沿著帶反饋環路的傳輸線的電源調節制造技術

一種用于對提供給傳輸線系統的電壓加以控制的系統（１５０）。所述系統（１５０）包括一個ｔｒａＡ系統（１５０），用于對提供給傳輸線系統的電壓進行控制。系統（１５０）包括一條具有特性阻抗和連接在其末端的負載阻抗的傳輸電纜（１３４）。電源（１５４）被連接到傳輸電纜（１３４）。電源（１５４）被配置成接收電壓信號輸入（１５７）并且基于所述輸入來驅動一個源電壓ＶＳ。反饋單元（１５５）則被配置成接收作為輸入的電源電流（ＩＳ），此外還被配置成產生一個隨ＩＳ變化的反饋電壓（ＶＦ）。設定電壓單元（１５２）被配置成產生一個基本恒定的電壓（Ｖｓｅｔ），而加法器（１５３）則被配置成將所述設定電壓（Ｖｓｅｔ）添加給反饋電壓，以便產生向電源（１５４），提供輸入的電壓信號（１５７）。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
背景1.專利
本專利技術一般涉及數據采集系統的領域，尤其涉及一種有線線路測井系統和包括基于有線線路系統模型來對提供給負載的功率進行動態控制的方法。2.相關技術歷史電纜測井通常指的是使用電子測量儀器來對油井或氣井進行調查，以便確定其地質、巖石物理(petro-physical)或地球物理特性。這些電子儀器是使用一條名為“有線線路電纜”的帶有防護的鋼制電纜來傳送進鉆井孔的。由這些固定在有線線路電纜上的井下儀器產生的測量結果經由有線線路電纜中的導體回送到地面的數據處理系統。電學、聲學、核能和成像工具用于激勵井孔內部的巖層和流體，然后，電子測量儀器將對巖層和流體的響應進行測量。此外，有線線路電纜還提供了測井工具操作所需要的電力。從電功率的角度來看，電纜測井系統可以視為是一個電路，在這個電路中包含了一個頭端電阻(Rh)，該電阻表示的是與表示有線線路電纜自身的阻抗元件相串聯的井下儀器。如果將有線線路電纜模擬成一個簡單電阻元件，則附圖說明圖1對所述系統的電路圖進行了描述。在這個簡單的模型中，電壓源Vs被施加在電纜電阻(Rc)和頭端電阻Rh的串聯組合上。在這里，兩個對抗性因素控制了電纜測井操作。一方面，較為理想的是將傳遞到頭端(工具)的功率增至最大，以使數據采集速率達到最高并且一般會加速操作。眾所周知的是，當電纜電阻Rc與頭端電阻Rh相等并且頭端的電壓Vh是電源電壓Vs的1/2時，遞送到負載的將會是最大功率。然而在這些條件下，當負載阻抗(Rh)從最小值變成幾乎開路時，負載電壓將會發生大約100％的變化，其中所述開路是在斷開沉重負載并且只有控制電路保持帶電的時候發生的。一般而言，對電子電路來說，這種變化通常是無法接受的，在電纜測井系統中則更是如此。由此需要某種裝置來對提供給頭端的電壓進行調節?，F在參考圖2，其中描述的是一個表示傳統的電壓調節系統120的框圖。電壓調節系統120將負載電壓VL122測定值與一個設定電壓Vset124進行比較，以便確定一個誤差信號126。所述誤差信號126表示的是VL122與Vset124之間的差值。然后則通常將誤差信號126提供給一個誤差放大元件128。所述放大元件128通常包括一個運算放大器并且可以根據應用來使用一個比例、積分和/或微分電路。而放大元件128則通常從誤差信號126中產生一個源電壓，以便將VL保持在想要的電平(也就是Vset)。諸如系統120之類的常規電壓調節器需要精密測量負載電壓VL，以便在電壓源進行電壓控制。在負載與源電壓距離很近的多種應用中，將負載電壓反饋到調節器電路并不會出現重大問題。不幸的是，由于現代有線線路電纜的長度很長，因此在電纜測井應用中，將負載電壓反饋到源在邏輯上是不切實際的。即使通過將有線線路電纜構造成包括一條反饋電纜來將負載電壓信號送回到地表，但是表征反饋電纜的損耗和延遲將會導致顯著退化的負載信號。因此，極為理想的是實現一種電壓控制系統，該電壓控制系統適合在一個其特征為負載與電壓調節器之間具有極大距離的電纜測井應用和其他應用中使用。優選地，這個系統允許以電纜最大功率承載能力或接近該最大能力對電纜進行操作，同時使加電的電子電路輸入端的電壓變化減至最小。此外，如果所實施的解決方案沒有顯著增加電纜測井操作的成本或復雜度，那么將會更為理想。附圖簡述本專利技術的目標和優點將通過閱讀以下詳細說明以及參考附圖而變得清楚，其中圖1是電纜測井系統的電阻模型的電路圖；圖2是使用了依照現有技術的電壓調節機制來控制負載電壓的電氣系統的標準表示；圖3是一個包含了表示有線線路電纜的傳輸線元件的電纜測井系統的模型；圖4是依照本專利技術一個實施例的傳輸線系統的標準表示；圖5是描述圖4所示系統的一個實施例的框圖；以及圖6是對圖5中的系統的實施方式的附加細節進行描述的電路圖。