強金屬環(huán)境下RFID自適應通信關鍵技術及應用.pdf

1、井下工具的地面遠程操控一直是石油鉆探開采中亟需解決的技術難題，目前主要采用金屬投球、有線電纜、泥漿脈沖等方法，操作過程復雜，效率低，而且成本昂貴。作為一門新興技術，通過電子標簽非接觸式傳遞控制數(shù)據(jù)的RFID(Radio Frequency Identification,無線射頻識別)有望為井下工具的高效、低成本控制提供一種全新的途徑。然而，井下強金屬以及動態(tài)不確定干擾嚴重影響了RFID通信的可靠性，是阻礙RFID技術在井下工具控制方面工

2、程應用的最大障礙。本學位論文從環(huán)境影響機理、抗金屬磁屏蔽理論建模、自適應通信新方法和工程應用等方面對RFID通信技術進行了系統(tǒng)深入的研究，取得了一些理論與應用成果，主要研究工作和創(chuàng)新點包括：
　　研究了惡劣工況下RFID通信影響機理。基于RFID近場通信理論，揭示了RFID通信可靠性與天線線圈阻抗和標簽芯片電壓的關系，并給出了一種簡易的標簽芯片電壓計算方法。通過理論建模和簡化計算，推導了惡劣工況下天線線圈阻抗和標簽芯片電壓的解析表

3、達式，開展了環(huán)境參數(shù)影響分析，為強金屬環(huán)境下RFID自適應通信系統(tǒng)的設計提供理論依據(jù)和應用指導。
　　建立了帶有鐵氧體磁屏蔽的抗金屬RFID天線電磁場模型。與已有模型相比，引入了一種有效的磁場計算區(qū)域劃分，簡化了模型推導過程，同時也避免了由有限長邊界效應而引入的復超越方程的求解，為同類問題的理論建模提供了新的思路與方法。論文通過分析磁屏蔽相關參數(shù)對天線內部磁場強度的影響規(guī)律，探討了RFID系統(tǒng)的磁屏蔽優(yōu)化設計準則，為磁屏蔽設計奠定

4、了堅實的理論基礎。
　　提出了一種基于相位差追蹤的RFID自適應通信新方法。建立相位差與天線阻抗匹配相對應的數(shù)學關系，量化阻抗匹配精度，融合頻率掃描調諧與可變電容陣列調諧，實現(xiàn)了天線阻抗的完美匹配，并維持了諧振頻率，極大降低了對電容陣列中電容精度和輸出最小分辨電容值的要求，為解決惡劣工況中不確定環(huán)境因素對RFID通信可靠性的影響提供了一種新的實現(xiàn)途徑。
　　基于上述研究，實現(xiàn)了基于RFID技術的井下工具控制系統(tǒng)原型，并進行了