專利名稱：基于同軸電纜以太網(wǎng)的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)及測(cè)井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種石油測(cè)井系統(tǒng)中的井下儀器總線系統(tǒng)及測(cè)井方法，更具體地涉及基于同軸電纜以太網(wǎng)的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)及測(cè)井方法。
背景技術(shù)：
測(cè)井，也叫地球物理測(cè)井或石油測(cè)井，是利用巖層的電化學(xué)特性、導(dǎo)電特性、聲學(xué)特性、放射性等地球物理特性，測(cè)量地球物理參數(shù)的方法，屬于應(yīng)用地球物理方法(包括重、磁、電、震、測(cè)井)之一。一般按所探測(cè)的巖石物理性質(zhì)或探測(cè)目的可分為電法測(cè)井、聲波測(cè)井、放射性測(cè)井、地層傾角測(cè)井、氣測(cè)井、地層測(cè)試測(cè)井、鉆氣測(cè)井等。把利用電、磁、聲、熱、核等物理原理制造的各種測(cè)井儀器，由測(cè)井電纜下入井內(nèi)，使地面電測(cè)儀可沿著井筒連續(xù)記錄隨深度變化的各種參數(shù)。通過(guò)表示這類參數(shù)的曲線，來(lái)識(shí)別地下的巖層，如油、氣、水層、煤層、金屬礦床等。 為了提高地層的測(cè)量分辨率和適應(yīng)復(fù)雜地層測(cè)井，當(dāng)今測(cè)井儀器具有越來(lái)越多的種類，并且實(shí)現(xiàn)越來(lái)越復(fù)雜。測(cè)井時(shí)需要將多個(gè)井下儀器組合成一串下井測(cè)量，每ー個(gè)井下儀器都需要與地面軟件通訊，包含上傳數(shù)據(jù)和下傳控制命令、配置參數(shù)等。這在測(cè)量過(guò)程中也產(chǎn)生了大量的原始數(shù)據(jù)。目前，測(cè)井系統(tǒng)中正在大量使用的井下儀器總線有DTB總線，通訊速率約為100Kbps ；1553B總線，通訊速率約為400Kbps ；RS485總線，通訊速率約為500Kbps ;CAN總線，通訊速率約為800Kbps。這些設(shè)備流量小，限制了很多井下儀器的數(shù)據(jù)傳輸，致使不得不放棄了大量的原始數(shù)據(jù)，從而對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的事后分析造成了很大障礙。此夕卜，井下儀器總線是和電纜傳輸系統(tǒng)進(jìn)行配合的，一般總線的通訊速率要大于電纜數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，這樣才能充分地發(fā)揮電纜數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的性能。LeapSOO新一代測(cè)井系統(tǒng)中的電纜傳輸系統(tǒng)傳輸速率在IOOOKbps以上，這樣井下儀器的總線速率必須在2000Kbps以上才能滿足新一代的測(cè)井儀器大數(shù)據(jù)量的傳輸需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了保證所有的井下儀器能夠與地面系統(tǒng)快速、可靠的通訊，必須建立一套完整的、可靠的、能夠滿足儀器數(shù)據(jù)傳輸要求的井下儀器總線系統(tǒng)。同軸電纜以太網(wǎng)總線技術(shù)出現(xiàn)在以太網(wǎng)發(fā)展的早期，具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性，是局域網(wǎng)中最常見(jiàn)的技術(shù)之一。為了把大量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?，使用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法將同軸電纜以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于測(cè)井井下儀器的通訊，從而提高了井下儀器總線的通訊速率。本發(fā)明一方面涉及ー種測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)，包括井下遙傳、至少ー個(gè)井下儀器，其特征在于所述井下遙傳和至少ー個(gè)井下儀器采用同軸電纜以太網(wǎng)總線連接，形成一局域網(wǎng)；其中所述井下遙傳包含作為該局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元的井下遙傳通訊板，其與同軸電纜以太網(wǎng)總線接ロ，以實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與同軸電纜以太網(wǎng)總線上的同軸信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換；并且所述井下儀器分別包含各自的、作為該局域網(wǎng)的普通網(wǎng)元的井下儀器通訊板，各井下儀器通訊板具有各自預(yù)定義的靜態(tài)IP地址和MAC地址，并且與同軸電纜以太網(wǎng)總線接ロ，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的井下儀器的原始數(shù)據(jù)與同軸電纜以太網(wǎng)總線上的同軸信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明所述的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)采用T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在又一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明所述的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)采用TCP和/或UDP協(xié)議進(jìn)行通信。本發(fā)明的另一方面涉及ー種使用上述測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)井的方法，其特征在于包括從井下儀器獲取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)至同軸電纜以太網(wǎng)總線并進(jìn)而經(jīng)由井下遙傳發(fā)送給地面系統(tǒng)的步驟和從地面系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)并經(jīng)由井下遙傳發(fā)送給同軸電纜以太網(wǎng)總線并按照所述靜態(tài)IP地址和MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的井下儀器的步驟。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，采用T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置所述總線。
