專利名稱：光電耦合信號傳輸?shù)闹悄茔@具的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光電耦合信號傳輸?shù)闹悄茔@具。
背景技術：
一種高效，低成本，能在鉆井過程中實時監(jiān)控的測井技術是石油鉆探行業(yè)的發(fā)展 方向。智能鉆具是一種能在鉆井過程中，實現(xiàn)井下與井上數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦豌@具，是當今石油 鉆具的熱點。由于鉆井過程中的種種復雜惡劣條件，導致井下與井上數(shù)據(jù)傳輸成為智能鉆具開 發(fā)的難點。目前智能鉆具用于數(shù)據(jù)傳輸通常有直接接觸連接和電磁感應耦合兩種方式，直 接接觸連接方式因為鉆具受力等原因在鉆具結構上有很高的要求，容易因為惡劣的力學條 件導致信號傳輸失效，信號在長距離傳輸過程中，存在抗干擾能力差，信號衰減等缺點；電 磁感應耦合方式解決了直接接觸連接方式的缺點，實現(xiàn)了不同鉆具之間的電氣隔離，但卻 存在耦合磁芯特殊，感應線圈繞制困難，信息傳輸量受變壓器帶寬限制，無法直接傳送數(shù)字 信號，傳輸過程中信號能量不斷損耗等缺點。
發(fā)明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種光電耦合信號傳輸?shù)闹悄茔@具，本鉆 具克服了傳統(tǒng)智能鉆具信號傳輸?shù)娜毕?，本鉆具的傳輸信號抗干擾、抗衰減能力強，并可用 于數(shù)字信號的直接傳輸，且鉆具結構簡單，避免了鉆具受力對信號傳輸?shù)挠绊?。為解決上述技術問題，本實用新型光電耦合信號傳輸?shù)闹悄茔@具包括鉆具公接頭 和鉆具母接頭，所述鉆具公接頭和鉆具母接頭內襯復合鋼管，所述鉆具公接頭和鉆具母接 頭管壁與復合鋼管之間設有導線，還包括發(fā)光元件組、光敏元件組、電源模塊和信號放大模 塊，所述鉆具公接頭與鉆具母接頭扣合后公接頭與母接頭之間設有空腔，所述發(fā)光元件組 位于所述空腔內并設于所述鉆具母接頭端或鉆具公接頭端，所述發(fā)光元件組與所述鉆具母 接頭或鉆具公接頭內導線連接，所述光敏元件組、電源模塊和信號放大模塊位于所述空腔 內并設于所述鉆具公接頭端或鉆具母接頭端，所述電源模塊輸入端和信號放大模塊輸出端 分別與所述鉆具公接頭或鉆具母接頭內導線連接，所述電源模塊輸出端連接所述信號放大 模塊電源端，所述光敏元件組輸出端連接所述信號放大模塊輸入端，所述發(fā)光元件組與光 敏元件組的位置匹配。上述發(fā)光元件可以采用發(fā)光二極管，上述光敏元件可以采用光敏二極管或光敏三極管。由于本實用新型光電耦合信號傳輸?shù)闹悄茔@具采用了上述技術方案，即鉆具公接 頭與鉆具母接頭扣合后之間設有空腔，發(fā)光元件組位于空腔內設于鉆具母接頭端或鉆具公 接頭端并與鉆具母接頭或鉆具公接頭內導線連接，光敏元件組、電源模塊和信號放大模塊 位于空腔內設于鉆具公接頭端或鉆具母接頭端，電源模塊輸入端和信號放大模塊輸出端分 別與鉆具公接頭或鉆具母接頭內導線連接，電源模塊輸出端連接信號放大模塊電源端，光敏元件組輸出端連接信號放大模塊輸入端，發(fā)光元件組與光敏元件組的位置匹配。本鉆具 克服了傳統(tǒng)智能鉆具信號傳輸?shù)娜毕?，本鉆具的傳輸信號抗干擾、抗衰減能力強，并可用于 數(shù)字信號的直接傳輸，且鉆具結構設計更加合理，避免了鉆具受力對信號傳輸?shù)挠绊憽?br> 以下結合附圖和實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明


