Способ беспроводной передачи данных и мощности и устройство для его реализации Российский патент 2025 года по МПК H04B5/79 H02J50/80 E21B47/13 

Изобретение относится к устройствам и способам беспроводной передачи мощности и данных, а именно к устройствам и способам беспроводной передачи данных с использованием индуктивной связи.

Использование беспроводной передачи как данных, так и мощности является актуальным во многих областях техники. Способы и устройства, позволяющие обеспечивать одновременно передачу мощности и данных, особенно актуальны в нефтегазовой отрасли. Во время бурения, испытания, заканчивания, эксплуатации, консервации и ликвидации скважины важным является получение данных из скважин, например, для оптимизации проведения этих работ. При разведке и добыче особенно важно собрать данные, связанные с объемным расходом и давлением, из различных пластов внутри скважины с использованием расположенных в скважине датчиков. Для измерений используются различные типы датчиков, однако передача данных на поверхность с высокой точностью сопряжена с рядом сложностей. Условия в скважине могут вызывать износ и повреждение механических электрических соединений. В связи с чем в последнее время широко развивается использование беспроводной передачи данных.

Известна система (патент US 10808524 B2, опубл. 20.10.2020, МПК: G01V 3/00, E21B 47/13), бескабельной двунаправленной передачи данных в скважине для добычи пластовых флюидов, содержащая: множество стержней, соединенных друг с другом последовательно с образованием колонны стержней, которая проходит от поверхности до забоя указанной скважины, указанная колонна штанг связана с множеством датчиков, выполненных с возможностью непрерывного обнаружения множества параметров, касающихся флюидов, циркулирующих в скважине, и горной породы, окружающей скважину, и/или предохранительных устройств или других скважинных приборов с дистанционным управлением; множество модулей связи, установленных на заданных расстояниях вдоль указанной колонны штанг и сконфигурированных для передачи сигналов от забоя скважины и в его сторону. Каждый из указанных модулей связи содержит: по меньшей мере одну металлическую пластину, выбранную из: передающая металлическая пластина; приемная металлическая пластина; металлическая пластина трансивера; блок электронной обработки и управления, выполненный с возможностью обработки сигналов, передаваемых указанной по меньшей мере одной металлической пластиной, или сигналов, принимаемых указанной по меньшей мере одной металлической пластиной; одну или несколько батарей питания для питания указанных металлических пластин и указанного электронного блока обработки и управления, при этом передача сигнала, подлежащего передаче, от первого модуля связи из множества модулей связи ко второму модулю из множества модулей связи, происходит путем впрыскивания в жидкость, окружающую колонну штанг, по меньшей мере одной металлической пластины первый модуль связи, при этом электрический ток, несущий информационный сигнал, по меньшей мере, часть инжектируемого электрического тока, который распространился по меньшей мере через текучую среду, принимается по меньшей мере одной металлической пластиной второго модуля связи.

Из этого же источника известен способ бескабельной двунаправленной передачи данных в скважине для добычи пластовых флюидов, включающий следующие этапы: расположение последовательно множества стержней, соединенных друг с другом так, чтобы образовать колонну стержней, которая проходит от поверхности до забоя скважины; связывание колонны штанг с множеством датчиков, выполненных с возможностью непрерывного обнаружения множества параметров, касающихся флюидов, циркулирующих в скважине, и горной породы, окружающей скважину, и/или предохранительных устройств или других скважинных приборов с дистанционным управлением; применение множества модулей связи на заранее заданных расстояниях; вдоль указанной колонны штанг, при этом модули связи выполнены с возможностью передачи сигналов от забоя скважины и к забою скважины. Причем каждый из указанных модулей связи содержит: по меньшей мере одну металлическую пластину, выбранную из: передающая металлическая пластина; приемная металлическая пластина; металлическая пластина трансивера. Размещение электронного блока обработки и управления, выполненного с возможностью обработки сигналов, передаваемых по меньшей мере одной металлической пластиной, или сигналов, принимаемых по меньшей мере одной металлической пластиной; размещение одной или нескольких аккумуляторных батарей для питания металлических пластин и электронного блока обработки и управления; введение в жидкость, окружающую колонну штанг, посредством по меньшей мере одной металлической пластины первого модуля связи (MC1) электрического тока, несущего информационный сигнал; прием, по меньшей мере, одной металлической пластины второго модуля связи (MC2), по меньшей мере, части указанного инжектируемого электрического тока, который распространился, по меньшей мере, через указанную жидкость.