在又一優(yōu)選實(shí)施例中，采用TCP和/或UDP協(xié)議進(jìn)行通信。通過(guò)使用同軸電纜以太網(wǎng)總線，提升了總線速率和可靠性，同軸線以太網(wǎng)本身可以達(dá)到IOMbps甚至更高的通訊速率。另外，采用T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通訊板上原始信號(hào)與同軸信號(hào)隔離，總線上任ー儀器故障均不會(huì)影響其它儀器通訊，仍然可以繼續(xù)工作，而且總線故障不會(huì)沿總線傳播至其它儀器，從而避免了因此而損壞其它儀器和電路板。再有，成熟的TCP和UDP協(xié)議可供軟件使用，可以方便的與外部網(wǎng)絡(luò)連接，為遠(yuǎn)程更新升級(jí)儀器提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。此外，各個(gè)通訊板在結(jié)構(gòu)上可以相同的，這使得儀器生產(chǎn)方便快捷，便于維護(hù)。


通過(guò)參考以下描述和用于示出各個(gè)實(shí)施例的附圖可以最好地理解實(shí)施例。在附圖中
圖I是本發(fā)明的總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明所使用的井下儀器通訊板的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式圖I是本發(fā)明的總線系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)10包括井下遙傳100，至少ー個(gè)井下儀器20(^-20(^和同軸電纜以太網(wǎng)總線300。井下遙傳100和井下儀器20(^-20(^構(gòu)成ー個(gè)局域網(wǎng)。該局域網(wǎng)可以采用已知的TCP和/或UDP協(xié)議等作為通信協(xié)議。在每個(gè)井下儀器20(^-20(^中分別包括通訊板40(^-40(^，其與總線300連接，作為該局域網(wǎng)的普通網(wǎng)元。在井下遙傳100中包含另外的通訊板500，其與總線連接(我們把這個(gè)接ロ叫做網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元)。多個(gè)普通網(wǎng)元和網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元之間通訊方式即井下總線。系統(tǒng)10的局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)選T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖I所示。在圖I中，井下遙傳內(nèi)的通訊板500作為該局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)和路由，地面系統(tǒng)的測(cè)井PC可以通過(guò)井下遙傳與井下儀器通訊，以實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與同軸電纜以太網(wǎng)總線300上的同軸信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。而每ー個(gè)井下儀器則作為該局域網(wǎng)的T型節(jié)點(diǎn)，只是由于井下儀器的串接方式?jīng)Q定了最下方的儀器必須通過(guò)上方儀器中的貫通線相連，但是從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)仍然屬于T型總線結(jié)構(gòu)，即使有一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，也不會(huì)影響其它節(jié)點(diǎn)正常工作。每ー個(gè)井下儀器的通訊板40(^-40(^具有各自預(yù)定義好的靜態(tài)IP地址和MAC地址，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的井下儀器20(^-20(^的原始數(shù)據(jù)與同軸電纜以太網(wǎng)總線300上的同軸信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。通訊板不僅完成井下儀器與地面系統(tǒng)的通訊功能，還能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程在線更新通訊板內(nèi)固件程序。各個(gè)井下儀器的通訊板40(^-40(^在結(jié)構(gòu)上可以不同，只要在功能上能夠?qū)崿F(xiàn)以太網(wǎng)通訊的差分信號(hào)和同軸信號(hào)間的相互轉(zhuǎn)換即可，這樣的功能是通過(guò)圖2所示的基本結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。但是為了生產(chǎn)和維護(hù)方便，優(yōu)選地，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)將其做成統(tǒng)ー的形式，這樣還有一個(gè)更大的好處就是各個(gè)儀器的通訊板之間可以互換，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)維修具有重要的意義。系統(tǒng)10還包括底鼻600，其是同軸網(wǎng)絡(luò)的匹配電阻，它使用在同軸網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，在遙傳通訊板中也有ー個(gè)匹配電阻(未示出)。
圖2是井下儀器的通訊板40(^-40(^的基本結(jié)構(gòu)框圖。如圖所示，第一嵌入式處理器402連接在相應(yīng)的第一同步串ロ 404和相應(yīng)的第一以太網(wǎng)控制芯片410之間；所述第一以太網(wǎng)控制芯片410連接相應(yīng)的第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片；第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片414連接以太網(wǎng)總線300 ;第一隔離變壓器412連接在相應(yīng)的第一以太網(wǎng)控制芯片410和第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片414之間；另外，連接到所述第一嵌入式處理器402的還有第一存儲(chǔ)器406以及第一數(shù)字信號(hào)處理器408。在構(gòu)建了通訊板的硬件結(jié)構(gòu)后，對(duì)通訊板進(jìn)行軟件編程。