钻柱中正弦信号声波传输特性实验研究

充分认识声波信号在钻柱中的传输特性,是实现井下信息远距离传输的基础。为研究声信号在钻柱中的传输特性,建立了钻柱结构声传输实验系统。采用不同尺寸钻杆组成的有限长钻柱进行了传输特性实验研究,同时结合理论分析的结果进行实验分析,对声传输系统的可行性进行了分析研究。研究结果表明:实验分析结果与理论分析结果具有特性描述一致性,随着频率的升高接收信号幅值呈现下降趋势,传输距离增大时信号接收幅值减小,并且这种减小程度随着频率的增大而增大,钻柱结构尺寸差异大则接收信号幅值其随着频率变化的速率小。     

耦合钻井液钻柱声波传播特性研究

钻井过程中非常规钻井液的应用,使得随钻数据无法通过传统的钻井液脉冲方式传输,迫切需要更高数据传输速率和受工作环境影响更小的井下随钻无线传输技术。基于钻柱信道的井下信息声波传输技术是较为理想的随钻数据无线传输方式,为给声波传输系统的设计提供理论依据,针对钻柱信道中的声波传播特性进行了研究。研究结果表明:钻柱信道具有通带和阻带相间的梳状滤波器特征,频带分布具有一定的周期性和对称性特征。钻柱结构决定了其信道通阻带的分布情况,随着钻杆根数的增加通带内小谱峰的个数增加,信道传输能力下降,结构尺寸不一致会使通带变窄,声波传输性能下降。     

钻杆中声波传输特性测试

在实验室进行钻杆声波传输特性测试试验.使用激振器和自制激励装置作为激发源、特制的钻杆短节为传输信道,研究声波在钻杆充气、充水、压沙袋3种状态下的传输特性;利用扫频信号激励钻杆,确定钻杆中声波的最佳传输频率点,得出钻杆中声波衰减的经验公式.结果表明:钻杆接箍和声波频率是造成声波衰减的主要因素;纵波是相对较好的信息传输载体;钻杆信道通带为非平滑的梳状滤波器结构.     

大功率气介声波换能器的研究

研究了一种大功率气介声波换能器，该换能器由夹心式功率超声换能器及一个弯曲振动金属盘组成；推出了换能器各组成部分的共振频率设计方程；设计了一些换能器振子，实验表明，在小信号条件下，换能器的共振频率测试值与理论值符合很好。     

气体钻井钻柱内声波信号传输规律分析

针对气体钻井随钻测量问题,参照医用听诊器的工作原理,提出在气体钻井中利用钻柱内声波进行井下信息传输的方法;通过建立钻柱内声波传播的数学模型并求解,得出钻柱内声波信号传输的衰减规律;利用声波导理论对钻柱的声波导特性进行分析,计算钻柱内声波的截止频率。通过管道声波传输实验,将采集声波信号与计算结果进行比对,验证了理论分析的准确性。结果表明,气体钻井钻柱内声波信号传输过程中的衰减程度随频率的升高而逐渐加剧;钻柱的内径尺寸决定了内部各阶声波的截止频率,内径越大,声波的截止频率越低;声波信号传输载波频率的选择时,应兼顾钻柱内声波信号的衰减规律和不同尺寸钻具的声波导特性,尽量选择钻柱截止频率内较低的频段,减少因高次波激发造成的衰减,延长声波信号的传输距离。     

声波在钻柱中的传播特性

首先分析声波在管柱中的传播机制和特性,接箍等效为声透层,依据突变截面管和波导管声波传播相关理论,利用传递矩阵法分析声波在钻柱中的透射和反射.对理想钻杆中沿管轴方向的纵波传播模型进行分析,推导出纵波频率方程.利用色散曲线对钻杆中纵波传输的频域特性进行分析,并通过有限长管试件进行声传输试验.结果表明:钻杆和接箍的长度和截而积决定了钻柱的频带结构,并且这种频带结构的变化旱周期性和对称性;在钻柱信道中,通带和阻带交替出现,钻柱表现为一种梳状滤波器,且在一个频带周期内随着频率的增加,通带先变窄冉变宽,阻带则先变宽再变窄;钻杆长度增加使通带变窄,接箍截面积减小使通带变宽,钻杆各节钻管的长度不一致会使通带变窄.     

