Устройство приема сигнала

Полезная модель относится к области геофизических исследований скважин и может быть использована для приема, обработки и передачи сигнала, излучаемого скважинным прибором телеметрической системы с электромагнитным каналом связи.
Из уровня техники (патент ПМ № 70933 с приоритетом от 25.09.2007 г.) известно приемное устройство бескабельной телеметрической системы, включающее усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь, центральное процессорное устройство, блок питания, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит схему согласования для подключения к приемному устройству датчика давления гидравлических импульсов.
Недостатком данного приемного устройства является то, что устройство имеет только один антенный вход.
Самым близким по своей технической сущности является устройство согласования наземное (патент ПМ № 168164 с приоритетом от 12.18.2016 г.), содержащее симметричный трансформатор, выход которого подключен к входу дифференциального усилителя, набор фильтров низкой частоты, выходы которых через механический коммутатор и согласующий фильтр соединены с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен с микроконтроллером, оснащённое USB-интерфейсом, обеспечивающим связь с компьютером оператора.
Недостатком данного технического решения является избыточное количество элементов: набор фильтров высокой частоты, набор полосовых фильтров, задачи которых могут быть решены на программном уровне и которые нуждаются в настройке, что приводит к временным и материальным затратам. Кроме того, применение механического коммутатора не исключает возможность ошибки оператора при выборе полосы пропускания.
Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение арсенала средств приема сигнала, обеспечивающих автоматический выбор источника электромагнитных сигналов телеметрической системы
Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство приема сигнала, включающее корпус, содержащий дифференциальный операционный усилитель, фильтр низких частот, аналого-цифровые преобразователи, двухполярный источник питания, SPI-интерфейс, микроконтроллер, коннектор USB-B, источник питания, линейный стабилизатор, и дополнительно содержит аналоговый электронный коммутатор с антенными входами, и позволяет осуществлять автоматический выбор пары антенн с наибольшим уровнем достоверности приема сигнала. Данные, полученные по электромагнитному каналу, передаются под воздействием помех и поэтому не являются всегда достоверными. Поскольку декодирование данных производится на основе корреляции эталонных сигналов с полученными, то для оценки качества декодированных данных используется цифровое значение под названием «Достоверность», связанное с уровнем (коэффициентом) корреляции. Достоверность принимает целочисленные положительные значения в диапазоне от 0 до 9.  Данные, принятые с наименьшими искажениями, имеют достоверность 9, что соответствует уровню корреляции от 0,85 до 1,0. Наибольшие искажения имеют данные с достоверностью 0, что соответствует уровню корреляции от 0,00 до 0,05. Характеристика Достоверность используется, например, для автоматического отсеивания недостоверных данных по границе достоверности, задаваемой в настройках программного обеспечения.
Суть технического решения поясняется схемой, где на фиг.1 изображен аналоговый электронный коммутатор 1, дифференциальный операционный усилитель 2, фильтр низких частот 3, аналого-цифровой преобразователь 4, аналого-цифровой преобразователь 5, микроконтроллер 6, коннектор USB-B 7, источник питания 8, двухполярный источник питания 9, линейный стабилизатор 10.
Устройство приема сигнала работает следующим образом. По периметру буровой расположена группа приемных антенно-фидерных устройств в количестве от 2 до 8 штук (на схеме не показаны), подключенных к аналоговому электронному коммутатору 1. Информационный сигнал от скважинного прибора телеметрической системы, передаваемый по электромагнитному каналу связи, улавливается антеннами и передается по кабелю на антенные входы А1, А2, А3, А4, А5, А6, А7, А8 аналогового электронного коммутатора 1. В начале работы пара антенн для приема сигнала определяется оператором в момент настройки параметров работы. Если выбранная пара отвечает заданным параметрам достоверности, прием сигнала осуществляется с данной пары. Программное обеспечение производит выборку источников с наименьшими искажениями и формирует управляющий сигнал. Если достоверность снижается, то производится оценка уровня достоверности сигнала всех доступных вариантов пар антенн и определяется пара антенн с наибольшим уровнем достоверности сигнала, после чего на вход аналогового электронного коммутатора 1 по SPI-интерфейсу поступает сформированный управляющий сигнал. Аналоговый электронный коммутатор 1 своими входами связан с антенными выходами А1, А2, А3, А4, А5, А6, А7, А8, на вход аналогового электронного коммутатора 1 по SPI-интерфейсу поступает управляющий сигнал от компьютера (на схеме не показан), после чего аналоговый электронный коммутатор 1 подключает выбранные антенные выходы к входам NP и NN дифференциального операционного усилителя 2. С выходов двухполярного источника питания 9, питающее напряжение поступает на входы аналогового электронного коммутатора 1. Сигналы, поступившие на вход дифференциального операционного усилителя 2, автоматически усиливаются до максимально требуемого значения, воспринимаемого АЦП 4, АЦП 5. Дифференциальный операционный усилитель 2 своим входом соединен с компьютером через SPI-интерфейс и получает от компьютера управляющий сигнал, задающий требуемый коэффициент усиления дифференциального операционного усилителя 2. Выходы дифференциального операционного усилителя 2 соединены с входами АЦП 4 и входами фильтра низких частот 3. С выходов дифференциального операционного усилителя 2 сигналы AINN и AINP поступают на АЦП 4 и фильтр низких частот 3. Фильтр низких частот 3 представляет собой активный фильтр низких частот с полосой пропускания 15 Гц с подавлением на частоте 50 Гц  -87,8 dB. С выходов фильтра низких частот 3 сигналы FON и FOP поступают на входы АЦП 5. Сигналы с входов-выходов АЦП 4, АЦП 5 по SPI-интерфейсу поступают на вход-выход микроконтроллера 6. Микроконтроллер 6 формирует пакет полученных данных, который поступает с входа-выхода микроконтроллера 6 по USB-шине через USB-В коннектор 7 на компьютер (на схеме не показан).  С выходов двухполярного источника питания 9 сигналы поступают на входы аналогового электронного коммутатора 1, и на входы линейного стабилизатора 10. С выхода коннектора USB-B 7 сигнал поступает на вход источника питания 8, который вырабатывает питающее напряжение для микроконтроллера 6. С выхода источника питания 8 сигнал поступает на вход микроконтроллера 6. Линейный стабилизатор 10, соединен своими выходами с входами операционного усилителя 2, фильтра низких частот 3, входами АЦП 4 и АЦП 5 и обеспечивает питающими напряжениями дифференциальный операционный усилитель 2, фильтр низких частот 3, АЦП 4 и АЦП 5.
Совокупность признаков нова и позволяет устройству приема сигнала обеспечивать автоматический выбор наилучшего по критерию достоверности принимаемых данных источника сигнала из имеющихся, что позволяет минимизировать ручные операции.