使得通訊板的主要功能一方面是獲取井下儀器數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)至以太網(wǎng)總線；另一方面是按照所述靜態(tài)IP地址和MAC地址從以太網(wǎng)總線接收信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)給井下儀器。為了實(shí)現(xiàn)第一方面，由井下儀器通訊板的第一嵌入式處理器402通過(guò)與井下儀器20(^-20(^間的井下儀器通訊板的第一同步串ロ 404通訊獲取井下儀器20(^-20(^的數(shù)據(jù)；將第一嵌入式處理器402所獲取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下儀器通訊板的第一存儲(chǔ)器406中；由井下儀器通訊板的第一數(shù)字信號(hào)處理器408 (DSP)對(duì)第一嵌入式處理器所獲取的、并存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器406中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理；由井下儀器通訊板的第一以太網(wǎng)控制芯片410接收經(jīng)過(guò)第一數(shù)字信號(hào)處理器408計(jì)算和處理并由第一嵌入式處理器調(diào)整格式后的數(shù)據(jù)并且可以根據(jù)TCP或UDP協(xié)議將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)差分信號(hào)；由井下儀器通訊板的第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片414將來(lái)自所述第一以太網(wǎng)控制芯片410的、并經(jīng)過(guò)井下儀器通訊板的第一隔離變壓器412的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為同軸信號(hào)以發(fā)送至同軸電纜以太網(wǎng)總線300上。優(yōu)選地，所述第一存儲(chǔ)器進(jìn)一歩包括第一隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和第一閃存(FLASH)，所述第一閃存(FLASH)中存儲(chǔ)著事先編寫(xiě)好的程序，在所述通訊板上電后，將閃存(FLASH)中的程序分別引導(dǎo)到第一隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中運(yùn)行，以對(duì)存儲(chǔ)在在所述第一隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中的所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，此后程序執(zhí)行過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)包括處理器所獲取的儀器的原始數(shù)據(jù)以及經(jīng)過(guò)第一數(shù)字信號(hào)處理器408計(jì)算和處理后的數(shù)據(jù)都會(huì)存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中。在從以太網(wǎng)總線接收信號(hào)的過(guò)程中，按照所述靜態(tài)IP地址和MAC地址，由相應(yīng)的井下儀器的第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片接收來(lái)自同軸電纜以太網(wǎng)總線300上的同軸信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)；由井下儀器的第一以太網(wǎng)控制芯片接收所轉(zhuǎn)換的、并經(jīng)過(guò)井下儀器的第一隔離變壓器的差分信號(hào)并將其進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換；由井下儀器的第一嵌入式處理器接收經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；將經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下儀器的第一存儲(chǔ)器中；由井下儀器的第一數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)儲(chǔ)存在第一存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理；并且由井下儀器的第一嵌入式處理器將經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理的數(shù)據(jù)經(jīng)由井下儀器的第一同步串ロ發(fā)送給相應(yīng)的井下儀器。井下遙傳通訊板500基本結(jié)構(gòu)與圖2中所示的井下儀器的通訊板40(^-40(^的結(jié)構(gòu)相同，但其他部件也可以不同，然而在優(yōu)選實(shí)施例中，其二者的結(jié)構(gòu)完全相同，以便于維護(hù)和更換。在這里僅以文字描述其結(jié)構(gòu)和功能。井下遙傳通訊板500包括第二嵌入式處理器，連接在第二同步串口和第二以太網(wǎng)控制芯片之間；第二以太網(wǎng)控制芯片連接第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片；第ニ以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片連接以太網(wǎng)總線300 ;第二隔離變壓器連接在第二以太網(wǎng)控制芯片和第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片之間；另外，連接到所述第二嵌入式處理器的
