[发明专利]基于zigbee的无线井地伪随机监测装置及监测方法

权利要求书

1.一种基于zigbee的无线井地伪随机监测装置，其特征在于，主机箱(1)是由工控机(3)通过USB连接控制单元(4)和zigbee无线通讯单元(5)，zigbee无线通讯单元(5)与zigbee无线采集单元1、2、3……N无线通讯，每个zigbee无线采集单元都设有GPS定位模块，发射电极(6)经发射单元(2)与控制单元(4)连接构成。

2.按照权利要求1所述的基于zigbee的无线井地伪随机监测装置，其特征在于，控制单元(4)是由zigbee无线通讯单元(5)经测试通道(7)、单片机(12)与工控机(3)连接，zigbee无线通讯单元(5)通过无线通讯经串并转换(8)、FIFO芯片(9)和单片机(12)与工控机(3)连接，单片机(12)经FPGA芯片(13)和FPGA芯片控制逻辑(14)与发射单元(3)连接，过压过流保护模块(10)和GPS同步模块(11)分别与单片机(12)连接构成。

3.按照权利要求1所述的基于zigbee的无线井地伪随机监测装置，其特征在于，发射单元(2)是由控制单元(4)经稳流单元(16)和IGBT发射桥路(17)与发射电极(6)连接，IGBT发射桥路(17)分别连接保护吸收单元(18)和电流采样单元(19)，控制单元(4)经大功率恒流电源(15)与IGBT发射桥路(17)连接构成。

4.按照权利要求1所述的基于zigbee的无线井地伪随机监测装置，其特征在于，zigbee无线采集单元是由校准模块(20)、信号通道(21)和接地电阻(22)分别经功能选择模块(23)、信号调理模块(24)、A/D采集模块(25)、FIFO 芯片(26)和微控制器(27)与zigbee无线通讯模块(30)通讯，微控制器(27)分别连接GPS(29)和功能选择模块(23)，微控制器(27)经CPLD芯片(17)和A/D采集模块(13)与RAM存储芯片(18)连接，CPLD芯片(31)与FIFO芯片(26)连接构成。

5.一种基于zigbee的无线井地伪随机监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、首先根据被测井资料计算并确定被测井的靶心位置；

b、以靶心位置为圆心，在地面铺设发射电极A和无穷远电极B，电极A接在被测井上，尽量将电极B接在1500米之外的另一井口上，铺设完毕后测量A与B之间接地电阻，并计算最大的发射电流；

c、铺设采集单元，通常至少铺设三圈不极化电极，以靶心为中心，在以50米为半径的圆周上铺设第一圈不极化电极，在半径上每增加50米铺设一圈不极化电极，以此类推，直到最外一圈不极化电极的半径等于井深的1/5-1/10为止；

根据井斜和地貌特征，通常按圆心角5-200间隔确定每圈不极化电极的铺设个数，以正北方向为第一通道，逆时针等弧度铺设第一圈，按第一圈的铺设方式铺设剩余圈各圈的不极化电极；

不极化电极通过导线与zigbee无线采集单元连接，每两圈不极化电极之间铺设一圈zigbee无线采集单元，即zigbee无线采集单元的圈数等于不极化电极的圈数减1；

第一圈不极化电极和第二圈不极化电极分别与铺设的第一圈zigbee无线采集单元连接，第二圈不极化电极和第三圈不极化电极分别与铺设的第二圈zigbee无线采集单元连接，以此类推，直至到最外一圈不极化电极和最外第二圈不极化电极分别与铺设的最外一圈zigbee无线采集单元连接；

d、自检，测试不极化电极的接地电阻，确保所有不极化电极都能与大地良好接触，自检完毕，开始注水或压裂前背景场的监测；

e、通过主机箱1设置发射参数，设置发射波形、发射电流和发射频率，设置完成后启动发射机，在发射电极A、B间产生幅值恒定大电流，同时产生GPS同步信号；

f、通过主机箱1设置接收参数，包括采样率、采集时间、存储路径和采集次数；

g、启动采集，当接收机接收到GPS同步脉冲信号时，接收机开始自动采集存储注水或压裂前的数据，所有zigbee无线采集单元的采集均同步进行；第一圈不极化电极将接收到的电压信号和第二圈不极化电极接收到的电压信号均送入第一圈铺设的zigbee无线采集单元进行采集作差，将差分信号本地存储，第二圈不极化电极将接收到的电压信号和第三圈不极化电极接收到的电压信号均送入第二圈铺设的zigbee无线采集单元进行采集作差，将差分信号本地存储，以此类推，直至到最外一圈不极化电极将接收到的电压信号和最外第二圈不极化电极接收到的电压信号均送入最外一圈铺设的zigbee无线采集单元进行采集作差，并将差分信号本地存储后，通过zigbee无线模块送到主机箱1的工控机4存储；

h、注水或压裂开始，重复步骤e至步骤g，直至完成注水或压裂全过程的数据采集；

i、数据解释，将注水或压裂前的数据和注水或压裂后的数据分别进行数字滤波、叠加、自相关辨识之后作差成像，得到注水或压裂前后数据的差异，从而判断水驱前沿方向或压裂裂缝走向。