サンディアの研究者が高解像度の送信機を開発

サンディア国立研究所の研究者は、170 °C で確実に動作する送信機を開発しました。これにより、地熱井のダウンホール測定が可能になる可能性があります。

サンディア国立研究所の地熱研究プログラムの研究グループは、地熱井の高温環境で測定を行い、そのデータを 5000 フィートの有線で送信できる送信機を開発しました。

地熱井の現場でデータを収集することは、資源の特徴を迅速かつ正確に評価する上で非常に貴重です。 ただし、これは言うは易く行うは難しです。 センサーは、地熱ボーリング孔の温度と化学条件下で機能するように特殊化する必要があります。 数千フィートの有線を介してデータを送信する必要があることを意味するため、これらのボーリング孔の長さも課題となる可能性があります。

この研究は、2022 年の地熱上昇会議で以前に発表されていました。

研究チームは、地熱井に使用されるセンサーが生成する信号が比較的弱いため、数千フィートの電線を介して確実に送信できないことを発見しました。 彼らが思いついた解決策は、複数のセンサーから信号を収集し、長いケーブル通信技術を使用してデジタル データを送信できるマイクロコントローラーを使用することでした。

このプロジェクトには、Texas Instruments C2000 ファミリの 32 ビット高温マイクロコントローラーが選択されました。 カスタム プリント基板 (PCB) もこのマイクロコントローラーに基づいて構築されました。

このプロジェクトに先立って、地熱部門は長いケーブルで信号を生成するための通信プロトコルを MATLAB で開発しており、5000 フィートの有線で優れた結果が得られました。 ただし、これは高温マイクロコントローラーにはまだ実装されていませんでした。 その後、トランスミッターのコードは MathWorks によって更新および改良され、プロジェクトで使用されるプロトコルとハードウェアの効率を最大化しました。

実装とテスト

カスタム PCB を使用して、マイクロコントローラーが 5000 フィートのワイヤーを介して信号を送信するオーブン内でテスト実行が行われました。 初期テストは 170 °C 以上で実施されました。 データは後処理され、MATLAB を使用してコンスタレーションとして視覚化されました。

結果は、データ リンクが 5000 フィートの高強度高温同軸有線を通じて 170 °C の温度まで 30 kbps の転送速度で正常に機能したことを示しています。 アンプは温度が高くなると重要性が低下し、信号が歪んでしまいました。

アンプと有線をバイパスしたデータを使用してテストも実行され、マイクロコントローラーが 210 °C まで確実にデータを測定および送信できることが示されました。

研究の次の段階では、定格 300 °C の新しいマイクロコントローラーを使用して高温に対応できるように設計を更新し、コンスタレーション サイズを拡大してデータ レートを向上させ、動的コンスタレーション サイズ変更による QAM の再実装、アンプ/回線歪み補正の再実装を目的としています。そしてエラー修正を実装します。

出典: MathWorks