Общими признаками известного и заявляемого способов являются передача сигналов с использованием передающих и принимающих устройств, а также использование электронного блока контроля и управления (контроллера).

Однако в известном способе не будет обеспечиваться высокая точность передачи данных, т.к. для известной системы могут оказывать значительное влияние помехи от других устройств, используемых в скважине. Также существенным недостатком системы является использование батарей питания, что в свою очередь приводит к ограниченному сроку хранения и эксплуатации устройства.

Известно устройство для беспроводной передачи данных (патент US 9882431, опубл. 30.01.2018, МПК: H02J 50/10, H12J 17/00), которое снабжено: схемой передатчика энергии, имеющей входные клеммы, на которые подается мощность постоянного тока, и выходные клеммы, с которых схема передатчика энергии выводит мощность переменного тока и которые подают мощность переменного тока на катушку, передающую мощность; схему контроля постоянного тока, которая контролирует мощность постоянного тока на входных клеммах схемы передатчика мощности и выводит сигнал контроля постоянного тока, указывающий изменение характеристики, связанной с мощностью постоянного тока; и схему демодулятора, которая обнаруживает модулированный нагрузкой сигнал на основе сигнала контроля постоянного тока, демодулирует модулированный нагрузкой сигнал и выводит первый демодулированный сигнал. Модулированный нагрузкой сигнал передается от устройства беспроводного приема энергии к устройству беспроводного передатчика энергии путем изменения энергопотребления устройства беспроводного приема энергии.

Из этого же источника известен способ, который реализует известное устройство.

Общими признаками технических решений является использование модулированного нагрузкой сигнала для передачи данных.

Однако известные устройство и способ не обеспечивает двустороннее взаимодействие между блоками (элементами системы) с двусторонней передачей данных и мощности.

Ближайшим аналогом является устройство, известное из патента US 10119343 (опубл. 06.11.2018, МПК: E21B 17/03, E21B 47/00, E21B 17/02, H02J 50/12, H02J 50/40, E21B 17/10, E21B 17/042, которое включает муфту, включающую основную муфту и промежуточную муфту, элемент связи, расположенный внутри муфты, трансивер, установленный внутри основной муфты, трансивер электрически связан с выступом через колебательный контур, трансивер элемента связи, установленный внутри элемента связи, который электрически связан с катушкой элемента связи через колебательный контур. Гнездо расположено внутри промежуточной муфты. Муфта катушки установлена внутри промежуточной муфты и электрически связана с гнездом черед промежуточный колебательный контур. При этом трансивер, колебательный контур, выступ, гнездо, промежуточный колебательный контур, муфта катушки, элемент связи, колебательный контур элемента связи и трансивер элемента связи расположены последовательно.

Схема известного устройства позволяет обеспечить беспроводную передачу данных, а также мощности.

Общими признаками известного и заявляемого устройств и реализуемых с их использованием способов являются катушки индуктивности с принимающей и передающей сторонами.

Однако в известном техническом решении используется совокупность двух индукционных каналов для того, чтобы обеспечить индукционную связь между различными частями нефтедобывающего оборудования как альтернативу проводным соединениям. При этом требуется согласование на стороне передающей и принимающей катушки. При этом известное техническое решение не раскрывает подробно методы передачи данных, помимо указания возможных рабочих частот. В связи с чем можно сделать вывод, что известное решение не позволяет обеспечить двунаправленную передачу данных и мощности одновременно через один индукционный барьер, в связи с тем, что используется один тип модуляции сигнала, а электрические цепи согласованы на работу в узком диапазоне частот. При этом на выбранную частоту может оказывать влияние излучение других приборов, использующихся для внутрискважинных работ. Это может приводить к ошибкам при передаче данных от датчиков или к полной невозможности передачи данных в случае совпадения рабочей частоты индукционного канала связи (частоты, для которой произведено согласование передающей и принимающей катушек) с частотами электромагнитных помех, создаваемых нефтескважинным оборудованием.

Заявляемая группа изобретений разработана с целью обеспечения беспроводной передачи данных и мощности на глубинные скважинные датчики измерения и для получения с них результатов измерений. Однако область применения заявляемых способа и устройства не ограничивается только нефтегазовой отраслью. Представленные технические решения могут быть использованы в различных областях техники для беспроводной передачи данных в двух направлениях и для передачи мощности.

