Исследователи из Сандии разработали передатчик для высоких частот

Исследователи из Национальной лаборатории Сандиа разработали передатчик, который надежно работает при температуре 170 °C, что потенциально позволяет проводить внутрискважинные измерения в геотермальных скважинах.

Исследовательская группа из программы геотермальных исследований Национальной лаборатории Сандии разработала передатчик, который может проводить измерения в высокотемпературной среде геотермальных скважин и передавать эти данные по кабелю на расстояние 5000 футов.

Сбор данных на месте в геотермальных скважинах имеет неоценимое значение для быстрого и точного определения характеристик ресурсов. Однако это легче сказать, чем сделать. Датчики должны быть специализированы для работы в температурных и химических условиях геотермальных скважин. Длина этих скважин также может стать проблемой, поскольку это означает, что данные необходимо передавать по проводной линии длиной в несколько тысяч футов.

Это исследование ранее было представлено на конференции Geothermal Rising 2022 года.

Исследовательская группа обнаружила, что датчики, используемые для геотермальных скважин, производят относительно слабые сигналы, которые невозможно надежно передать по проводам длиной в тысячи футов. Решение, которое они придумали, заключалось в использовании микроконтроллера, который может собирать сигналы от нескольких датчиков и передавать цифровые данные с использованием методов связи по длинному кабелю.

Для проекта был выбран 32-битный высокотемпературный микроконтроллер семейства Texas Instruments C2000. На основе этого микроконтроллера также была изготовлена ​​специальная печатная плата (PCB).

До этого проекта геотермальный отдел уже разработал протокол связи в MATLAB для генерации сигналов по длинным кабелям с отличными результатами на расстоянии более 5000 футов. Однако на высокотемпературном микроконтроллере это еще не было реализовано. Затем MathWorks обновил и усовершенствовал код передатчика для достижения максимальной эффективности протокола и оборудования, которые будут использоваться в проекте.

Внедрение и тестирование

Используя специальную печатную плату, тестовые прогоны проводились внутри печи, где микроконтроллер передавал сигналы по проводу длиной 5000 футов. Первоначальные испытания проводились при температуре 170 °C и выше. Данные были подвергнуты постобработке и визуализированы в виде совокупности с использованием MATLAB.

Результаты показывают, что линия передачи данных успешно функционировала со скоростью передачи 30 кбит/с при температуре до 170 °C на расстоянии 5000 футов высокопрочной и высокотемпературной коаксиальной проводной линии. Значение усилителя ухудшается при более высоких температурах, что приводит к искажению сигнала.

Также были проведены тесты с передачей данных в обход усилителя и проводной линии, показавшие, что микроконтроллер по-прежнему надежно измеряет и передает данные при температуре до 210 °C.

Следующий этап исследований направлен на обновление конструкции для работы с более высокими температурами с помощью нового микроконтроллера, рассчитанного на 300 ° C, увеличение размера созвездия для увеличения скорости передачи данных, повторную реализацию QAM с динамической модификацией размера созвездия, повторную реализацию коррекции искажений усилителя/линии, и реализовать исправление ошибок.

Источник: MathWorks.