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1、EILog06遥传系统原理介绍及调校维修,目 录,TELC6306电缆遥测短节电路介绍,概况,1,TELC6306电缆遥测短节调校,1,2,3,电缆传输系统国内外现状,六十年代模拟量传输方式,斯伦贝谢公司：MAX500,阿特拉斯公司：WTC3510,传输数据增加,目前,斯伦贝谢公司CTS,阿特拉斯公司：WTS,八、九十年代,哈里伯顿公司：LOG-IQ,中油测井：EILog,1. 概述,1. 概述,电缆传输系统国内外现状,表1. 三家国外公司测井系统电缆传输平台对比,1. 概述,EILog电缆传输系统研发历程,1. 概述,遥传中使用的几个通讯技术,OFDM（正交频分复用）传输体制由于频带利用率高
2、，同时由于引入循环前缀，使信号的抗多径效应和抗信道的群时延的能力得到大大的增强，因而也得到越来越多的人们的认同。而COFDM则是在OFDM的基础上增加了高性能的信道编码，进一步提高了传输的可靠性。 EILog测井系统共有地面采集与解释、数据传输和井下参数测量三个平台。其中数据传输平台主要负责地面系统和井下仪器之间的数据交换工作。我们所研制的高速电缆传输平台，在国内首次将COFDM技术用于测井传输领域并取得成功，传输速率达到430kbps。,1. 概述,缆芯的直流电阻约为30 欧姆/千米 ,分布电容约为0.1微法/千米 信号频率为MHz 时分布电感约为2 微亨/千米。信号传输频带宽度仅约为100
3、 Hz- 150 kHz。,1. 概述,遥传中使用的几个通讯技术,双相移键控(BPSK)调制 对电缆上传输的信号, 采用了BDPSK 数字调制技术, 即二相相对(差分) 相移键控调制技术(图2)。其特点是: 每一码元对应的载波相位变化不是以固定相位作为参考, 而是以前一个码元对应的相位为参考。当传输数字信号“1”时, 码元对应的载波相位相对于前一码元不变化; 为“0”时, 码元对应的载波相位相对于前一码元产生180相移。,遥传中使用的几个通讯技术,1. 概述,四相移键控(QPSK)调制 QPSK有四种相移0、90、180和270，分别代表两位信息00、10、11和01。与BPSK相比较，QPS
4、K的传输速率可增大一倍。,遥传中使用的几个通讯技术,1. 概述,遥传中使用的几个通讯技术,1. 概述,正交振幅调制(QAM) :是一种在两个正交载波上进行幅度调制得调制方式,12,OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-Carrier Modulation，多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。,1. 概述,
5、遥传中使用的几个通讯技术,通信电缆的幅频特性图如下图一所示，其幅度的损耗随着频率的增加而迅速增大，从而使得在这一段电缆上使用常规的通信模式不能达到较高的数据传输速率或不能在较长的电缆上传输数据。这是由于常规的传输模式需要整个信道带宽内是平坦的信道特性，或通过一系列均衡处理，可以将信道整理为平平坦信道。 而OFDM由于将信道划分为许多均匀的子带，就不需要对不平坦信道进行复杂的均衡处理，而且OFDM技术可以通过对整个信道使用灌水定理，增减整个信道的通信能力。,1. 概述,遥传中使用的几个通讯技术,正交频分复用（OFDM）原理 OFDM 就是一种并行传输系统，它的基本原理就是把所传输的高速数据流分解
6、N个子比特流,每个子比特流具有较低的传输率,用N个低速数据流调制N个子载波，调制之后的N个子载波信号相加后并行传输。 通过选择合适的频率间隔,保证所有N个子载波相互保持正交，接收端就能够根据特定的正交性约束来区分各个子载波。,15,图6. OFDM调制原理框图,1. 概述,遥传中使用的几个通讯技术,16,图 3 . 完成一个载波的调制,1. 概述,遥传中使用的几个通讯技术,17,图 4 . 完成多个载波的调制,1. 概述,遥传中使用的几个通讯技术,18,图 5 . 完成多个载波的调制,1. 概述,遥传中使用的几个通讯技术,19,图 7 . 一个真实的多载波合成,1. 概述,正交频分复用（OFD
7、M）优势（1）频谱利用率高：OFDM信号由N个载波信号叠加而成，每个信号频谱为 sinc函数并且与相邻信号频谱有1/2重叠。（2）抗干扰能力强：插入保护间隔CP消除码间串扰。（3）易于进行调制和解调：各子信道中的正交调制和解调可以通过IDFT和DFT 方法来实现，对于子载波数目较大的系统，可通过IFFT和FFT实现。,OFDM信号频谱,插入保护间隔CP消除码间串扰,遥传中使用的几个通讯技术,1. 概述,循环冗余校验码CRC CRC校验码的基本思想是利用线性编码理论，在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的监督码（既CRC码）r位，并附在信息后边，构成一个新的二进制码序