Технической задачей изобретения является разработка устройства и способа, которые будут обеспечивать возможность одновременной передачи как данных, так и мощности одновременно с упрощением конструкции самого устройства, а также снижение влияния помех на надежность передачи данных с использованием устройства.

Техническим результатом является обеспечение непрерывности передачи информации в кодированном виде и мощности, при этом передача информации осуществляется в двух направлениях, а также повышение надежности передачи данных и упрощение конструкции устройства.

Технический результат обеспечивается в результате реализации способа беспроводной передачи мощности и скважинных данных, который включает следующие стадии:

кодирование цифровых данных в виде частотно-модулированного сигнала, при этом выход устройства кодирования, соединен с усилителем мощности, которой последовательно через резонансный конденсатор соединен с катушкой индуктивности передающего блока, и с измерителем мощности и выполнен с возможностью получения и передачи цифровых данных;

передача кодированных данных и мощности с передающего блока с использованием частотно-импульсной модуляции, при этом значения частот, кодирующие физические уровни цифровых данных, отличаются от резонансной частоты используемой катушки индуктивности передающего блока;

усиление частотно-модулированного сигнала и подведение мощности на катушку индуктивности передающего блока, соединенную последовательно с резонансным конденсатором;

передача электромагнитной энергии с частотой, соответствующей частоте частотно-модулированного сигнала с катушки индуктивности передающего блока на катушку индуктивности принимающего блока, который включает блок обработки сигналов, который соединен с катушкой индуктивности принимающего блока, и устройство регулирования потребления мощности принимающего блока и выполнен с возможностью подключения к внешним приборам,

преобразование создаваемого при передаче электромагнитной энергии переменного тока в постоянный ток и подача питания на блок обработки сигналов принимающего устройства;

преобразование значений создаваемого при передаче электромагнитной энергии переменного тока в аналоговый сигнал и передача аналогового сигнала на блок обработки сигналов принимающего блока;

декодирование полученного сигнала в блок обработки сигналов принимающего блока и направление управляющего сигнала из принимающего блока на подключенные приборы для сбора информации;

регистрация показаний подключенных приборов об измеряемых параметрах во внутренней памяти блока обработки сигналов;

кодирование полученных показаний в двоичном виде в блоке обработки сигналов принимающего блока;

передача кодированных данных путем изменения мощности, потребляемой принимающим блоком;

фиксация значения изменения потребляемой принимающим блоком мощности измерителем мощности передающего блока;

передача данных об изменении значений мощности в блок обработки сигналов передающего блока;

декодирование данных в блоке обработки сигналов передающего блока и передача данных для их записи и анализа.

Достижение технического результата достигается за счет того, что при передаче кодированного сигнала изменяющейся частоты через катушку индуктивности передающего блока обеспечивается передача цифровых данных в закодированном (двоичном виде) и одновременно передача мощности для питания принимающего блока путем передачи электромагнитной энергии между катушками индуктивности передающего и принимающего блоков. Передача данных с использованием изменения мощности позволяет повысить надежность передачи данных и исключить внешнее влияние частот других приборов.

Разница между значениями частот, кодирующих физические уровни цифровых данных, предпочтительно может составлять не более 10% от резонансной частоты используемой катушки индуктивности передающего блока. Также может быть использованы бóльшая разница между значениями частот. Использование меньшей разницы может потребовать усложнение электронной схемы устройства для возможности фиксации разницы между значениями частот.

Детектор частоты принимающего блока фиксирует изменения значения частот электромагнитного поля, передает данные в блок обработки сигналов, где обеспечивается декодирование полученных в двоичном виде данных. Далее блок обработки сигналов передает управляющий сигнал к нужным датчикам измерения (информация о том, какие данные, с каких датчиков нужны, также поступает в виде кодированного сигнала).

Датчики передают данные измерений в блок обработки сигналов, в котором полученные данные кодируются в двоичном виде. Передача данных осуществляется путем регулирования значений потребляемой мощности принимающего блока - обеспечивается условная пульсация включения/выключения, данные о которой регистрируются измерителем мощности расположенным в цепи питания усилителя и передаются на блок обработки сигналов в аналоговом или цифровом виде. Блок обработки сигналов производит декодирование полученных значений мощности, формируя двоичное представление полученных с принимающего устройства результатов измерения с датчиков на поверхность.

