專利名稱:用于提供探頭和傳感器之間的通信的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種提供探頭和傳感器之間的通信的設(shè)備。更具體地, 但是以限制的方式,本發(fā)明涉及一種設(shè)備和方法,其提供位于鉆環(huán)的 中心孔中的探頭和位于鉆環(huán)壁中的傳感器電子設(shè)備之間的通信。
背景技術(shù):
在鉆井過程中,操作員發(fā)現(xiàn)有必要掌握地下區(qū)域的地質(zhì)屬性。不 論該區(qū)域是否包含碳?xì)浠衔铮私舛喾N儲(chǔ)層的具體特征和特性對(duì)于 礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)開采是必要的。獲得地層的地質(zhì)信息的一種方法是降下導(dǎo) 線上的探頭。該探頭可以包含多種傳感器,諸如電阻、伽馬射線、伽 馬密度、中子孔隙度、壓力等。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所應(yīng)認(rèn)識(shí)到 的,在鉆探操作的間歇中在裸井情況下,或者在井包含井框支架的情 況下在后期鉆探應(yīng)用中,可以降下探頭。這些類型的操作通常被稱為
另一現(xiàn)有技術(shù)是在實(shí)際鉆探操作期間使用傳感器。業(yè)界常用的兩
種技術(shù)是隨鉆測(cè)井(LWD)和隨鉆測(cè)量(MWD)裝置。LWD和MWD 裝置都使用收集特定類型信息的傳感器,并且其中該信息被傳輸?shù)骄?下處理器。而井下處理器將該信息傳送到地面。傳送媒介可以是將井 下處理器電連接到地面處理器的電纜。可替換地,傳送媒介可以是井 中的流體柱,并且其中井下設(shè)備包含傳送被編碼的液壓脈沖的振動(dòng)閥, 所述液壓脈沖將在地面被解碼。
典型地,MWD傳感器被放置在位于鉆環(huán)的中心孔中的圓柱探頭 中。這些傳感器不受周圍鉆環(huán)的鋼的影響,并且能夠在鉆探時(shí)連續(xù)進(jìn) 行測(cè)量。然而,某些LWD傳感器和某些新一代的MWD傳感器可能受
到周圍鉆環(huán)的強(qiáng)烈影響,并且必須位于鉆環(huán)的外壁中。受鉆環(huán)影響的LWD/MWD測(cè)量的例子是電阻、環(huán)空壓力、伽馬密度,并且天然伽馬 射線在某種程度上也受到影響。鉆探操作經(jīng)常利用MWD和LWD測(cè)量 系統(tǒng)。在這些情況中,傳感器可位于安置在鉆環(huán)中心孔中的探頭中, 并且位于鉆環(huán)的外壁中。結(jié)果,這些傳感器系統(tǒng)之間需要某種形式的 通信以協(xié)調(diào)測(cè)量功能并且將數(shù)據(jù)傳送到地面。
現(xiàn)有技術(shù)需要位于鉆環(huán)的中心孔中的探頭和位于環(huán)壁中的傳感器 包含有線連接。然而,有線連接是非常成問題的。因此,需要環(huán)傳感 器和探頭之間的無線鏈路。更具體地,需要一種位于鉆環(huán)內(nèi)孔中的 LWD/MWD探頭和位于鉆環(huán)壁中的傳感器電子設(shè)備之間的電磁(EM) 通信。此處公開的本發(fā)明將滿足這些和許多其他的需要。
發(fā)明內(nèi)容
公開了一種用于使傳感器與探頭通信的設(shè)備。該設(shè)備包括傳感 器裝置,其被安置在管柱中的凹口中,用于收集特性信息和處理該信 息;第一調(diào)制解調(diào)器裝置,其用于將來自傳感器裝置的信息調(diào)制為信 號(hào);和傳感器天線,其電連接到第一調(diào)制解調(diào)器裝置,用于生成電磁 波。該設(shè)備進(jìn)一步包括探頭天線,其同心地布置在管柱中,用于接 收電磁波;和第二調(diào)制解調(diào)器裝置,其用于將電磁波解調(diào)為信息。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,傳感器裝置可以測(cè)量如下屬性電阻;伽 馬射線;或者壓力。傳感器裝置可以包括用于收集模擬信號(hào)并且生成 數(shù)字記錄的電路。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,傳感器天線和探頭天線的操 作頻率范圍在10000赫茲和100000赫茲之間。在最優(yōu)選的實(shí)施例中, 調(diào)制解調(diào)器裝置和探頭裝置之間的連接是通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī) (UART)接口,并且UART的協(xié)議是RS 232標(biāo)準(zhǔn)。而且,在一個(gè)實(shí) 施例中,在探頭天線和傳感器天線的軸向方向上存在一些重疊。
在最優(yōu)選的實(shí)施例中,在探頭的外圍周圍布置探頭天線,并且在內(nèi)管柱周圍布置傳感器天線??梢允蛊渲幸粋€(gè)天線的長(zhǎng)度大于另一個(gè) 天線的長(zhǎng)度,使得天線之間的電磁耦合對(duì)兩個(gè)天線的軸向不對(duì)準(zhǔn)不太 敏感。這使得將探頭安置在環(huán)中心孔中更加容易。井孔可以包含液柱, 并且其中探頭驅(qū)動(dòng)流體閥,該流體閥傳送表示被測(cè)屬性的流體壓力脈 沖。
還公開了一種方法,其用于使位于管柱中的傳感器與同心布置在 管柱中的探頭通信。該方法包括提供位于管柱中的傳感器;通過傳 感器生成讀數(shù);并且將該讀數(shù)傳送到第一調(diào)制解調(diào)器裝置。下一步, 將該讀數(shù)轉(zhuǎn)換為調(diào)制信號(hào),并且將該調(diào)制信號(hào)引導(dǎo)至位于管柱中的管 柱天線,并且利用管柱天線響應(yīng)來自傳感器的讀數(shù)生成電磁信號(hào)。
該方法包括利用位于探頭中的探頭天線接收傳播的波;和在第 二調(diào)制解調(diào)器裝置中將電磁波(信號(hào))解調(diào)為讀數(shù)。將該讀數(shù)傳送到 位于探頭中的探頭電子模塊。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,傳感器測(cè)量電阻、 伽馬射線或者壓力的特性。通過傳感器生成讀數(shù)的步驟可以包括收集 電路中的模擬信號(hào)和由該模擬信號(hào)生成數(shù)字記錄。