8、列数共(k+ r)位，最后发送出去。在接收端，则根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。 CRC的本质是模-2除法的余数，采用的除数不同，CRC的类型也就不一样。通常，CRC的除数用生成多项式来表示。最常用的CRC码的生成多项式有CRC16,CRC32.,遥传中使用的几个通讯技术,1. 概述,RS编译码,EILog系统遥传平台采用的是（6，）RS码,遥传中使用的几个通讯技术,1. 概述,扰码和解扰 主要目的如下： 便于提取比特定时信息。因为当数字基带信号出现较长的连“0”（或连“1”）序列时，接收端不能顺利地提取比特定时信息。将数字信息序列作”随机化“处理（扰码）后
9、，就能限制连“0”（或连“1”）码长度，从而有利于提取比特定时信息；使信号频谱扩散。因为当数字基带信号是周期不长的周期信号时，其频谱集中，并含有相当大的线谱，从而易于造成对其他系统的干扰。经扰乱后，数字基带信号具有伪随机性质，其频谱将分散，上述干扰程度就会降低。,遥传中使用的几个通讯技术,1. 概述,同步 ：位同步和帧同步位同步又称为码元同步。在数字通信系统中，任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决。目前最常用的位同步方法是直接法，即接收端直接从接收到的码流中提取时钟信号、作为接收端的时钟基准，去校正或调整接收端本地产生的时钟信
10、号，使收发双方保持同步。 帧同步：在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个帧。在接收这些数字信息时，必须知道这些帧的起止时刻，否则接收端无法正确恢复信息。对于数字时分多路通信系统，在发送端必须提供每帧的起止标记，在接收端检测并获取这一标志的过程，称为帧同步；实现帧同步的方式包括外同步法，即由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接收端把这个导频提取出来作为同步信号的方法，称为外同步法；,1、概 述,430K遥传系统结构图,地面430K信号采集板,TELC6306电缆遥测短节,技术指标,信号传输方式：半双工方式； 信号调制方式：COFDM；信号传输速率：430kb/s；字长：16位/字；信号
11、带宽：150kHz；精度：误码率10-7（通过7000米测井电缆与井下遥测短节相连后的总体指标）；井下仪器总线：CAN总线；缆头电源电压：AC22020V 50Hz；仪器内电源输出工作电压：12V；5V；CAN5V；3.3V。,1、概 述,430K遥传系统调制解调数据流程,1、概 述,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,TELC6306结构示意图,电源变压器,电容包,电缆驱动板,电源板,方式变压器,调制解调板,CAN接口板,TELC6306原理框图,（1）命令接收电路,（2）数据发送电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,电源变压器,2、 TELC6
12、306电缆遥测短节电路介绍,（1）电源变压器12V、5V、3.3V、CAN5V、24V,各部分工作原理及功能介绍,（2）电源板和电容包12V、5V、3.3V、CAN5V、24V,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（3）方式变压器,井下T5方式变压器,地面T5方式变压器,地面组件,七芯电缆,方式变压器,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（3）方式变压器,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,缆芯分配：缆芯1和4给井下提供220V交流电源； 缆芯2和6、3和5用于传输遥传信号； 缆芯7用于传输自然电位信号； 用幻象供电向
13、井下提供推靠电源。,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,调制解调板,包括接口电路、电源电路、DSP主控电路、FPGA控制电路、AD电路、DA电路、开关控制电路和CAN总线电路等。,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,命令接收电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,电源电路12V,5V,3.3V和1.25V,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,接收+模拟开关电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作