В качестве блока обработки сигналов может выступать, в частности, контроллер (микроконтроллер) или любое другое устройство, обеспечивающее указанные функции блока обработки сигналов.

Передача сигнала изменяющейся частоты осуществляется в диапазонах частот не менее 20 кГц, не более 500 кГц. Разница между значениями частот кодированного сигнала предпочтительно составляет не менее 100 Гц.

Электромагнитное поле, создаваемое передающей катушкой, создает переменный ток в принимающей катушке. С использованием выпрямителя, который может собой представлять диодный выпрямитель, например, или импульсный регулятор напряжения, или любое другое устройство, которое может быть использовано в этих целях.

Изменение значений мощности при передаче кодированных данных может находиться в диапазоне от 1 Вт до 5 Вт.

При этом специалисту понятно, что в связи с тем, что всегда присутствует паразитная мощность даже при полном отключении потребляемой мощности принимающего блока, значение мощности, которое обеспечивает передачу кодированных данных, должно быть ощутимо выше существующей в системе паразитной мощности. В случае, если в устройстве дополнительно используется система для постоянного обеспечения питания принимающего блока (система управления стабилизированным питанием), в расчете значения мощности для передачи данных необходимо учитывать значение мощности, которое является фоновым и постоянным для работы принимающего блока.

Передача кодированных данных путем изменения потребления мощности от блока обработки сигналов может предпочтительно осуществляется с использованием Манчестерского кода, но может быть использован любой другой способ кодирования данных.

Указанные стадии способа позволяют исключить необходимость согласования резонансных частот катушек индуктивности, принимающей и передающей, упростить передачу данных и повысить надежность канала связи.

При передаче кодированных данных и мощности с передающего блока с использованием частотно-импульсной модуляции сигнал для передачи может генерироваться по двум выходным каналам со скважностью сигнала 0,5. Выходные сигналы при этом могут иметь разницу в фазе в диапазоне от 0 до π. Для реализации этого частного случая реализации может быть использован двухканальный усилитель мощности, при этом он может включать транзисторы, работающие в ключевом режиме.

При реализации двухканальной передачи сигнала может также использоваться автоподстройка разницы фаз в двухканальном управляющем сигнале. Это позволяет снизить энергопотребление в ждущем режиме, когда устройство не используется.

Технический результат достигается при использовании устройства, которое включает передающий блок и принимающий блок, при этом

передающий блок включает блок обработки сигналов, соединенный с усилителем мощности, которой последовательно через резонансный конденсатор соединен с катушкой индуктивности передающего блока, и с измерителем мощности, и выполненный с возможностью получения и передачи цифровых данных;

принимающий блок включает блок обработки сигналов, который соединен с катушкой индуктивности принимающего блока и с устройством регулирования потребления мощности принимающего блока, а также выпрямитель, детектор частоты, включающий преобразователь переменного тока в аналоговый сигнал.

Устройство регулирования потребления мощности может представлять собой резистор.

Дополнительно устройство может включать систему для постоянного обеспечения питанием принимающего блока, которая будет обеспечивать управление питанием принимающего блока, а именно - обеспечивать принимающий блок питанием вне зависимости от работы устройства регулирования потребления мощности (система управления стабилизированным питанием).

Катушки индуктивности передающего и принимающего блока могут быть соединены с использованием гнездового соединения или с использованием любого другого известного специалистам соединения.

Дополнительно принимающий блок включает электроввод кабелей от датчиков. Либо могут использоваться любые известные способы соединения устройства с датчиками, с которых необходимо получить данные. Датчики могут представлять собой скважинные глубинные датчики или любые устройства, с которых необходимо получить данные.

Специалисту понятно, что для работы устройства требуется подвод электропитания к устройству. Это не является предметом заявки и не требует отдельного раскрытия. Используются известные способы подвода электроэнергии к устройству для реализации способа. Так же известно использование силовых кабелей для передачи цифровых данных в двоичном виде, что также не является предметом настоящей заявки.

Ниже представлено описание фигур, которые иллюстрируют группу изобретений, но не ограничивают.

На фиг. 1 представлена блок-схема реализации способа передачи данных и мощности в прямом направлении.

На фиг. 2 представлена блок-схема реализации способа передачи данных и мощности в обратном направлении

На фиг. 3 представлен общий внешний вид устройства.