在第二實(shí)施例中,公開了一種用于使傳感器與控制單元通信的設(shè) 備。該設(shè)備包括殼體,其包含傳感器,第一殼體中具有開口;和探 頭,其可滑動(dòng)地布置在開口中。該設(shè)備包括第一電路裝置,其布置 在殼體中,用于接收傳感器生成的讀數(shù)并且生成輸出讀數(shù);第一調(diào)制 解調(diào)器裝置,其與第一電路裝置電連接,用于解調(diào)輸出讀數(shù);和殼體 天線,其與第一調(diào)制解調(diào)器裝置電連接,用于生成調(diào)制的電磁波。
第二實(shí)施例進(jìn)一步包括探頭天線,其布置在探頭周圍,用于接 收調(diào)制的電磁波;第二調(diào)制解調(diào)器裝置,其與探頭天線電連接,用于 將電磁波轉(zhuǎn)換為輸出讀數(shù);和第二電路裝置,其與第二調(diào)制解調(diào)器裝 置電連接并且被安置在探頭中,用于處理輸出讀數(shù)并且將其記錄為數(shù) 字記錄。在優(yōu)選實(shí)施例中,探頭天線可以生成調(diào)制的電磁波,并且其
中殼體天線可以接收該調(diào)制的電磁波。第二電路裝置可以生成輸出命 令,該輸出命令由第二調(diào)制解調(diào)器裝置接收,并且其中第二調(diào)制解調(diào) 器裝置調(diào)制輸出命令,該輸出命令由探頭天線接收,用于生成調(diào)制的 電磁波,而該調(diào)制的電磁波將由殼體天線接收。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,探頭天線布置在探頭的周邊周圍,并且探 頭天線包括非金屬線圈管;繞線圈管的天線繞組;和覆蓋天線繞組的 非金屬護(hù)罩。而且,殼體天線可以包括鄰近內(nèi)凹口的非金屬線圈管; 天繞繞組,其布置在非金屬線圈管周圍;和非金屬護(hù)罩,其覆蓋天線 繞組。
如前面提及的,由于探頭和傳感器電子設(shè)備位于分離的密封壓力 殼體中,因此它們之間的有線連接是成問題的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于, 其允許在不使用導(dǎo)線的情況下在探頭和傳感器電子設(shè)備之間雙向傳輸 數(shù)據(jù)。無線通信鏈路克服了現(xiàn)有技術(shù)的問題,并且消除了在野外在探 頭和環(huán)電子設(shè)備之間連接導(dǎo)線的復(fù)雜性。
另一優(yōu)點(diǎn)在于,所公開的方法和設(shè)備允許一種簡(jiǎn)單且較清潔的野 外工具組裝,并且其中在野外不需要進(jìn)行有線連接。而且,所公開的 方法的另一優(yōu)點(diǎn)在于,當(dāng)使一個(gè)天線的軸向長(zhǎng)度延伸以提供兩個(gè)天線 的軸向?qū)?zhǔn)的較大的公差時(shí),對(duì)環(huán)孔內(nèi)部的探針的軸向不對(duì)準(zhǔn)的敏感 度下降。又一優(yōu)點(diǎn)在于,在探頭和環(huán)之間的布線不需要壓力饋送。
本發(fā)明的一個(gè)特征在于,該設(shè)備使用電磁輻射建立通信鏈路。另 一特征在于,探頭和鉆環(huán)器械完全處于分離的壓力容器中,減小了一 個(gè)壓力容器出現(xiàn)泄漏時(shí)兩個(gè)設(shè)備均被淹沒的風(fēng)險(xiǎn)。又一特征在于,在 流過鉆環(huán)中心的流體中存在較少的機(jī)械侵入。
圖1是本發(fā)明的最優(yōu)選的實(shí)施例的透視框圖。
圖2A是鉆環(huán)電子設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的框圖。 圖2B是探頭電子設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的框圖。
圖3A是鉆環(huán)電子設(shè)備的最優(yōu)選的實(shí)施例的框圖。
圖3B是探頭電子設(shè)備的最優(yōu)選的實(shí)施例的框圖。
圖4是作為軸向天線間距的函數(shù)的信號(hào)衰減的曲線圖。
圖5是關(guān)于三個(gè)發(fā)射機(jī)功率電平的,作為軸向天線間距的函數(shù)的,
對(duì)于10dB信噪比(SNR),在10000赫茲操作頻率下的可用帶寬的曲線圖。
圖6是關(guān)于三個(gè)發(fā)射機(jī)功率電平的,作為軸向天線間距的函數(shù)的, 對(duì)于10dB信噪比(SNR),在100000赫茲操作頻率下的可用帶寬的 曲線圖。
圖7是關(guān)于三個(gè)發(fā)射機(jī)功率電平的,作為軸向天線間距的函數(shù)的, 對(duì)于30dB信噪比(SNR),在10000赫茲操作頻率下的可用帶寬的曲 線圖。
圖8是關(guān)于三個(gè)發(fā)射機(jī)功率電平的,作為軸向天線間距的函數(shù)的, 對(duì)于30dB信噪比(SNR),在100000赫茲操作頻率下的可用帶寬的 曲線圖。
圖9A是與環(huán)天線同心對(duì)準(zhǔn)的探頭天線的示意圖。
圖9B是高于環(huán)天線的中心的探頭天線的中心的示意圖。
圖9C是低于環(huán)天線的中心的探頭天線的中心的示意圖。
圖9D是與環(huán)天線軸向分離的探頭天線的示意圖。
圖10是優(yōu)選的天線構(gòu)造實(shí)施例的局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1,現(xiàn)將描述本發(fā)明的最優(yōu)選的實(shí)施例的透視框圖。 如圖1中示出的,諸如鉆環(huán)的管狀構(gòu)件2環(huán)布置在井孔4中。鉆環(huán)2 具有內(nèi)直徑部分6,并且其中通常是圓柱形的探頭8可滑動(dòng)地布置在內(nèi) 直徑部分6中。鉆環(huán)2可以連接到用于鉆井的鉆頭。探頭8可以起作 用地與MWD工具或者LWD工具(未示出)關(guān)聯(lián)。如本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到的,MWD工具可以產(chǎn)生壓力脈沖,其復(fù)制數(shù)字編碼傳
輸,由此允許將井下數(shù)據(jù)傳送到地面。MWD和LWD工具在商業(yè)上可 從Baker Hughes Inc.獲得。還應(yīng)當(dāng)注意,探頭8可以通過在工業(yè)中稱為 電線的硬連線電纜連接,并且其中電信號(hào)的傳輸路徑是電線。壓力脈 沖閥由標(biāo)記9標(biāo)出。