电遥测钻柱信号传输的建模分析与信道特性改善

电遥测钻柱信息遥测系统由多节布线钻杆级联形成,用于井下随钻测量数据的高速率上传。由于信道传输的高频电压信号衰减严重,目前每隔约300米需要中继器进行信号续传,因此如何延长中继距离成为系统性能改善的关键。布线钻杆由布有同轴电缆的杆体及电磁耦合器构成,高频下布线杆体的同轴电缆可看做传输线,电磁耦合器可等效为高频变压器,将二者结合建立了布线钻杆的等效电路模型及电遥测钻柱信道的电压传输函数数学模型;通过外置补偿元件使传输线达到阻抗匹配以确立布线钻杆的电磁参数;通过改变补偿元件参数在传输线终端产生反射电压来加强传输线上的信号幅度,使信道的信号传输能力得到有效改善。研究表明,适当增大补偿元件电阻值可以大幅度提高信道的电压传输函数值,在目前信道带宽及信号检测灵敏度条件下中继距离可提高1倍,达到大幅度延长中继距离的目的。本文的研究可以为布线钻杆的电磁设计及电遥测钻柱信息传输系统的性能改进提供理论指导。     

随钻测井钻柱声波的频谱特性

分别采用传递矩阵法和有限差分法数值模拟了由多根钻杆和接箍组成的钻柱中的纵波的传输特性,得到了钻柱脉冲响应的频谱曲线。结果表明：可以根据钻柱具有的通带和阻带的传输特性来选择发射信号的频率,使声波信号通过钻柱传输或者被衰减掉;当钻柱较长时,传递矩阵法比有限差分法计算的结果更可靠。     

声波在声子带隙材料中的传输

研究了声波在二维声子带隙材料中的传输特性，把声子带隙材料作为一个散射体进行处理．在远场近似下(kr≥1)，计算了声波在有限范围内声子带隙材料中的传输系数，得到了与带结构符合很好的计算结果，     

声波换能器高温测试系统的数据通讯

针对声波换能器高温测试的控制过程庞杂、控制对象分散的特点,设计了以一台高性能笔记本电脑作为上位机、多个嵌入式系统为前端机的分布式控制系统.基于以太网技术,阐述系统在客户端/服务器(C/S)工作模式下,以网络通讯方式进行异种平台的数据传输方法,实现了系统的上位机和前端机之间可靠的数据通讯,解决了传统测试仪器多项功能集成困难的问题.声波换能器高温测试系统运行中的数据传输测试结果表明,此数据通讯系统数据传输延迟时间短、稳定,差错校验码校验正确,能够满足系统网络通讯的实时性要求.     

声发射信号通过螺栓紧固联接界面的试验研究

在声发射的实际应用中,采集的声发射信号很多都是经过不同界面传输的,其传播特性也受到不同程度的影响,其中通过螺栓紧固联接平面界面传播是最常见的一种。分析了引起声发射信号衰减的各种原因,采用成都动科信号采集卡及其相应的分析系统,模拟设计几组螺栓紧固联接平面试件来进行声发射信号传播特性研究。初步分析研究了在表面粗糙度、压力、接合面介质等不同条件下声发射信号通过螺栓紧固联接平面界面传播后的衰减情况,为声发射检测复杂结构设备具有重大参考意义。     

考虑输电线路阻抗频率特性的高精度行波定位方法

从理论上推导出了考虑集肤效应的三相输电线路的正序阻抗和零序阻抗随频率变化的公式,分析了输电线路的阻抗频率特性及输电线路阻抗的依频特性对行波定位和保护的影响,并提出了应用小波包分析对行波信号进行分解,分频段进行行波速度的计算并记录行波波头到达的时间来进行故障定位的方法.通过ATP仿真分析表明,该故障定位方法能有效消除行波色散特性的影响,提高故障定位的精度.     