На фиг. 4 представлен общий вид разреза устройства, где 1 - электроввод, 2 - принимающий блок, 3 - катушка индуктивности принимающего блока, 4 - передающий блок, 5 - блок обработки сигналов передающего блока, 6 - катушка индуктивности передающего блока.

На фиг. 5 представлен общий вид передающего блока, где 4 - передающий блок, 5 - блок обработки сигналов передающего блока, 6 - катушка индуктивности передающего блока.

На фиг. 6 представлен общий вид принимающего блока, где 1 - электроввод, 2 - принимающий блок, 3 - катушка индуктивности принимающего блока, 7 - блок обработки сигналов принимающего блока.

На фиг. 7 представлена электросхема передающего блока в частном случае реализации.

На фиг. 8 представлен пример изменения цифрового сигнала для передачи.

На фиг. 9 представлен пример изменения частотно-модулированного сигнала, соответствующего изменению цифрового сигнала для передачи.

Способ беспроводной передачи мощности и скважинных данных включает несколько стадий (фиг. 1 и 2). Сначала осуществляется кодирование цифровых данных в виде частотно-модулированного сигнала, при этом выход устройства кодирования, соединен с усилителем мощности, которой последовательно через резонансный конденсатор соединен с катушкой индуктивности передающего блока (6), и с измерителем мощности и выполнен с возможностью получения и передачи цифровых данных. Затем с использованием частотно-импульсной модуляции происходит передача кодированных данных и мощности с передающего блока, при этом значения частот, кодирующие физические уровни цифровых данных, отличаются от резонансной частоты используемой катушки индуктивности передающего блока. С помощью усилителя мощности обеспечивают усиление частотно-модулированного сигнала и подведение мощности на катушку индуктивности передающего блока, соединенную последовательно с резонансным конденсатором. Происходит передача электромагнитной энергии с частотой, соответствующей частоте частотно-модулированного сигнала с катушки индуктивности передающего блока (6) на катушку индуктивности принимающего блока (3), который включает блок обработки сигналов (7), который соединен с катушкой индуктивности принимающего блока, и устройство регулирования потребления мощности принимающего блока и выполнен с возможностью подключения к приборам.

Затем осуществляется преобразование создаваемого при передаче электромагнитной энергии переменного тока в постоянный ток и подача питания на блок обработки сигналов принимающего устройства, а также преобразование значений создаваемого при передаче электромагнитной энергии переменного тока в аналоговый сигнал и передача аналогового сигнала на блок обработки сигналов принимающего блока. В блоке обработки сигналов принимающего блока обеспечивается декодирование полученного сигнала и направление управляющего сигнала из принимающего блока на подключенные приборы для сбора информации.

Подключенные приборы при получении управляющего сигнала начинают осуществляют снятие показаний и передают данные на устройство.

Происходит регистрация показаний подключенных приборов об измеряемых параметрах во внутренней памяти блока обработки сигналов, кодирование полученных показаний в двоичном виде в блоке обработки сигналов принимающего блока и передача кодированных данных путем изменения мощности, потребляемой принимающим блоком.

Измерителем мощности передающего блока фиксируются значения изменения потребляемой принимающим блоком мощности, затем происходит передача данных об изменении значений мощности в блок обработки сигналов передающего блока. В блоке обработки сигналов передающего блока осуществляется декодирование полученных данных и передача данных для их записи и анализа.

Ниже приведен пример реализации, который иллюстрирует, но не ограничивает осуществление способа и функционирование устройства.

Пример реализации приведен для использования устройства и способа для передачи мощности и данных в скважине. Однако, специалисту понятно, что способ и устройство могут быть использованы в других областях техники для обеспечения беспроводной передачи мощности и данных.

В скважине размещают глубинные датчики измерения температуры и давления и устройство. При этом датчики соединены кабелями через электроввод 1 с принимающим блоком 2. Соединяющие кабели обеспечивают как передачу энергии для питания датчиков, так и для передачи информации от принимающего блока к датчикам и от датчиков к принимающему блоку.

С поверхности через силовые кабели и электроцентробежный насос на устройство передается электропитание и цифровые данные в двоичном виде. В устройстве катушка индуктивности последовательно соединенная с усилителем мощности через резонансный конденсатор с частотой резонанса 100 кГц.