圖1示出了該設(shè)備,該設(shè)備總體上標(biāo)識(shí)為10,并且其中設(shè)備10 由兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器電子模塊和兩個(gè)天線組成。更具體地,第一調(diào)制解 調(diào)器電子模塊12和探頭天線14位于探頭8中。探頭天線14位于探頭 8的外周上、非傳導(dǎo)套管16下面。該非傳導(dǎo)套管16保護(hù)探頭天線14 免受流過鉆環(huán)2的內(nèi)直徑部分6的鉆探流體。
設(shè)備10進(jìn)一步包括位于鉆環(huán)2中的鉆環(huán)天線20 (有時(shí)被稱為管 天線20)和第二調(diào)制解調(diào)器電子模塊18環(huán)。鉆環(huán)天線20位于鉆環(huán)2 的內(nèi)直徑部分上的凹口 22中。該凹口 22填充有非傳導(dǎo)材料,其覆蓋 鉆環(huán)天線20并保護(hù)它免受流過鉆環(huán)2內(nèi)部的鉆探流體。由于覆蓋探頭 天線14的套管16和覆蓋鉆環(huán)天線20的凹口材料是非傳導(dǎo)的,因此電 磁(EM)信號(hào)可以在兩個(gè)天線之間傳遞,并且允許在探頭電子設(shè)備24 和傳感器電子設(shè)備26之間建立無線數(shù)據(jù)通信鏈路。探頭電子設(shè)備24 允許利用第一調(diào)制解調(diào)器電子模塊12進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和雙向傳 送。傳感器電子設(shè)備26收集從多種類型的可用的井下傳感器接收到的 信息,諸如電阻、伽馬射線、壓力等,并且傳感器電子設(shè)備26進(jìn)一步 允許利用第二調(diào)制解調(diào)器電子模塊18雙向傳送該數(shù)據(jù)。
在最優(yōu)選的實(shí)施例中,設(shè)備系統(tǒng)10的第一調(diào)制解調(diào)器電子模塊 12和第二調(diào)制解調(diào)器電子模塊18將使用相同的電子設(shè)計(jì)。這允許將相 同的調(diào)制解調(diào)器模塊用于井下工具中的任一位置。調(diào)制解調(diào)器電子模 塊和井下工具系統(tǒng)的剩余部分之間的連接將利用通用異步接收機(jī)發(fā)射 機(jī)(UART)接口。因此,傳感器電子設(shè)備26將使用UART芯片,并 且探頭電子設(shè)備24也將使用UART芯片。電子模塊和調(diào)制解調(diào)器模塊 之間的接口將使用RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn),如探頭電子設(shè)備24和第一調(diào)制解調(diào)器電子模塊12之間的鏈路27a,以及傳感器電子設(shè)備26和第 二調(diào)制解調(diào)器電子模塊18之間的RS-232鏈路27b。在該配置中,設(shè)備 10用作簡(jiǎn)單的調(diào)制器-解調(diào)器(調(diào)制解調(diào)器),其跨越EM鏈路傳輸 UART接口的傳送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)信號(hào)。UART接口上的信號(hào)電平將是 +5¥邏輯電平,允許調(diào)制解調(diào)器模塊(即調(diào)制解調(diào)器電子模塊12、 18) 直接連線到嵌在大部分微處理器中的標(biāo)準(zhǔn)UART。
在鉆環(huán)內(nèi)孔中傳播的EM信號(hào)的衰減可以是特別高的。結(jié)果,按 照本發(fā)明的教導(dǎo),應(yīng)存在探頭天線14和鉆環(huán)天線20某些軸向重疊。 在最優(yōu)選的實(shí)施例中,探頭天線14和鉆環(huán)天線20將與位于相同平面 中的天線的軸向中心點(diǎn)共軸,如在圖1中看到的。該配置減少了 EM信 號(hào)的衰減并且為通過設(shè)備系統(tǒng)10傳送的數(shù)據(jù)提供可能的最低錯(cuò)誤率。
現(xiàn)在參考圖2A,現(xiàn)將描述鉆環(huán)電子設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的框 圖。應(yīng)當(dāng)注意,不同附圖中出現(xiàn)的相同的標(biāo)記表示相同的元件。更具 體地,傳感器32將收集數(shù)據(jù),諸如地層流體的電阻。傳感器32還可 以收集關(guān)于地層的伽馬射線計(jì)數(shù)、井孔壓力和本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 公知的其他屬性的信息。傳感器32在物理上位于鉆環(huán)中。傳感器32 可以包括用于收集模擬信號(hào)并生成記錄的電路裝置。傳感器32收集的 數(shù)據(jù)被傳送到環(huán)傳感器電子設(shè)備34,并且其中環(huán)傳感器電子設(shè)備34包 括處理器,其用于接收傳感器生成的讀數(shù),處理來自傳感器32的數(shù)據(jù) 信號(hào),并且生成數(shù)字輸出。然后將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到調(diào)制解調(diào)器36 (有 時(shí)被稱為收發(fā)機(jī)36)。
如在圖2A看到的,調(diào)制解調(diào)器裝置36包括比特幀生成器37,該 比特幀生成器37接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并且為調(diào)制器38格式化串行數(shù)據(jù)流, 而調(diào)制器38將該信號(hào)輸送到發(fā)射機(jī)放大器40。該模擬信號(hào)又被輸送到 天線42,其中天線42是無線電頻率轉(zhuǎn)換器。天線42是導(dǎo)線線圈,并 且該天線將向可在圖2B中看到的接收天線發(fā)射電磁波。
現(xiàn)在參考圖10,示出了天線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。按照本 發(fā)明的教導(dǎo),該天線纏繞在由非金屬或非傳導(dǎo)材料制成的線圈管上,諸如纖維玻璃或者聚醚醚酮(PEEK)。如圖10中示出的,探頭8被 布置在鉆環(huán)2中。該視圖示出了繞鉆環(huán)2布置的非金屬線圈管120,以 及布置在鉆環(huán)2的外周上的天線繞組122。如圖10中看到的,非金屬 護(hù)罩124覆蓋和屏蔽天線繞組122。