基于人工梯度结构的声传输特性分析

为了使声波产生不同于传统天然声学材料的反常传输特性,使其在声通信、声探测及声波低损耗定向传输等方面提供新思路,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型人工梯度结构中的传播特性。仿真结果表明:在波平面经过一系列的低传输后,所设计模型吸收了大多数的入射声波,与此同时,在模型的另一侧,声波重新在出射声波处汇聚出了一个全新的焦点。此外,越接近共振频率,声波的传输特性便相对越好,由于人工声学结构具有设计灵活性及可调控性,因此在实际应用中可以根据具体情况进行结构的设计,使其满足传输声波信号所需的共振频率,以此提高声波传输效率,为实际水下声源探测、声波通信等提供新思路。     

复频聚焦超声换能器声场研究

研制了一种能实现两种频率超声叠加的自聚焦型超声换能器，利用瑞利公式对其声场进行了计算，确定了焦区位置，计算结果与测量值符合较好，对复频叠加声场的频谱进行了测量，发现其有两个原波，和频波，差频波，倍频波等成分，理论分析及实验结果表明，该换能器可以实现双波叠加并产生声散射效应。     

复频聚焦超声换能器及其辐射声场的研究

研制了一种新型复频聚焦超声换能器 .从理论上计算了辐射声压在轴向上的分布曲线 ,进而确定了焦区位置 ,理论分析与实验结果符合较好 .对换能器的焦区声场作了定标     

不同围压下煤岩声发射特征试验

利用MTS815岩石力学试验系统对煤岩试样进行常规单轴和三轴围压下的声发射(AE)试验.对声发射信号特征进行综合分析,结果表明:常规单轴压缩和围压作用下试样的AE参数变化均具有明显的趋势性;围压的作用下,弹性阶段的声发射信号显著减少,破坏前无明显AE相对平静期现象,随时间分布的AE振幅及其包络线可以间接反映应力的变化趋势.随着振幅的增加,声发射事件数呈递减的趋势,反映累积幅度分布的m值随着围压的增加而增大.AE频率均分布在3个频域范围内,试样破坏时AE主频成分所占比例显著增加.     

直埋热水供热管道泄漏声波特性实验研究

城市直埋供热管网泄漏精准智能定位是城市供热基础设施安全与节能降碳运行及智能化的重关键环节。为提高利用声波法进行直埋热水供热管网泄漏的定位精度,建立DN300大型模化供热实验系统,研究了有无泄漏时,管壁上声波信号随传播距离、温度、压力和流量变化的特性,分析了管道上水泵振动声波的时频特点,利用小波阈值法进行信号降噪,得到了供热管道泄漏的特征频段。研究表明,温度对泄漏声波频段影响显著,温度越高声波特征频段分布越大,温度从31℃升高到86℃后,特征频段从200-800 Hz升至50-1500 Hz;传播距离、压力和流量的变化主要影响泄漏信号幅值,对特征频段范围影响较小;水泵声波能量主要集中在3000-4000 Hz处于泄漏信号频段范围之外,利用小波阈值法进行信号降噪,提高定位精度可达0.11%、实现定位距离偏差在±1m内。     

井下大功率多极子声波换能器激励源的设计

介绍了一种用于石油仪器的大功率多极子阵列声波换能器激励源的设计方案。该方案中，大规模复杂可编程器件执行DSP通过专用串行线路发送的命令，精确地控制多个激励源的激励时刻和激励宽度，实现了对声波辐射能量的最佳控制。对该方案进行了实验测试。测试结果表明，所设计的激励源能够保证控制电路系统在150℃环境温度下稳定工作，适于井下高温高压恶劣环境应用。