Для начала работы устройства с поверхности на устройство подается управляющий сигнал об инициации опроса датчиков, т.е. контроллер (блок обработки сигналов) в цифровом виде получает информацию о начале процедуры опроса скважинных датчиков - получение данных. В контроллере осуществляется кодирование данных (в зависимости от управляющего канала - данные с какого датчика необходимо получить) и их передача с использованием частотно-импульсной модуляции.

Для повышения энергоэффективности устройства сигнал генерируется по двум выходным каналам со скважностью сигнала 0,5, при этом выходные сигналы имеют разницу в фазе в диапазоне от 0 до π. Полученные с поверхности цифровые данные в контроллере кодируются в сигнал, в котором «1» соответствует передаче на частоте 90 кГц, «0» соответствует передаче на частоте 100 кГц.

Для усиления переменного частотно-модулированного сигнала использовался двухканальный усилитель мощности с транзисторами, работающими в ключевом режиме. Осуществлялось подведение мощности на катушку индуктивности передающего блока, соединенную последовательно с резонансным конденсатором.

Между катушками индуктивности передающего и принимающего блоков осуществляется передача электромагнитной энергии с частотой, соответствующей частоте кодированного сигнала с катушки индуктивности передающего блока на катушку индуктивности принимающего блока и интенсивностью поля, соответствующей разнице фаз между управляющими каналами усилителя мощности.

Создаваемое передающей катушкой электромагнитное поле создает переменный ток в принимающей катушке, который затем выпрямляется с использованием выпрямителя (а именно импульсного регулятора напряжения) до постоянного тока и осуществляется подача питания на контроллер принимающего устройства.

Переменный ток, индуцируемый в принимающей катушке, при помощи аналогового блока подготовки сигнала, подается на контроллер принимающей части. В контроллере принимающего блока осуществляют декодирование полученных данных. А именно декодирование управляющего сигнала - старт процедуры последовательного опроса одного или группы датчиков необходимо начать. Управляющий сигнал из контроллера передается по кабелям на датчики.

При реализации способа и использовании устройства в скважине предпочтительно использовать электровводы, обеспечивающие герметичный вход кабелей в принимающий блок.

Данные с датчиков по подключенным кабелям связи передаются на устройство на контроллер принимающего блока, где осуществляется регистрация показаний подключенных приборов об измеряемых параметрах во внутренней памяти контроллера. Затем в контроллере осуществляется кодирование полученных данных результатов измерения в двоичном виде и передача кодированных данных путем изменения потребляемой принимающим блоком мощности. Данные кодируются в двоичную систему с использованием Манчестерского кода.

Передача закодированного кода осуществляется путем направления команды на устройство регулирования потребления мощности принимающего блока. В данном случае использовался резистор. При этом при кодировании данных используется, что «1» - резистор включен, «0» - резистор отключен. С учетом обеспечения стабильного питания принимающего блока и датчиков использовалась система управления стабилизированным питанием. В связи с чем передача данных в двоичном виде обеспечивалась путем регулирования мощности «1» - 2 Вт, «0» - 0 Вт. Таким образом, обеспечивается «пульсация» значений мощности, соответствующая двоичному коду для передачи данных. Специалисту понятно, что эти значения могут отличаться для различных вариантов реализации в зависимости от значений рассеяния мощности, количества используемых датчиков и других факторов.

В передающем блоке измерителем мощности происходит фиксация значения изменения потребляемой принимающим блоком мощности. Полученные данные об изменении мощности передаются в контроллер передающего блока, где обеспечивается декодирование данных в контроллере передающего блока и передача данных на поверхность.

Представленный пример отражает работу устройства и реализации способа беспроводной передачи данных и мощности и подтверждает возможность достижения технического результата. А именно обеспечение непрерывности передачи информации в кодированном виде и мощности, при этом передача информации осуществляется в двух направлениях, а также повышение надежности передачи данных и упрощение конструкции устройства. При передаче кодированного сигнала изменяющейся частоты через катушку индуктивности передающего блока обеспечивается как передача цифровых данных в закодированном (двоичном виде), так и передача мощности для питания принимающего блока путем передачи электромагнитной энергии между катушками индуктивности передающего и принимающего блоков. При этом регулирование мощности позволяет снизить влияние других используемых устройств на частоту передачи и повышает надежность передачи данных.