圖10還示出了探頭天線繞組126,其繞非金屬線圈管128放置。 圖10進(jìn)一步示出了用于覆蓋天線繞組126的非金屬護(hù)罩130。將天線 導(dǎo)線纏繞在該類型的線圈管上通過使天線與環(huán)和探頭的傳導(dǎo)材料隔開 而減少了渦電流損耗并且提高了天線效率。該天線是在不使用如軟鐵 或鐵氧體的軟鐵磁材料的情況下構(gòu)造的。軟鐵磁材料典型地用于通過 線圈繞組集中磁場(chǎng)并且增加兩個(gè)天線之間的電感耦合。消除對(duì)用于增 強(qiáng)天線之間的電感耦合的鐵磁材料的需要簡(jiǎn)化了天線的構(gòu)造,并且還 允許在環(huán)天線和探頭天線之間使用相當(dāng)大的間隙(諸如在圖IO中看到 的"G")。兩個(gè)天線之間的這個(gè)間隙提供了流下到環(huán)中心的鉆探流體 的路徑。
而且,使用軟鐵磁材料在兩個(gè)天線之間引導(dǎo)和集中磁場(chǎng)的現(xiàn)有技 術(shù)裝置需要兩個(gè)線圈的相對(duì)精確的軸向?qū)?zhǔn),以便該裝置適當(dāng)?shù)毓ぷ鳌?在最優(yōu)選的實(shí)施例中,本發(fā)明的天線是由銅制造的。在該天線設(shè)計(jì)中, 消除對(duì)這些鐵磁材料的需要允許線圈對(duì)準(zhǔn)的較大的公差,并且使系統(tǒng) 更能容許兩個(gè)天線的軸向不對(duì)準(zhǔn)。
回到圖2A,此處描述的系統(tǒng)也是雙向的。因此,天線42也可以 接收電磁波并且將模擬信號(hào)引導(dǎo)至調(diào)制解調(diào)器裝置36,并且特別地, 引導(dǎo)至接收機(jī)放大器44。因此,作為結(jié)果的信號(hào)通過接收機(jī)放大器44 被放大。然后,在解調(diào)器46中將該信號(hào)解調(diào)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。然后 將該解調(diào)的信號(hào)傳送到比特/幀同步器47,同步機(jī)47格式化串行數(shù)據(jù) 流,并且隨后該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流被傳送到環(huán)傳感器電子模塊34。該數(shù)字信號(hào)可以是用于査詢傳感器32的命令,在該情況中傳感器32可以獲取 讀數(shù),并且其中傳感器32將收集數(shù)據(jù)并且將該數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)傳感器電 子模塊34。利用天線42生成對(duì)應(yīng)的電磁波的過程與前面描述的相同。
現(xiàn)在參考圖2B,現(xiàn)將描述包括探頭調(diào)制解調(diào)器裝置48 (有時(shí)被稱 為收發(fā)機(jī)48)的探頭電子裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的框圖。天線50將接 收通過天線42生成的電磁波(見圖2A),并且其中天線50是在構(gòu)造 上與天線42相似的無線電頻率轉(zhuǎn)換器。回到圖2B,天線50電連接到 調(diào)制解調(diào)器裝置48,并且其中調(diào)制解調(diào)器裝置48在構(gòu)造上與前面提及 的調(diào)制解調(diào)器裝置36相似。調(diào)制解調(diào)器裝置48包括接收機(jī)放大器52, 其從天線50接收信號(hào)并且將模擬信號(hào)放大。接著,接收機(jī)放大器52 將該信號(hào)輸送到解調(diào)器54。然后將解調(diào)的信號(hào)傳送到比特/幀同步器 55,該同步器格式化串行數(shù)據(jù)流,并且隨后該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流被傳送到探 頭電子模塊56。然后,可以包括用于存儲(chǔ)和處理該數(shù)據(jù)的處理器的探 頭電子模塊56可將該數(shù)據(jù)發(fā)送到控制單元58??刂茊卧?S可以位于 地面??刂茊卧?8可以經(jīng)由硬連線(諸如電線電纜)與探頭電子模塊 56通信,或者可以經(jīng)由MWD或LWD技術(shù)傳送壓力脈沖,如前面描 述的。在最優(yōu)選的實(shí)施例中,天線50是如前面參考圖IO描述的導(dǎo)線 線圈,在優(yōu)選實(shí)施例中其使用銅導(dǎo)線。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo),通信可以是雙向的。因此,探頭電子模塊56 可以向調(diào)制解調(diào)器裝置48發(fā)送信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解,操作員可以通過控制 單元58開始該傳輸。更具體地,調(diào)制解調(diào)器裝置48的比特/幀生成器 59從探頭電子模塊56接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并且為調(diào)制器60格式化串行數(shù)據(jù) 流,調(diào)制器60將調(diào)制數(shù)據(jù)流,并且其中調(diào)制的模擬信號(hào)可隨后被引導(dǎo) 至發(fā)射機(jī)放大器62以便放大。然后將調(diào)制的信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送到天線50, 天線50生成將由圖2A中看到的天線42接收的電磁信號(hào)。
現(xiàn)在參考圖3A,現(xiàn)將描述鉆環(huán)電子設(shè)備的最優(yōu)選的實(shí)施例的框 圖。在該實(shí)施例中,傳感器裝置70收集諸如電阻測(cè)量結(jié)果、伽馬射線計(jì)數(shù)、和/或壓力讀數(shù)的信息,并且接著將該信息引導(dǎo)至鉆環(huán)傳感器電子模塊72。如前面提及的,鉆環(huán)傳感器電子模塊72包含用于收集、存 儲(chǔ)和處理來自傳感器70的信息的處理器。鉆環(huán)傳感器電子裝置72進(jìn) 一步包含UART74,并且其中UART74將并行數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為串行數(shù) 據(jù)流。