還有第二存儲(chǔ)器以及第ニ數(shù)字信號(hào)處理器。在構(gòu)建了井下遙傳通訊板500通訊板的硬件結(jié)構(gòu)后，對(duì)通訊板進(jìn)行軟件編程。使得該通訊板的主要功能一方面是獲取地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)至以太網(wǎng)總線；另一方面是從以太網(wǎng)總線接收信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)給地面系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)第一方面，由井下遙傳通訊板的第二嵌入式處理器經(jīng)由井下遙傳通訊板的第二同步串ロ獲取地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；將第二嵌入式處理器所獲取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下遙傳通訊板的第二存儲(chǔ)器中；由井下遙傳通訊板的第二數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)第二嵌入式處理器所獲取的、并存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理；由井下遙傳通訊板的第二以太網(wǎng)·控制芯片接收經(jīng)過(guò)第二數(shù)字信號(hào)處理器計(jì)算和處理并由第二嵌入式處理器調(diào)整格式后的數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)差分信號(hào)；由井下遙傳通訊板的第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片將來(lái)自所述第二以太網(wǎng)控制芯片的、并經(jīng)過(guò)井下遙傳通訊板的第二隔離變壓器的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為同軸信號(hào)以發(fā)送至同軸電纜以太網(wǎng)總線上。優(yōu)選地，所述第二存儲(chǔ)器進(jìn)ー步包括第二隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和第二閃存(FLASH)，所述第二閃存(FLASH)中存儲(chǔ)著事先編寫(xiě)好的程序，在所述通訊板上電后，將閃存(FLASH)中的程序分別引導(dǎo)到第二隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中運(yùn)行，以對(duì)存儲(chǔ)在在所述第二隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中的所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，此后程序執(zhí)行過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)包括處理器所獲取的儀器的原始數(shù)據(jù)以及經(jīng)過(guò)第二數(shù)字信號(hào)處理器計(jì)算和處理后的數(shù)據(jù)都會(huì)存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中。為了實(shí)現(xiàn)第二方面，由井下遙傳通訊板的第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片接收來(lái)自同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)上的同軸信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)；由井下遙傳通訊板的第二以太網(wǎng)控制芯片接收所轉(zhuǎn)換的、并經(jīng)過(guò)井下遙傳通訊板的第二隔離變壓器的差分信號(hào)并將其進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換；由井下遙傳通訊板的第二嵌入式處理器接收經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；將經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下遙傳通訊板的第二存儲(chǔ)器中；由井下遙傳通訊板的第二數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)儲(chǔ)存在第二存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理；并且由第二嵌入式處理器將經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理的數(shù)據(jù)經(jīng)由井下遙傳通訊板的第二同步串ロ發(fā)送給地面系統(tǒng)
總之，通過(guò)對(duì)井下儀器通訊板、井下遙傳通訊板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行如上配置并使用同軸電纜以太網(wǎng)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)快速、可靠的測(cè)井?？梢詫?shí)現(xiàn)井下總線帶寬為10M，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)遙傳需求，而且可以隨時(shí)開(kāi)發(fā)到100M。另外，儀器組網(wǎng)非常簡(jiǎn)單方便，只要配置好IP地址就可以通信。使用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以和任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)接，而且方便管理軟件開(kāi)發(fā)。整個(gè)總線系統(tǒng)可以直接掛接到互聯(lián)網(wǎng)上，通過(guò)TCP/IP協(xié)議直接操作和控制。以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制。因此，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方法的原理和隨附權(quán)利要求書(shū)所保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明做出各種修改、變化。
權(quán)利要求
1.ー種測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)(10)，包括井下遙傳(100)、至少ー個(gè)井下儀器(20(^-20(^),其特征在于 所述井下遙傳(100 )和至少ー個(gè)井下儀器(200r200n)采用同軸電纜以太網(wǎng)總線(300 )連接，形成一局域網(wǎng)；其中 所述井下遙傳(100)包含作為該局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元的井下遙傳通訊板(500)，其與同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)接ロ，以實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)上的同軸信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換；并且 所述井下儀器QOO1^OOn)分別包含各自的、作為該局域網(wǎng)的普通網(wǎng)元的井下儀器通訊板UOO1-^On),各井下儀器通訊板UOO1-^On)具有各自預(yù)定義的靜態(tài)IP地址和MAC地址，并且與同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)接ロ，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的井下儀器(20040(^)的原始數(shù)據(jù)與同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)上的同軸信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。