Группа изобретений относится к устройствам и способам беспроводной передачи мощности и данных, а именно к устройствам и способам беспроводной передачи данных с использованием индуктивной связи. Техническим результатом является обеспечение непрерывности передачи информации в кодированном виде и мощности при осуществлении передачи информации в двух направлениях, а также повышение надежности передачи данных и упрощение конструкции устройства. Способ беспроводной передачи данных и мощности дополнительно заключается в обеспечении при передаче кодированного сигнала изменяющейся частоты через катушку индуктивности передающего блока передачи цифровых данных в закодированном двоичном виде и одновременно передачи мощности для питания принимающего блока путем передачи электромагнитной энергии между катушками индуктивности передающего и принимающего блоков. При передаче данных используется изменение мощности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ беспроводной передачи данных и мощности, который включает следующие стадии:

кодирование цифровых данных в виде частотно-модулированного сигнала, при этом выход устройства кодирования соединен с усилителем мощности, который последовательно через резонансный конденсатор соединен с катушкой индуктивности передающего блока, и с измерителем мощности и выполнен с возможностью получения и передачи цифровых данных;

передача кодированных данных и мощности с передающего блока с использованием частотно-импульсной модуляции, при этом значения частот, кодирующие физические уровни цифровых данных, отличаются от резонансной частоты используемой катушки индуктивности передающего блока;

усиление частотно-модулированного сигнала и подведение мощности на катушку индуктивности передающего блока, соединенную последовательно с резонансным конденсатором;

передача электромагнитной энергии с частотой, соответствующей частоте частотно-модулированного сигнала с катушки индуктивности передающего блока на катушку индуктивности принимающего блока, который включает блок обработки сигналов, который соединен с катушкой индуктивности принимающего блока, и устройство регулирования потребления мощности принимающего блока и выполнен с возможностью подключения к приборам;

преобразование создаваемого при передаче электромагнитной энергии переменного тока в постоянный ток и подача питания на блок обработки сигналов принимающего устройства;

преобразование значений создаваемого при передаче электромагнитной энергии переменного тока в аналоговый сигнал и передача аналогового сигнала на блок обработки сигналов принимающего блока;

декодирование полученного сигнала в блок обработки сигналов принимающего блока и направление управляющего сигнала из принимающего блока на подключенные приборы для сбора информации;

регистрация показаний подключенных приборов об измеряемых параметрах во внутренней памяти блока обработки сигналов;

кодирование полученных показаний в двоичном виде в блоке обработки сигналов принимающего блока;

передача кодированных данных путем изменения мощности, потребляемой принимающим блоком;

фиксация значения изменения потребляемой принимающим блоком мощности измерителем мощности передающего блока;

передача данных об изменении значений мощности в блок обработки сигналов передающего блока;

декодирование данных в блоке обработки сигналов передающего блока и передача данных для их записи и анализа.

2. Способ по п. 1, в котором при передаче кодированных данных и мощности с передающего блока с использованием частотно-импульсной модуляции сигнал для передачи генерируется по двум выходным каналам со скважностью сигнала 0,5.

3. Способ по п. 2, в котором выходные сигналы имеют разницу в фазе в диапазоне от 0 до π.

4. Способ по п. 1, в котором усиление сигнала осуществляется с использованием двухканального усилителя мощности.

5. Способ по п. 4, в котором двухканальный усилитель мощности включает транзисторы, работающие в ключевом режиме.

6. Способ по п. 1, в котором разница между значениями частот, кодирующих физические уровни цифровых данных, составляет не более 10% от резонансной частоты используемой катушки индуктивности передающего блока

7. Устройство беспроводной передачи мощности и данных для реализации способа по п. 1, которое включает передающий блок и принимающий блок, при этом

передающий блок включает блок обработки сигналов, соединенный с усилителем мощности, который последовательно через резонансный конденсатор соединен с катушкой индуктивности передающего блока, и с измерителем мощности и выполненный с возможностью получения и передачи цифровых данных;

принимающий блок включает блок обработки сигналов, который соединен с катушкой индуктивности принимающего блока и с устройством регулирования потребления мощности принимающего блока, а также выпрямитель, детектор частоты, включающий преобразователь переменного тока в аналоговый сигнал.

8. Устройство по п. 7, в котором усилитель мощности представляет собой двухканальный усилитель мощности.

9. Устройство по п. 8, в котором двухканальный усилитель мощности включает транзисторы, работающие в ключевом режиме.

10. Устройство по п. 7, в котором блок обработки сигналов представляет собой контроллер.