串行數(shù)據(jù)流被引導(dǎo)至第一調(diào)制解調(diào)器裝置76,并且其中第一調(diào)制 解調(diào)器裝置76有時(shí)還被稱為收發(fā)機(jī)76。第一調(diào)制解調(diào)器裝置76包含 UART 78, UART 78基于RS-232標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議從UART 74接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 流,而UART 78將該信號(hào)引導(dǎo)至調(diào)制器80,并且其中調(diào)制器80可以 是如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解的頻移鍵控調(diào)制方案或者開關(guān)鍵控方 案。然后將調(diào)制的信號(hào)引導(dǎo)至發(fā)射機(jī)放大器82,發(fā)射機(jī)放大器將該調(diào) 制的信號(hào)放大以便由天線84傳輸。天線84具有與前面討論的天線相 似的構(gòu)造,其生成表示由傳感器70收集的信息的電磁波信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo),該設(shè)備是雙向的。因此,天線84可以接收傳 播的電磁信號(hào),并且其中接收的信號(hào)被引導(dǎo)至接收機(jī)放大器86,而接 收機(jī)放大器將該模擬信號(hào)放大并且引導(dǎo)至解調(diào)器88。接收的電磁信號(hào) 可以是用于傳感器獲取樣本讀數(shù)的命令。依賴于如前所述的發(fā)射機(jī)的 調(diào)制方案,解調(diào)器S8可以使用頻移鍵控方法或者開關(guān)鍵控方法。然后 將解調(diào)的信號(hào)引導(dǎo)至UART78,以便基于RS-232標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議將串行數(shù)據(jù) 傳送到環(huán)傳感器電子模塊72上的UART 74。然后處理器可以傳遞命令 以便傳感器70獲得讀數(shù)。然后可獲取讀數(shù),并且其中該讀數(shù)然后可被 發(fā)送到如前面描述的探頭。
現(xiàn)在參考圖3B,現(xiàn)將描述探頭電子設(shè)備的最優(yōu)選的實(shí)施例的框 圖。如圖3A的討論中提及的,天線84將生成電磁信號(hào),并且其中EM 信號(hào)將由天線90拾取。天線90具有與前面討論的天線相似的構(gòu)造。 而該信號(hào)將被引導(dǎo)至調(diào)制解調(diào)器裝置91 (有時(shí)還被稱為收發(fā)機(jī)91)。 更具體地,該信號(hào)被引導(dǎo)至接收機(jī)放大器92,并且其中接收機(jī)放大器92隨后將該模擬信號(hào)放大并且將其引導(dǎo)至解調(diào)器94。依賴于發(fā)射調(diào)制 方案,解調(diào)器94可以是頻移鍵控調(diào)制方案或者開關(guān)鍵控方案。解調(diào)器 94隨后將該信號(hào)引導(dǎo)至UART 96。在調(diào)制解調(diào)器裝置91和探頭電子模 塊98之間將存在硬連線連接。更具體地,探頭電子模塊98包含UART 100, UART 100從UART 96芯片接收數(shù)字串行通信,并且其中使用 RS-232標(biāo)準(zhǔn)。探頭電子模塊98中包含處理器,并且UART100可以將 串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)流以便由處理器處理。探頭電子模塊98可 以與控制單元102通信,并且其中通信路徑可以是硬連線連接,或者 可以是壓力脈沖遙測(cè)類型的系統(tǒng),如前面提及的。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo),該系統(tǒng)是雙向的。因此,操作員可以從控制 單元102生成信號(hào),而該信號(hào)被發(fā)送到探頭電子模塊98。然后UART 100 將該串行數(shù)據(jù)流串行傳送到調(diào)制解調(diào)器裝置91。更具體地,該串行數(shù) 據(jù)流將由UART96接收,而UART96將該信號(hào)引導(dǎo)至調(diào)制器104。調(diào) 制器104可以使用頻移鍵控調(diào)制或者開關(guān)鍵控。然后,該調(diào)制的信號(hào) 被引導(dǎo)至發(fā)射機(jī)放大器106以便放大。然后可將該模擬信號(hào)傳送到天 線90,并且其中天線90將生成EM信號(hào),如前面描述的,而EM信號(hào) 將由天線84接收。
現(xiàn)在參考圖4,示出了所接收的信號(hào)的衰減相對(duì)于天線的軸向分 離的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果。注意,圖4到8中繪出的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果利用四英寸長(zhǎng)的天 線。在圖4中,對(duì)于100 Hz、 1.0 kHz、 10.0 kHz和100 kHz的操作頻 率,計(jì)算了相對(duì)于共軸情況的所接收的信號(hào)的衰減。用于所示情況的 天線的軸向長(zhǎng)度是4英寸。天線軸向間距是從一個(gè)天線的中心到第二 個(gè)天線的中心的水平距離,如下面的公開內(nèi)容中更加全面解釋的。如 圖4中示出的,在鉆環(huán)內(nèi)孔中傳播的信號(hào)的衰減是嚴(yán)重的。隨著天線 的中心到中心的軸向間距的增加,信號(hào)電平每英尺下降約200 dB。結(jié) 果,在天線的中心到中心的軸向間距小于天線的總長(zhǎng)度的情況下,無 線鏈路的操作是最優(yōu)選的。這提供了兩個(gè)天線的一些軸向重疊,并且 使信號(hào)衰減最小。