圖1為本實用新型光電耦合信號傳輸?shù)闹悄茔@具的結構示意圖，圖2為本智能鉆具中鉆具公接頭與鉆具母接頭分離示意圖。
具體實施方式
如
圖1和圖2所示，本實用新型光電耦合信號傳輸?shù)闹悄茔@具包括鉆具公接頭2 和鉆具母接頭1，所述鉆具公接頭2和鉆具母接頭1內襯復合鋼管3，所述鉆具公接頭2和 鉆具母接頭1管壁與復合鋼管3之間設有導線4，還包括發(fā)光元件組5、光敏元件組6、電源 模塊7和信號放大模塊8，所述鉆具公接頭2與鉆具母接頭1扣合后公接頭與母接頭之間設 有空腔9，所述發(fā)光元件組5位于所述空腔9內并設于所述鉆具母接頭1端或鉆具公接頭2 端，所述發(fā)光元件組5與所述鉆具母接頭1或鉆具公接頭2內導線4連接，所述光敏元件組 6、電源模塊7和信號放大模塊8位于所述空腔9內并設于所述鉆具公接頭2端或鉆具母接 頭1端，所述電源模塊7輸入端和信號放大模塊8輸出端分別與所述鉆具公接頭2或鉆具 母接頭1內導線4連接，所述電源模塊7輸出端連接所述信號放大模塊8電源端，所述光敏 元件組6輸出端連接所述信號放大模塊8輸入端，所述發(fā)光元件組5與光敏元件組6的位 置匹配。上述發(fā)光元件5可以采用發(fā)光二極管，上述光敏元件6可以采用光敏二極管或光
敏三極管。本智能鉆具中采用光電耦合器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直接接觸連接和電磁感應耦合連接 的方式，光電耦合器件由一組發(fā)光器件和光敏器件組成光耦器，它能實現(xiàn)電一光一電信 號的轉換，并且輸入信號與輸出信號所在的電路在電氣上是隔離的。就光電耦合器件而言， 只要其輸入端有一定的電信號，其輸出端就能輸出相應的電信號。適當增大電流，使夾雜在 電信號中的電氣噪聲被完全限制在所選擇的開關電流幅度內，即相對弱小的干擾信號，也 無法改變信號的有無狀態(tài)，可有效地抑制干擾，提高信息傳輸?shù)目煽啃拢⒃黾訑?shù)據(jù)的傳輸 距離；光耦電路一般由光的發(fā)射，光的接受及信號放大組成，輸入的電信號驅動發(fā)光器件， 使之發(fā)出一定波長的光，包括可見光和紅外光，被光敏器件接受而產(chǎn)生電流，再經(jīng)放大后輸 出，就實現(xiàn)了電一光一電的轉換，由于輸入與輸出間的電氣隔離，電信號傳輸具有單向 性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力，又由于光耦合的輸入端屬于電流型 工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力，可以提高信噪比。光耦信號傳輸是一項在工業(yè)上被成熟應用的技術。本智能鉆具在鉆具接頭的對接 處應用光耦技術傳輸信號，實現(xiàn)鉆井過程中井下與井上數(shù)據(jù)傳輸。鉆具接頭在結構上經(jīng)過 特別設計，用以安裝光耦器件和相應的電源和放大模塊。放大模塊可以是分立元件電路，也 可以是起到同等功效的集成電路。電源模塊可以根據(jù)需要選擇配備直流穩(wěn)壓電路和開關電 路。直流穩(wěn)壓電路用于穩(wěn)定電源電流，提供放大模塊穩(wěn)定的直流電。開關電路用于低電平