14、原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,放大+滤波+AD电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,FPGA电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,FPGA电路fpga_config电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,FPGA电路fpga_power电路（3.3V、1.2V）,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,FPGA电路fpga_io电路,2、 TELC6306电缆
15、遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,DSP电路,DSP主要完成井下与CAN仪器总线数据交换、井下数据的扰码、OFDM调制解调、帧格式形成、电缆特性预斜等工作。 其中OFDM调制解调是整个DSP的关键，它包括编码映射，系统帧同步、训练、握手、均衡、RS校验、FFT等部分的软件。,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,DSP电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,CAN总线协议电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,下发命令,数据发送电路,2、 T
16、ELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,CAN总线协议电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,上传数据,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,DA电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（4）井下调制解调板,前置放大电路,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（5）电缆驱动板,电缆驱动板,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（6）CAN接口板,2、 TELC6306电缆遥测短节电路介
17、绍,CAN接口板,CAN接口板在遥传仪器中主要负责三参数数据、电极系数据、自然电位数据和补偿中子数据的采集，同时实现对自然电位继电器的选通控制。,3、 TELC6306电缆遥测短节调校,遥传系统工作流程,3、 TELC6306电缆遥测短节调校,仪器故障维修，首先要分清故障部分，是数据上传还是命令下发问题，是井下遥传短节的问题还是430k地面采集板的问题。,3、 TELC6306电缆遥测短节调校,井下遥传短节调试与维修,（1）数据发送电路检测,整个电缆传输平台工作是从井下发送开始的，上电后井下先发送握手信号，因此井下调试时，可以先单独进行发送电路的调试。发送电路是由调制解调板和电缆驱动板共同完成
18、。,首先检测各板电源是否正常。,3、 TELC6306电缆遥测短节调校,3、 TELC6306电缆遥测短节调校,3、 TELC6306电缆遥测短节调校,3、 TELC6306电缆遥测短节调校,（2）接收电路检测,仪器和地面通过电缆连接，加电。井下发送电路正常，和地面握手后，井下会接收到地面握手信号。,3、 TELC6306电缆遥测短节调校,3、 TELC6306电缆遥测短节调校,3、 TELC6306电缆遥测短节调校,（3）调试常见问题汇总,4、 430k地面采集板电路介绍,430k地面采集板,硬件升级：程控放大器、AD/DA、 FPGA和DSP 、PCI9054等；软件升级：自动增益控制、c
19、hu序列训练握手、NCO数控振荡器时钟同步等;,常规430K信号采集板,非常规430K信号采集板,4、 430k地面采集板电路介绍,电路框图,CPCI,COFDM,调制解调,DSP,ADSP-TS101,功放PA12,电缆,地面430K信号采集板,调制解调,FPGA,（EP3C120）,A/D,滤波器,电路,井下上传数据,恢复为原始数据,井下仪,前端机采集,地面下发命令,（1）地面接收电路,（2）地面发送电路,(PCI9054),编码调制为下发命令,4、 430k地面采集板电路介绍,各部分工作原理及功能介绍,（1）电源电路12V,5V,3.3V，1.2V和2.5V,4、 430k地面采集板电路
20、介绍,（2）接收电路-接收放大+模拟开关+程控放大,模拟开关：HI5051ADG1411；程控放大器：AD526THS7001;程控方式：手动上电自动调整技术。,4、 430k地面采集板电路介绍,（2）接收电路-滤波电路,滤波电路：滤波器HA4602OPA211运放四阶切比雪夫滤波器。,4、 430k地面采集板电路介绍,（2）接收电路-AD转换,AD转换芯片：LTC1414I AD7671； AD7671 ：16-BitADC；1 MSPS；,4、 430k地面采集板电路介绍,（2）接收电路-FPGA电路:主要完成RS编码、控制数据AD/DA转换、控制时序产生、采样时钟锁相环等。,FPGA：E