2.如權(quán)利要求I所述的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)(10)，其中所述局域網(wǎng)采用T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求I所述的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)(10)，其中所述局域網(wǎng)采用TCP和/或UDP協(xié)議進(jìn)行通信。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)(10)，其中 所述井下儀器通訊板UOO1-^On)每ー個(gè)均包括第一嵌入式處理器(402)、第一同步串ロ(404)、第一存儲(chǔ)器(406)、第一數(shù)字信號(hào)處理器(408)、第一以太網(wǎng)控制芯片(410)、第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(414)以及第ー隔離變壓器(412)，其中 所述第一嵌入式處理器(402)連接在相應(yīng)的第一同步串ロ(404)和相應(yīng)的第一以太網(wǎng)控制芯片(410)之間，以將經(jīng)由第一同步串ロ(404)從相應(yīng)的井下儀器(20(^-20(^)所獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并發(fā)送給相應(yīng)的第一以太網(wǎng)控制芯片(410)以及將從相應(yīng)的第一以太網(wǎng)控制芯片(410)所獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并經(jīng)由第一同步串ロ(404)發(fā)送給相應(yīng)的第一井下儀器(200r200n)； 所述第一以太網(wǎng)控制芯片(410)連接在相應(yīng)的第一嵌入式處理器(402)和相應(yīng)的第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(414)之間，以接收來(lái)自相應(yīng)的第一嵌入式處理器的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)差分信號(hào)以發(fā)送給相應(yīng)的第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(414)以及從相應(yīng)的第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(414)接收信號(hào)； 所述第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(414)連接在相應(yīng)的第一以太網(wǎng)控制芯片(410)和同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)之間，以將來(lái)自相應(yīng)的第一以太網(wǎng)控制芯片(410)的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為同軸信號(hào)以發(fā)送至同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)上以及從同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)接收同軸信號(hào)并轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)； 所述第一隔離變壓器(412)連接在相應(yīng)的第一以太網(wǎng)控制芯片(410)和第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(414)之間，用于隔離差分信號(hào)與同軸信號(hào)； 第一存儲(chǔ)器(406 )，連接到所述第一嵌入式處理器(402)，用于存儲(chǔ)所獲取的數(shù)據(jù)； 第一數(shù)字信號(hào)處理器(408)，連接到所述第一嵌入式處理器(402)從而對(duì)嵌入式處理器所獲取的、并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理； 并且其中所述井下遙傳(100)包括第二嵌入式處理器、第二同步串ロ、第二存儲(chǔ)器、第二數(shù)字信號(hào)處理器、第二以太網(wǎng)控制芯片、第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片以及第ニ隔離變壓器，其中 所述第二嵌入式處理器連接在第二同步串口和第二以太網(wǎng)控制芯片之間，以將經(jīng)由第ニ同步串ロ從所述地面系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并發(fā)送給第二以太網(wǎng)控制芯片以及將從第ニ以太網(wǎng)控制芯片所獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并經(jīng)由第二同步串ロ(404)發(fā)送給所述地面系統(tǒng)； 所述第二以太網(wǎng)控制芯片連接在第二嵌入式處理器和第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片之間，以接收來(lái)自第二嵌入式處理器的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)差分信號(hào)以發(fā)送給第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片以及從第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片接收信號(hào); 所述第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片連接在第二以太網(wǎng)控制芯片和同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)之間，以將來(lái)自第二以太網(wǎng)控制芯片的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為同軸信號(hào)以發(fā)送至同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)上以及從同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)接收同軸信號(hào)并轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)； 所述第二隔離變壓器連接在第二以太網(wǎng)控制芯片和第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片之間，用于隔離差分信號(hào)與同軸信號(hào)； 第二存儲(chǔ)器，連接到所述第二嵌入式處理器，用于存儲(chǔ)所獲取的數(shù)據(jù)； 第二數(shù)字信號(hào)處理器，連接到所述第二嵌入式處理器從而對(duì)嵌入式處理器所獲取的、并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理。
