【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于井下聲學定位，具體涉及一種高精度時間同步多參量井下聲學定位系統及方法。
技術介紹
1、井下聲學定位技術是一種利用聲波測定油氣井、地下管道等封閉環境中目標物體或設備位置的技術。與電磁波定位相比，聲波不容易受到電磁干擾，且在液體介質中的傳播效果更佳、衰減較小，從而能夠在油氣井、地下管道等環境中提供更加穩定和精準的定位信號。這使得聲學定位技術在復雜的井下環境中得到廣泛應用，對保障生產安全和提升工作效率具有重要意義。
2、在實際應用中，由于地下環境的復雜性，定位精度往往會受到環境噪聲和反射的影響。高精度時間同步技術能夠確保各個測量點之間的時間同步，極大地減少因時間偏差引起的定位誤差。此外，采用多參量聲學定位技術能夠更有效地應對環境變化和復雜條件，有效減小環境噪聲、反射和多路徑效應對定位的影響。尤其在油氣井、地下管道和狹窄空間等特殊場所，該技術具有顯著優勢。通過結合多參量聲學定位與高精度時間同步技術，使得井下聲學定位能夠在復雜環境中更加精確和穩定，從而提升工作效率并有效降低風險。
技術實現思路
1、鑒于上述，本專利技術提供了一種高精度時間同步多參量井下聲學定位系統及方法，能夠實現井下聲學定位，具有定位精確度高、動態測量范圍廣以及能長時間工作的優點。
2、本專利技術提供了如下的技術方案：
3、一種高精度時間同步多參量井下聲學定位系統及方法，包括：聲信號發射器，用于產生工作頻帶內的脈沖信號，具備調節信號頻率、幅度等功能；功率放大器，用于將脈沖信號
4、所述聲信號發射器的輸出端與功率放大器的輸入端連接，所述功率放大器輸出端與發射換能器的輸入端相連，所述發射ptp時鐘位于發射換能器的內部，所述主控顯示器的一端與接收換能器的輸出端相連，另一端與發射換能器的輸入端相連，所述互易換能器的內部有溫度傳感器、壓強傳感器、接收ptp時鐘和數據處理模塊，所述接收換能器的內部有數據存儲模塊和數據解調模塊。
5、優選地，所述聲信號發射器產生的信號為脈沖信號，頻率范圍根據管道內的波導信道特性決定，具有調節信號頻率、幅度等功能。
6、優選地，所述功率放大器對聲信號的功率放大為線性放大且具有調節功率大小的功能。
7、優選地，所述發射換能器、互易換能器和接收換能器具有精度高、測量范圍廣、穩定性高的特點；互易換能器會在接收到信號后，從井下返回包含各參量信息的信號和未處理的原始采集信號，接收換能器會在接收到互易換能器發射的信號后，通過其內部的數據解調模塊將接收信號進行解調、數據存儲模塊將解調后包含各參量信息的信號和未處理的原始采集信號進行存儲。
8、優選地，所述溫度傳感器和壓強傳感器的測量誤差分別為±1℃和±1％fs且采集的數據是從井口到井下不同位置的溫度和壓強。
9、優選地，所述發射ptp時鐘和接收ptp時鐘的同步精度為20ns，頻率穩定度為1ppb。
10、優選地，所述互易換能器和接收換能器的采樣頻率為聲信號頻率與采樣時間之積，且互易換能器和接收換能器的聲通信是始終匹配的。
11、優選地，所述主控顯示器具有將接收換能器解調后的井下測量信息可視化；遠程控制發射換能器的發射與停止；接收并顯示互易換能器和接收換能器發送的定位成功與否的提示信息；通過高亮顯示互易換能器在井下的定位信息；同時遠程調整互易換能器發射的信號聲壓值的功能。
12、優選地，所述油氣井為輕質原油井且不受外界信號的干擾。
13、優選地，所述多參量井下聲學定位系統具有待機功能，當停止測量時系統會處于待機狀態。
14、一種根據如上所述的高精度時間同步多參量井下聲學定位系統的方法，所述聲信號發射器經過所述功率放大器將聲信號的功率放大，并通過所述發射換能器將聲信號發射到井下，同時所述發射ptp時鐘開始計時，所述互易換能器接收到聲信號后，所述溫度傳感器、壓強傳感器和接收ptp時鐘分別采集溫度、壓強和時間信息，所述數據處理模塊對采集到的數據信息進行解調和處理，從而得到所述互易換能器的定位信息，再通過所述互易換能器向井口發射包含井下各參量信息的信號和未處理的原始采集信號，所述接收換能器接收井下所述互易換能器發射的信號，并通過其內部的所述數據解調模塊對接收的信號進行解調、所述數據存儲模塊將解調后包含各參量信息的信號和未處理的原始采集信號進行存儲，最后通過所述主控顯示器將所述接收換能器解調后的井下測量信息可視化，并高亮顯示所述互易換能器在井下的定位信息，其具體實現方式如下：
15、步驟1：將互易換能器放置于井中，同時確保互易換能器在放置過程中不被損壞以及具有良好的信號收發功能。同樣的，確保互易換能器內部的溫度傳感器、壓強傳感器、接收ptp時鐘和數據處理模塊在放置過程中不被損壞以及具有良好的信號采集、解調和處理功能；
16、步驟2：把聲信號發射器、功率放大器和主控顯示器安裝固定在井口位置，將發射換能器和接收換能器分別安裝固定在井下液面處兩側并確保發射換能器和接收換能器在安裝放置過程中不被損壞以及具有良好的信號傳輸功能，同時確保發射ptp時鐘、數據存儲模塊和數據解調模塊在放置過程中不被損壞以及分別具有良好的時間同步和計時、數據存儲和數據解調的功能。