設(shè)備系統(tǒng)10提供良好的數(shù)據(jù)傳輸所需的功率量也已被分析。分析了兩種情況。第一種情況是,提供用于10dB信噪比(SNR)的帶寬量作為軸向天線間距的函數(shù)。對(duì)于最高性能的同步數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),典型地需要10 dB的SNR。圖5和6中示出了兩個(gè)操作頻率的10 dB結(jié)果。 注意,水平軸的天線軸向間距表示從一個(gè)天線的中心到第二個(gè)天線的 中心的距離。如圖中示出的,利用合理的發(fā)射機(jī)功率電平和天線間距 可以實(shí)現(xiàn)良好的性能。這兩個(gè)圖還示出了鉆環(huán)孔內(nèi)部的高衰減率的影 響。使發(fā)射機(jī)功率增加IO倍僅提供額外的1到2英寸的天線間距。
參考圖7和8,已被分析的第二種情況是,提供用于30 dB SNR 的帶寬量作為軸向天線間距的函數(shù)。對(duì)于30 dB的SNR,可以為無線 鏈路采用簡(jiǎn)單得多的異步數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。圖7和8給出了兩個(gè)操作頻 率的30 dB的結(jié)果。如預(yù)期的,將SNR要求從10 dB增加到30 dB僅 使所需的天線間距減少約1英寸。經(jīng)驗(yàn)表明,使用工作在10 kHz的1 mW發(fā)射機(jī),6英寸的間距將提供SNR為10 dB的1000 Hz的信號(hào)帶 寬。對(duì)于30 dB SNR,在1 mW, 1000 Hz的帶寬點(diǎn),該間距從6英寸 減少到4.9英寸(如圖7中看到的)。這僅減少了l.l英寸。
基于測(cè)試結(jié)果,已經(jīng)發(fā)現(xiàn),可以以相對(duì)低的功率實(shí)現(xiàn)無線系統(tǒng)鏈路。大約lmW的功率電平將提供足夠的性能。而且,對(duì)于最優(yōu)選的實(shí) 施例,軸向天線間距應(yīng)使兩個(gè)天線存在一些重疊。
測(cè)試還表明,信號(hào)衰減不會(huì)隨操作頻率顯著增加。結(jié)果,可以使該設(shè)備的操作頻率高達(dá)10 kHz或100 kHz。增加操作頻率具有使系統(tǒng) 不受鉆探操作機(jī)械地引發(fā)的噪聲的影響的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)在高于5kHz的頻率 實(shí)際上消除機(jī)械引發(fā)的噪聲。
一種簡(jiǎn)單穩(wěn)健的異步通信系統(tǒng)可以在不損害系統(tǒng)性能的情況下用 于設(shè)備10的鏈路。對(duì)異步鏈路的高的SNR要求將僅使所允許的軸向天
線間距的有效范圍減少約1英寸。簡(jiǎn)單的異步系統(tǒng)將減少模塊電子設(shè) 備的復(fù)雜性和尺寸,并且還提供簡(jiǎn)單的用戶接口。用于該設(shè)備的最優(yōu)選的系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行傳輸協(xié)議。這允許將簡(jiǎn)單的UART用于 對(duì)電子模塊的接口。
除了允許使用簡(jiǎn)單的異步通信系統(tǒng)之外,提供高的SNR還允許使 用簡(jiǎn)化的調(diào)制方案。盡管可以在該系統(tǒng)中使用由通信系統(tǒng)使用的任何 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方案,但是諸如頻移鍵控(FSK)或者開關(guān)鍵控(OOK)的 簡(jiǎn)單的調(diào)制方案可用于所公開的調(diào)制解調(diào)器。這些調(diào)制方案相比于較 高性能的調(diào)制方案,諸如相移鍵控(PSK)、多相移鍵控(MPSK)、 多幅度相移鍵控(MAPSK)等,實(shí)現(xiàn)起來復(fù)雜性較低,并且可以在軸 向天線間隔減小較小的情況下給出相似的性能,而不增加所需的發(fā)射 機(jī)功率。
在探頭在鉆環(huán)孔內(nèi)部的軸向放置可以隨著某些不確定性而變化的 應(yīng)用中, 一個(gè)或所有兩個(gè)天線的長(zhǎng)度可以延伸以降低系統(tǒng)性能對(duì)探頭 天線和環(huán)天線的軸向不對(duì)準(zhǔn)的敏感度。圖9示出了此構(gòu)思。如圖中示 出的,可以使探頭天線的長(zhǎng)度長(zhǎng)于環(huán)天線。在該配置中,探頭在鉆環(huán) 中心孔中的軸向位置可以在顯著較大的區(qū)間上變化。只要存在兩個(gè)天 線的一些重疊,兩個(gè)天線之間的耦合將足以提供良好的系統(tǒng)性能。通 過相似的方式,可以使環(huán)天線的長(zhǎng)度長(zhǎng)于探頭天線。恰如圖9中示出 的情況,只要在環(huán)天線和探頭天線之間存在一些重疊,則天線之間的 耦合對(duì)于良好的性能而言是足夠的。
現(xiàn)在參考圖9A,圖9A是與環(huán)天線202居中對(duì)準(zhǔn)的探頭天線200 的示意圖。更具體地,探頭天線200布置在探頭8周圍,并且環(huán)天線 202布置在環(huán)2的內(nèi)部部分的周圍,如前面提及的。如所示出的,探頭 天線200的天線繞組的長(zhǎng)度長(zhǎng)于環(huán)天線的天線繞組的長(zhǎng)度,并且其中 探頭天線200以兩個(gè)天線的中心對(duì)準(zhǔn)的方式被安置在環(huán)孔中。
在圖9B中,示出了高于環(huán)天線的中心的探頭天線的中心的示意
圖。換言之,探頭天線200被安置在環(huán)孔中,探頭天線200的中心高 于環(huán)天線202。然而,應(yīng)當(dāng)注意,在圖9B中示出的位置,仍不存在軸 向間隔,而是示出了探頭天線200和環(huán)天線202之間的軸向重疊?,F(xiàn) 在參考圖9C,示出了低于環(huán)天線202的中心的探頭天線200的中心的 示意圖。圖9C還示出了軸向重疊。在圖9D中,示出了從環(huán)天線202 軸向隔開距離"L"的探頭天線的示意圖。圖9D示出了探頭天線200 和環(huán)天線202之間不存在軸向重疊的情況。因此,如圖9D中示出的, 隨著距離"L"增加,信號(hào)衰減增加。然而,根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo),通過 具有延伸的探頭天線繞組(諸如圖9A中示出的),所公開的實(shí)施例允 許探頭天線200相對(duì)于環(huán)天線202的較大的不對(duì)準(zhǔn)。換言之,在處理 與環(huán)和探頭的變化的長(zhǎng)度和用于將探頭安置在環(huán)孔內(nèi)部的硬件的位置 相關(guān)聯(lián)的問題時(shí),使探頭天線延伸允許兩個(gè)天線的較大的不對(duì)準(zhǔn)。