5.如權(quán)利要求4所述的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)(10)，其中所述第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器分別進(jìn)一歩包括第一、第二隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和第一、第二閃存(FLASH)，所述第一、第二閃存(FLASH)中存儲(chǔ)著事先編寫(xiě)好的程序，在所述通訊板上電后，將各自閃存(FLASH)中的程序分別引導(dǎo)到第一、第二隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中運(yùn)行，以分別對(duì)存儲(chǔ)在在所述第一、第二隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中的所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理。
6.如權(quán)利要求5所述的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)(10)，所述井下儀器通訊板(400r400n)和井下遙傳通訊板(500)在結(jié)構(gòu)上是完全相同的。
7.ー種使用權(quán)利要求I所述的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)(10)進(jìn)行測(cè)井的方法，其特征在于包括從井下儀器(200r200n)獲取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)至同軸電纜以太網(wǎng)總線(300 )并進(jìn)而經(jīng)由井下遙傳(100)發(fā)送給地面系統(tǒng)的步驟和從地面系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)并經(jīng)由井下遙傳(100)發(fā)送給同軸電纜以太網(wǎng)總線并按照所述靜態(tài)IP地址和MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的井下儀器的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中從井下儀器(20(^-20(^)獲取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)至同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)并進(jìn)而經(jīng)由井下遙傳(100)發(fā)送給地面系統(tǒng)的步驟包括如下子步驟 由井下儀器通訊板的第一嵌入式處理器(402)通過(guò)與井下儀器(20(^-20(^)間的井下儀器通訊板的第一同步串ロ(404)通訊獲取井下儀器(20(^-20(^)的數(shù)據(jù)； 將第一嵌入式處理器(402)所獲取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下儀器通訊板的第一存儲(chǔ)器(406)中； 由井下儀器通訊板的第一數(shù)字信號(hào)處理器(408)對(duì)第一嵌入式處理器所獲取的、并存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器(406)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理； 由井下儀器通訊板的第一以太網(wǎng)控制芯片(410)接收經(jīng)過(guò)第一數(shù)字信號(hào)處理器(408)計(jì)算和處理并由第一嵌入式處理器調(diào)整格式后的數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)差分信號(hào); 由井下儀器通訊板的第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(414)將來(lái)自所述第一以太網(wǎng)控制芯片(410)的、并經(jīng)過(guò)井下儀器通訊板的第一隔離變壓器(412)的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為同軸信號(hào)以發(fā)送至同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)上； 由井下遙傳通訊板的第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片接收來(lái)自同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)上的同軸信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)； 由井下遙傳通訊板的第二以太網(wǎng)控制芯片接收所轉(zhuǎn)換的、并經(jīng)過(guò)井下遙傳通訊板的第ニ隔離變壓器的差分信號(hào)并將其進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換； 由井下遙傳通訊板的第二嵌入式處理器接收經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)； 將經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下遙傳通訊板的第二存儲(chǔ)器中； 由井下遙傳通訊板的第二數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)儲(chǔ)存在第二存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理；并且 