры с добавлением шума по входам, но шумы должны быть независмы, а тут какие шумы - неизвестно.