17、步驟3：聲信號發射器通過功率放大器和發射換能器向井下發射聲信號，信號的頻率為fs，信號的聲壓值為p1，發射ptp時鐘記錄此時時間為t1，接收ptp時鐘接收到信號的時間為t2，則信號傳播時間t＝t2-t1，并將信號傳播時間按照信號頻率劃分成t·fs段。溫度傳感器測量的溫度值為壓強傳感器測量的壓強值為
18、若互易換能器沒有接收到發射換能器發射的聲信號，則向主控顯示器發送提示信息，進而功率放大器會自動進行功率大小的調整。若接收換能器沒有接收到互易換能器發射的聲信號，同樣會向主控顯示器發送提示信息，進而本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高精度時間同步多參量井下聲學定位系統，其特征在于，包括：聲信號發射器(1)，用于產生工作頻帶內的脈沖信號；功率放大器(2)，用于將脈沖信號進行功率放大；發射換能器(3)，用于將功率放大后的信號發射到井下；互易換能器(5)，用于接收井口發射的聲信號，并在接收到信號后，從井下返回包含各參量信息的信號和未處理的原始采集信號；溫度傳感器(6)和壓強傳感器(7)，用于測量互易換能器(5)從井口到井下不同位置的溫度和壓強變化；發射PTP時鐘(4)和接收PTP時鐘(8)，用于實現時間同步以及記錄聲信號發射和接收的時間；數據處理模塊(9)，位于互易換能器(5)的內部，通過結合溫度、壓強和時間信息對采集的聲信號進行解調并處理；接收換能器(10)，用于接收井下互易換能器(5)發射的信號，并通過其內部的數據解調模塊(12)將接收信號進行解調、數據存儲模塊(11)將解調后包含各參量信息的信號和未處理的原始采集信號進行存儲；主控顯示器(13)，用于將接收換能器(10)解調后的井下測量信息可視化、遠程控制發射換能器(3)的發射與停止以及接收到互易換能器(5)和接收換能器(10)發送的定位成功與否的提
2.根據權利要求1所述的一種高精度時間同步多參量井下聲學定位系統，其特征在于：所述聲信號發射器(1)產生的信號為脈沖信號，頻率范圍根據管道內的波導信道特性決定。
3.根據權利要求1所述的一種高精度時間同步多參量井下聲學定位系統，其特征在于：所述功率放大器(2)對聲信號的功率放大為線性放大且調節功率大小。
4.根據權利要求1所述的一種高精度時間同步多參量井下聲學定位系統，其特征在于：所述互易換能器(5)和接收換能器(10)的采樣頻率為聲信號頻率與采樣時間之積，且互易換能器(5)和接收換能器(10)的聲通信是始終匹配的。
5.根據權利要求1所述的一種高精度時間同步多參量井下聲學定位系統，其特征在于：所述主控顯示器(13)具有將接收換能器(10)解調后的井下測量信息可視化；遠程控制發射換能器(3)的發射與停止；接收并顯示互易換能器(5)和接收換能器(10)發送的定位成功與否的提示信息；通過高亮顯示互易換能器(5)在井下的定位信息；同時遠程調整互易換能器(5)發射的信號聲壓值。
6.根據權利要求1所述的一種高精度時間同步多參量井下聲學定位方法，其特征在于：包括；
...【技術特征摘要】
1.一種高精度時間同步多參量井下聲學定位系統，其特征在于，包括：聲信號發射器(1)，用于產生工作頻帶內的脈沖信號；功率放大器(2)，用于將脈沖信號進行功率放大；發射換能器(3)，用于將功率放大后的信號發射到井下；互易換能器(5)，用于接收井口發射的聲信號，并在接收到信號后，從井下返回包含各參量信息的信號和未處理的原始采集信號；溫度傳感器(6)和壓強傳感器(7)，用于測量互易換能器(5)從井口到井下不同位置的溫度和壓強變化；發射ptp時鐘(4)和接收ptp時鐘(8)，用于實現時間同步以及記錄聲信號發射和接收的時間；數據處理模塊(9)，位于互易換能器(5)的內部，通過結合溫度、壓強和時間信息對采集的聲信號進行解調并處理；接收換能器(10)，用于接收井下互易換能器(5)發射的信號，并通過其內部的數據解調模塊(12)將接收信號進行解調、數據存儲模塊(11)將解調后包含各參量信息的信號和未處理的原始采集信號進行存儲；主控顯示器(13)，用于將接收換能器(10)解調后的井下測量信息可視化、遠程控制發射換能器(3)的發射與停止以及接收到互易換能器(5)和接收換能器(10)發送的定位成功與否的提示信息；油氣井(14)，用于完成井下聲學定位的整個過程；同時多參量井下聲學定位系統還...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙靜，林晟博，曲從鋒，劉斌輝，郭新超，胡原農，陳建冬，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：
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