由第二嵌入式處理器將經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理的數(shù)據(jù)經(jīng)由井下遙傳通訊板的第二同步串ロ發(fā)送給地面系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述從地面系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)并經(jīng)由井下遙傳(100)發(fā)送給同軸電纜以太網(wǎng)總線并按照所述靜態(tài)IP地址和MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)給井下儀器的步驟包括以下子步驟 由井下遙傳通訊板的第二嵌入式處理器經(jīng)由井下遙傳通訊板的第二同步串ロ獲取地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)； 將第二嵌入式處理器所獲取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下遙傳通訊板的第二存儲(chǔ)器中； 由井下遙傳通訊板的第二數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)第二嵌入式處理器所獲取的、并存儲(chǔ)在第ニ存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理； 由井下遙傳通訊板的第二以太網(wǎng)控制芯片接收經(jīng)過(guò)第二數(shù)字信號(hào)處理器計(jì)算和處理并由第二嵌入式處理器調(diào)整格式后的數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)差分信號(hào)； 由井下遙傳通訊板的第二以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片將來(lái)自所述第二以太網(wǎng)控制芯片的、并經(jīng)過(guò)井下遙傳通訊板的第二隔離變壓器的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為同軸信號(hào)以發(fā)送至同軸電纜以太網(wǎng)總線上； 按照所述靜態(tài)IP地址和MAC地址，由相應(yīng)的井下儀器的第一以太網(wǎng)差分一同軸信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片接收來(lái)自同軸電纜以太網(wǎng)總線(300)上的同軸信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)； 由井下儀器的第一以太網(wǎng)控制芯片接收所轉(zhuǎn)換的、并經(jīng)過(guò)井下儀器的第一隔離變壓器的差分信號(hào)并將其進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換； 由井下儀器的第一嵌入式處理器接收經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)； 將經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下儀器的第一存儲(chǔ)器中； 由井下儀器的第一數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)儲(chǔ)存在第一存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理；并且由井下儀器的第一嵌入式處理器將經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理的數(shù)據(jù)經(jīng)由井下儀器的第一同步串ロ發(fā)送給相應(yīng)的井下儀器。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的方法，其中將所述局域網(wǎng)配置為T(mén)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的方法，其中采用TCP和/或UDP協(xié)議在所述局域網(wǎng)中進(jìn)行通信。
12.如權(quán)利要求8或9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器分別進(jìn)ー步包括第一、第二隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和第一、第二閃存(FLASH)，將事先編寫(xiě)好的程序存儲(chǔ)在所述第一、第二閃存(FLASH)中，在所述通訊板上電后，將各自閃存(FLASH)中的程序分別引導(dǎo)到第一、第二隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中運(yùn)行，以分別對(duì)存儲(chǔ)在在所述第一、第二隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中的所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程在線更新井下儀器通訊板以及井下遙傳通訊板內(nèi)的程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于同軸電纜以太網(wǎng)的測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)及測(cè)井方法。本發(fā)明提供一種測(cè)井井下儀器總線系統(tǒng)，包括井下遙傳、至少一個(gè)井下儀器，其特征在于所述井下遙傳和至少一個(gè)井下儀器采用同軸電纜以太網(wǎng)總線連接，形成一局域網(wǎng);其中所述井下遙傳包含作為該局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元的井下遙傳通訊板，其與同軸電纜以太網(wǎng)總線接口，以實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與同軸電纜以太網(wǎng)總線上的同軸信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換；并且所述井下儀器分別包含各自的、作為該局域網(wǎng)的普通網(wǎng)元的井下儀器通訊板，各井下儀器通訊板具有各自預(yù)定義的靜態(tài)IP地址和MAC地址，并且與同軸電纜以太網(wǎng)總線接口，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的井下儀器的原始數(shù)據(jù)與同軸電纜以太網(wǎng)總線上的同軸信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)E21B47/12GK102839971SQ20111016747
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者陳文軒, 陳文 , 肖加奇, 汪新國(guó), 岳宏圖, 裴彬彬 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司