雖然本專利技術可以接受不同的修改和替換形式，但在附圖中將其具體實施例作為實例來加以顯示并且在本文中將會對其進行詳細的描述。然而應該理解的是，本文給出的附圖和詳細描述并非將本專利技術限制在所公開的特定實施例，與之相反，本專利技術只受所附權利要求書中的文字的限制。專利技術詳述一般而言，本專利技術設想的是一種用于對一個遠離控制電路并且實際上很難從控制電路來接近的負載(諸如有線線路電纜末端負載)上的電壓進行控制的系統和方法。本專利技術包括一個被配置成對有線線路電纜自身的短路輸入阻抗進行模擬的反饋單元。來自系統電壓電源的電流被提供到反饋單元，以便創建一個與沿電纜出現的電壓降相近似的反饋電壓。這個反饋電壓被添加到一個與想要的負載電壓相等的設定電壓中。通過向設定電壓中添加一個與由有線線路電纜造成的電壓降近似相等的電壓，本專利技術可以使用正反饋以在一種不能對負載電壓本身進行有效測量的環境中控制負載電壓。該系統包括一種控制機制，其中一個在電壓源測得的信號為模擬該有線線路電纜阻抗特性的電路提供了輸入。模型電路的輸出表示的是所測得的信號對實際有線線路電纜中的負載電壓的作用的近似值。這個近似值隨后被用于改變源電壓，以便消除電纜阻抗對負載電壓產生的影響。在一個實施例中，這個為電纜模型電路提供輸入的信號是源電流。在這個實施例中，電纜模型電路表示的是電纜的短路輸入阻抗，也就是電纜負載端短路時的電纜阻抗。這個阻抗可以通過根據經驗表征電纜特性或是在系統自身當中包含必要的測量電路而得到測量。在將源電流提供給這個電纜模型電路的時候，該電路將會產生一個表示有線線路電纜中的電壓損耗的電壓偏移信號。通過將這個偏移電壓添加到一個設定電壓之中，所述電壓控制系統可以將負載電壓保持在設定電壓。此外，在反饋環路中還可以包括一個補償電路，以便改進系統的瞬態響應和穩定性。在圖1所述的電阻性電路模型中，源電流與負載電流是相等的。然而在一個實際的有線線路系統中，有線線路電纜將信號損耗和時延引入了所述系統。參考圖3，其中描述的是包含了代表有線線路電纜的傳輸線元件134的有線線路電纜系統130的電路模型。傳輸線134的特性阻抗由Z0表示。源電壓Vs131、源電流Is132以及負載或頭端電壓VH138之間的關系是VH＝ 等式1Is＝ 等式2其中1是傳輸電纜134的長度，γ是電纜的傳播常數。對γ1來說，通過重新整理等式1和2并且用K替換γ1將會產生ZH＝Z0/等式3VH＝(VS-ISZ0tanh(K))cosh(K)等式4在這里，當負載或末端短路時，傳輸電纜的輸入阻抗表示為短路輸入阻抗Zis。在給定了電纜傳播常數γ和傳輸電纜長度l的情況下，短路輸入阻抗Zis＝Z0tanh(K)。而替換等式4中的Z0tanh(K)則會產生VH＝(VS-ISZis)cosh(K) 等式5在等式5中，用Vs替換表達式Vset/cosh(K)+ISZis將會產生VH＝Vset(當Vs＝Vset/cosh(K)+ISZis時) 等式6等式6表明可以通過使用與添加了反饋電壓的Vset相等的電壓(VS)驅動有線線路電纜而將負載電壓VH保持為近似于想要的電壓(Vset)，其中反饋電壓是電壓源電流(IS)的一個函數。在穩態條件和低頻有效范圍中，因數cosh(K)與1近似相等，負載電壓VH基本上等于Vset。因數cosh(K)表示的是傳輸線損耗和延遲。雖然可以對線路損耗進行補償，但是只有在預期電流變化的情況下才能實現對延遲進行補償。由于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電壓控制系統（１５０），包括：一條傳輸電纜（１３４），它具有一個特性阻抗Ｚ↓［０］并在電纜末端具有一個負載阻抗Ｚ↓［Ｈ］；一個連接到傳輸電纜（１３４）并被配置成接收電壓信號輸入（１５７）以及基于所述輸入來驅動一個源電壓Ｖ ↓［Ｓ］的電源（１５４）；一個反饋單元（１５５），它被配置成接收由電源（１５４）產生的電流（Ｉ↓［Ｓ］）作為輸入，并且還被配置成基于所述電流產生一個反饋電壓信號；一個設定電壓單元（１５２），它被配置成產生一個恒定的設定電壓信 號；以及一個加法器（１５３），它被配置成將設定電壓信號添加給反饋電壓信號，以便產生用于向電源（１５４）提供所述輸入的電壓信號（１５７）。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：R赫爾南德斯，
申請(專利權)人：施盧默格海外有限公司，
類型：發明
國別省市：PA[巴拿馬]