4時關斷電源以節(jié)省能源。鉆井過程中數(shù)據(jù)一開始以電信號的形式傳送，在接頭對接處經(jīng)由發(fā)光器件將電信 號轉化為光信號，再由另一端的光敏器件將光信號轉化為電信號，經(jīng)過放大模塊處理后傳 輸至鉆具另一端，再驅動那一端的發(fā)光器件。如此光電轉換過程，實現(xiàn)將井下與井上的數(shù)據(jù) 傳輸。所需對接的不同鉆具公母接頭之間為電——光——電信號傳輸，即應用光耦技術 進行電氣隔離和信號傳遞。同一根鉆具的兩端公母接頭之間的信號為電——電信號傳輸， 由導線實現(xiàn)信號傳遞。本實用新型中，鉆具的公接頭和母接頭經(jīng)特殊加工，即通過車削使得公接頭與母 接頭扣合時，在公接頭與母接頭中間形成空腔，光耦器件體積小，可安裝于每根鉆具的公接 頭與母接頭扣合后的空腔內。由于光耦信號傳輸具有單向性特點，因此發(fā)光元件組位于空 腔內并可分別置于公接頭端或母接頭端，相應的光敏元件組及電源模塊、信號放大模塊位 于空腔內并可分別置于母接頭端或公接頭端，即安裝傳輸方向相反的兩個光耦器件，從而 實現(xiàn)信號雙向傳輸，當安裝多組光耦器件，即可實現(xiàn)信號的并行傳輸，大為提高信號傳輸速 率。光耦器件電路能耗小，電源模塊也可采用電池供電形式，進一步減小了安裝空間。 同時光耦器件可以直接傳輸數(shù)字信號，以單根鉆具為單元，每根鉆具可以看作一個單獨的 傳輸模塊，多個這樣的模塊連接不會引入新的問題，這是變壓器耦合智能鉆具無法實現(xiàn)的 好處。
權利要求一種光電耦合信號傳輸?shù)闹悄茔@具，包括鉆具公接頭和鉆具母接頭，所述鉆具公接頭和鉆具母接頭內襯復合鋼管，所述鉆具公接頭和鉆具母接頭管壁與復合鋼管之間設有導線，其特征在于還包括發(fā)光元件組、光敏元件組、電源模塊和信號放大模塊，所述鉆具公接頭與鉆具母接頭扣合后公接頭與母接頭之間設有空腔，所述發(fā)光元件組位于所述空腔內并設于所述鉆具母接頭端或鉆具公接頭端，所述發(fā)光元件組與所述鉆具母接頭或鉆具公接頭內導線連接，所述光敏元件組、電源模塊和信號放大模塊位于所述空腔內并設于所述鉆具公接頭端或鉆具母接頭端，所述電源模塊輸入端和信號放大模塊輸出端分別與所述鉆具公接頭或鉆具母接頭內導線連接，所述電源模塊輸出端連接所述信號放大模塊電源端，所述光敏元件組輸出端連接所述信號放大模塊輸入端，所述發(fā)光元件組與光敏元件組的位置匹配。
2.根據(jù)權利要求1所述的光電耦合信號傳輸?shù)闹悄茔@具，其特征在于所述發(fā)光元件 是發(fā)光二極管，所述光敏元件是光敏二極管或光敏三極管。
專利摘要本實用新型公開了一種光電耦合信號傳輸?shù)闹悄茔@具，鉆具公接頭與鉆具母接頭扣合后之間設有空腔，發(fā)光元件組位于空腔內設于鉆具母接頭端或鉆具公接頭端并與鉆具母接頭或鉆具公接頭內導線連接，光敏元件組、電源模塊和信號放大模塊位于空腔內設于鉆具公接頭端或鉆具母接頭端，電源模塊輸入端和信號放大模塊輸出端分別與鉆具公接頭或鉆具母接頭內導線連接，電源模塊輸出端連接信號放大模塊電源端，光敏元件組輸出端連接信號放大模塊輸入端，發(fā)光元件組與光敏元件組的位置匹配。本鉆具克服了傳統(tǒng)智能鉆具信號傳輸?shù)娜毕荩俱@具的傳輸信號抗干擾、抗衰減能力強，并可用于數(shù)字信號的直接傳輸，且鉆具結構設計更加合理，避免了鉆具受力對信號傳輸?shù)挠绊憽?br> 文檔編號E21B17/02GK201753602SQ20102050663
公開日2011年3月2日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權日2010年8月24日
發(fā)明者袁鵬斌, 陳勰 申請人:上海海隆石油管材研究所