盡管已經(jīng)通過具體實(shí)施例描述了本發(fā)明,但是可以預(yù)見到,本發(fā) 明的變化和修改毫無疑問地對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。因 此,所附權(quán)利要求應(yīng)被解釋為涵蓋落在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的 所有這種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于在管柱中無線通信井下環(huán)境的特性的設(shè)備,所述管柱同心地安置在井孔中,所述設(shè)備包括傳感器裝置,其安置在所述管柱中的凹口中,用于收集所述特性的信息和處理所述信息;傳感器電子模塊,其電連接到所述傳感器裝置;第一調(diào)制解調(diào)器裝置,用于調(diào)制來自所述傳感器模塊的所述信息;傳感器天線,其電連接到所述第一調(diào)制解調(diào)器裝置,用于生成調(diào)制的電磁波;探頭,其同心地安置在所述管柱中;探頭天線,其布置在所述探頭中,用于接收所述調(diào)制的電磁波和生成輸出;第二調(diào)制解調(diào)器裝置,用于解調(diào)從所述傳感器裝置接收到的所述電磁波。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備,進(jìn)一步包括探頭電子模塊,其電連 接到所述第二調(diào)制解調(diào)器裝置。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備,其中所述傳感器裝置包括用于收集 模擬信號(hào)和生成記錄的電路裝置。
4. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備,其中所述傳感器天線和所述探頭天 線的操作頻率范圍是在1000赫茲和100000赫茲之間。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備,其中所述第一調(diào)制解調(diào)器裝置和所 述傳感器電子模塊之間的連接是通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)(UART)接n 。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備,其中所述UART接口的協(xié)議是RS 232標(biāo)準(zhǔn)。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備,其中存在所述探頭天線和所述傳感器天線的一些軸向重疊。
8. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備,其中所述探頭是具有外周邊的圓柱 形構(gòu)件,并且所述探頭天線同心地布置在所述探頭的所述外周邊周圍。
9. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備,其中所述傳感器天線布置在所述管 柱周圍。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備,其中所述探頭天線具有第一軸向 長(zhǎng)度,并且所述傳感器天線具有第二軸向長(zhǎng)度,并且其中所述探頭天 線的所述第一軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)于所述傳感器天線的所述第二軸向長(zhǎng)度,以 減小對(duì)所述兩個(gè)天線的軸向不對(duì)準(zhǔn)的敏感度。
11. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備,其中所述探頭天線具有第一軸向 長(zhǎng)度,并且所述傳感器天線具有第二軸向長(zhǎng)度,并且其中所述傳感器 天線的所述第二軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)于所述探頭天線的所述第一軸向長(zhǎng)度,以 減小對(duì)所述兩個(gè)天線的軸向不對(duì)準(zhǔn)的敏感度。
12. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備,其中所述管柱中包含有流體柱, 并且其中所述探頭電子模塊驅(qū)動(dòng)流體閥,所述流體閥傳送表示從所述 傳感器裝置收集的信息的流體壓力脈沖。
13. —種用于使位于管柱中的傳感器與同心布置在該管柱中的探 頭通信的方法,所述方法包括在所述管柱中提供所述傳感器;從所述傳感器生成讀數(shù);將所述讀數(shù)傳送到第一調(diào)制解調(diào)器裝置; 將所述讀數(shù)調(diào)制到載波上以產(chǎn)生調(diào)制信號(hào);將所述調(diào)制信號(hào)引導(dǎo)至位于所述管柱中的管柱天線;利用所述管柱天線響應(yīng)來自所述傳感器的所述讀數(shù)生成電磁信號(hào);利用位于所述探頭中的探頭天線接收所述電磁信號(hào); 在所述探頭中的第二調(diào)制解調(diào)器裝置中將所述電磁信號(hào)解調(diào)為所 述讀數(shù);將所述讀數(shù)傳送到位于所述探頭中的探頭電子模塊。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法,其中所述傳感器選自電阻傳感器、 伽馬射線傳感器或壓力傳感器。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法,其中從所述傳感器生成所述讀數(shù) 的步驟包括,收集電路中的模擬信號(hào)并且從所述模擬信號(hào)生成記錄。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法,其中所述管柱天線和所述探頭天 線的操作頻率范圍是在10000赫茲和100000赫茲之間。