21、P1C12EP3C120（BGA球形封装）;,4、 430k地面采集板电路介绍,（2）接收电路-FPGA电路,FPGA电路fpga_config电路：存储和加载FPGA程序,程序存储器： EPCS16(16Mbit) EPCS64(64Mbit）,4、 430k地面采集板电路介绍,（2）接收电路-FPGA电路,FPGA电路fpga_power电路：电源滤波电路,DVDD(3.3V)：FPGA的 I/O;DVDDINT(1.2V)： FPGA内核 ;DVDDPLL(2.5V)： FPGA内部锁相环PLL ;,4、 430k地面采集板电路介绍,（2）接收电路-FPGA电路,FPGA电路fpga_i
22、o电路： I/O接口电路,I/O：AD/DA/DSP/PCI9054等。,4、 430k地面采集板电路介绍,（2）接收电路-DSP电路, FLASH程序存储器：SST39VF040AM29LV128M。,DSP电路FLASH程序存储器,4、 430k地面采集板电路介绍,（2）接收电路-DSP电路,ADSP21060LADSP-TS101SAB1Z-1 （BGA封装）两个关键信号: 用于判断DSP焊接是否良好。 Ts101_RESET（复位、正常为高） Ts101_BMSn(片选、导片成功后为高),DSP电路DSP,4、 430k地面采集板电路介绍,（2）接收电路-CPCI总线接口模块PCI90
23、54, PCI9054是美国PLX公司生产的PCI总线通用接口芯片，完成PCI总线到本地LOCAL 总线的桥接。该芯片具有通用性，省去了考虑太多复杂的PCI总线规范。 PCI9054对外提供了三个接口：PCI总线接口、LOCAL总线接口和EEPROM接口。 PCI9054在PCI总线到本地LOCAL总线之间传递数据和信息； EEPROM用来存放配置信息，完成启动时9054板卡的“即插即用”功能。,4、 430k地面采集板电路介绍,电路框图,C,P,C,I,总,线,COFDM,调制解调,DSP,（,ADSP2106,0,）,R,O,M,40MHz,晶振,功放PA12,电缆,地面调制解调板,调制解
24、调,FPGA,（EP3C120）,A/D,滤波器,电路,井下数据,恢复为原始数据,井下仪,地面下发命令,（1）地面接收电路,（2）地面发送电路,(PCI9054),编码调制为下发命令,4、 430k地面采集板电路介绍,（3） 发送电路DA电路, DA转换芯片：LTC1668 AD5546； AD5546：16-BitADC；1 MSPS； 40to +125。,4、 430k地面采集板电路介绍,（3） 发送电路程控放大+PA12驱动+模拟开关,5、 430k地面采集板调校,调试常见问题汇总,5、 430k地面采集板调校,6、 操作,（1）正确选择前端Vxworks,1）CPU 板两种：CT7
25、/MIC3392.2）100K 采集板有两种： 新深度/旧深度3）430K 采集板有两种： 常规/非常规430K信号采集板,6、 操作,（1）正确选择前端Vxworks,6、 操作,（2）接收、发送增益选择,6、 操作,（3）上电通讯,仪器按地面系统 电缆遥传短节接好，仪器通电，训 练握手通讯正常后， 观察地面遥传状态 窗口。如果窗口种的各项 参数正常，说明仪 器完好，达到上井 状态。,数据5数据6：井下CAN节点状态字，从低位开始，每两位代表一个节点。低一位为0表示总线命令接收错误，1为命令接收正确。高一位为0表示该节点数据接收错误，1为数据接收正确；,6、 操作,（3）上电通讯上行数据帧格
26、式,6、 操作,数据8以后为井下仪器数据： CAN总线工作正常时，数据8以后为相应井下仪器的数据； 若CAN总线工作不正常则有三种情况： 一是AAAA，表示CAN总线挂起，总线不能使用； 二是BBBB，表示发送命令无效，即CAN节点接收命令不正常； 三是CCCC，表示未接受到节点数据。,（3）上电通讯上行数据帧格式,6、 操作,（3）上电通讯操作注意事项（非常规430K信号采集板）,(1) 井下仪通过电缆和地面系统挂接，地面采集箱体开机工作，此时地面430K信号采集板上的两灯同时亮起，主控软件选择相应仪器串，进入测井界面，此时430K信号采集板上的两灯一起灭，开始测井。（2）前端vxworks是否选择正确可根据（1）中现象判断。 (3) 地面关电后再次加电时如果430K信号采集板上的“训练握手指示灯”（上灯）依旧长亮，则需要按该灯复位灭后再加电。,6、 操作,（4）缆头电压刻度,(1) 选择低刻采样，得到第一个测量值。用万用表实测1、4缆芯的实际缆头电压， 填入刻度菜单的第一个工程值中。(2) 地面系统增大缆头电压，选择高刻采样，同上，得到第二个测量值和工程值。(3) “刻度计算和保存”，即得到本支仪器的缆头电压刻度乘、加因子。,谢 谢!,