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法,其中所述第二調(diào)制解調(diào)器裝置和 所述探頭電子模塊之間的電連接是通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)(UART)。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法,其中所述UART接口的協(xié)議是 RS 232標(biāo)準(zhǔn)。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法,其中所述探頭天線布置在所述探 頭的所述外周邊周圍,并且所述管柱天線布置在所述管柱的內(nèi)部部分 周圍。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法,其中所述探頭天線具有第一長(zhǎng)度, 并且所述管柱天線具有第二長(zhǎng)度,以便形成所述探頭天線和所述管柱 天線之間的軸向重疊。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法,其中所述探頭天線的所述軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)于所述管柱天線的所述軸向長(zhǎng)度,以減少對(duì)所述兩個(gè)天線的軸向 不對(duì)準(zhǔn)的敏感度。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法,其中所述管柱天線的軸向長(zhǎng)度長(zhǎng) 于所述探頭天線的軸向長(zhǎng)度。
23. —種用于使傳感器與井孔中的探頭通信的無線系統(tǒng),包括 殼體,其同心地安置在所述井孔中,所述殼體包含所述傳感器并且其內(nèi)具有開口,并且其中所述探頭可滑動(dòng)地布置在所述開口中;第一處理器裝置,其布置在所述殼體中,用于接收由所述傳感器生成的讀數(shù)并且生成輸出讀數(shù);第一調(diào)制解調(diào)器裝置,其與所述第一處理器裝置電連接,用于調(diào)制所述輸出讀數(shù);殼體天線,其與所述第一調(diào)制解調(diào)器裝置電連接,用于生成調(diào)制的電磁波;探頭天線,其布置在所述探頭的外周邊周圍,用于接收所述調(diào)制 的電磁波;第二調(diào)制解調(diào)器裝置,其與所述探頭天線電連接,用于將所述調(diào) 制的電磁波解調(diào)為所述輸出讀數(shù);第二處理器裝置,其與所述第二調(diào)制解調(diào)器裝置電連接并且安置 在所述探頭中,用于處理所述輸出讀數(shù)并且將其記錄為數(shù)字記錄。
24. 如權(quán)利要求23所述的設(shè)備,其中所述探頭天線可以生成調(diào)制 的電磁波,并且其中所述殼體天線可以接收所述調(diào)制的電磁波。
25. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備,其中所述第二處理器裝置生成輸 出命令,所述輸出命令由所述第二調(diào)制解調(diào)器裝置接收,并且其中所述第二調(diào)制解調(diào)器裝置調(diào)制由所述探頭天線傳送的作為調(diào)制的電磁波 的所述輸出命令。
26. —種用于從探頭到位于井孔中的管柱的無線通信的設(shè)備,所 述設(shè)備包括探頭調(diào)制器電子模塊,其位于所述探頭中,所述探頭調(diào)制解調(diào)器 電子模塊將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)制信號(hào);探頭天線,其電連接到所述探頭調(diào)制器電子模塊,所述探頭天線 生成復(fù)制所述調(diào)制信號(hào)的電磁波;環(huán)天線,其位于所述管柱中,所述環(huán)天線能夠接收所述電磁波;環(huán)解調(diào)器電子模塊,其電連接到所述環(huán)天線,所述環(huán)調(diào)制解調(diào)器 電子模塊將接收的電磁波解調(diào)為所述數(shù)字信號(hào)。
27. 如權(quán)利要求26所述的設(shè)備,其中所述探頭天線的長(zhǎng)度是第一 長(zhǎng)度,并且所述環(huán)天線的長(zhǎng)度是第二長(zhǎng)度;并且其中所述探頭天線的所述長(zhǎng)度長(zhǎng)于所述環(huán)天線的所述長(zhǎng)度。
28. 如權(quán)利要求27所述的設(shè)備,其中所述探頭天線布置在所述探 頭的外周邊周圍,并且其中所述探頭天線包括非金屬線圈管;纏繞在所述線圈管周圍的天線繞組;和覆蓋所述 天線繞組的非金屬護(hù)罩。
29. 如權(quán)利要求28所述的設(shè)備,其中所述環(huán)天線布置在所述管柱 中的內(nèi)部凹口周圍,并且其中所述環(huán)天線包括鄰近所述內(nèi)部凹口的 非金屬線圈管;在所述非金屬線圈管周圍的天線繞組;和覆蓋所述天 線繞組的非金屬護(hù)罩。
30. 如權(quán)利要求29所述的設(shè)備,其中所述環(huán)天線和所述探頭天線 的操作頻率范圍是在10000赫茲和100000赫茲之間,并且所述探頭天 線的發(fā)射機(jī)功率范圍在1瓦特和0.001瓦特之間。
全文摘要
圖1示出一種用于井下環(huán)境的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括殼體,其包含傳感器(26),該傳感器安置在管柱(2)中,用于收集信息和處理信息;調(diào)制器(18),用于將來自傳感器的信息調(diào)制為模擬信號(hào);和傳感器天線(20),其電連接到第一調(diào)制器,用于生成調(diào)制的電磁波。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括探頭殼體(16),其同心地布置在管柱中;和探頭天線(14),用于從傳感器接收信號(hào)并用來生成輸出。
文檔編號(hào)G01V3/00GK101208618SQ200680022844
公開日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者威廉·D·弗拉納根 申請(qǐng)人:阿爾蒂瑪實(shí)驗(yàn)室公司