Sandia 연구원, 높은 전송기를 개발하다

Sandia National Laboratories의 연구원들은 170°C에서 안정적으로 작동하여 잠재적으로 지열정의 다운홀 측정이 가능한 송신기를 개발했습니다.

Sandia 국립 연구소의 지열 연구 프로그램의 연구 그룹은 지열정의 고온 환경에서 측정을 수행하고 해당 데이터를 5000피트의 유선을 통해 전송할 수 있는 송신기를 개발했습니다.

지열정에서 현장 데이터를 수집하는 것은 자원의 특성을 빠르고 정확하게 파악하는 데 매우 중요합니다. 그러나 이것은 말처럼 쉽지 않습니다. 센서는 지열 시추공의 온도 및 화학적 조건에서 작동하도록 특화되어야 합니다. 이러한 시추공의 길이도 문제가 될 수 있습니다. 이는 데이터가 수천 피트에 달하는 유선을 통해 전송되어야 함을 의미하기 때문입니다.

이 연구는 이전에 2022년 지열 상승 컨퍼런스에서 발표되었습니다.

연구팀은 지열정에 사용되는 센서가 수천 피트 길이의 전선을 통해 안정적으로 전송할 수 없는 상대적으로 약한 신호를 생성한다는 사실을 발견했습니다. 그들이 생각해낸 솔루션은 여러 센서에서 신호를 수집하고 긴 케이블 통신 기술을 사용하여 디지털 데이터를 전송할 수 있는 마이크로 컨트롤러를 사용하는 것이었습니다.

이 프로젝트에는 Texas Instruments C2000 제품군의 32비트 고온 마이크로컨트롤러가 선택되었습니다. 이 마이크로컨트롤러를 기반으로 맞춤형 인쇄 회로 기판(PCB)도 제작되었습니다.

이 프로젝트 이전에 지열 부서는 긴 케이블에서 신호를 생성하기 위해 이미 MATLAB에서 통신 프로토콜을 개발하여 5000피트 이상의 유선에서 뛰어난 결과를 얻었습니다. 그러나 이는 아직 고온 마이크로컨트롤러에서는 구현되지 않았습니다. 그런 다음 프로젝트에 사용되는 프로토콜과 하드웨어의 효율성을 극대화하기 위해 MathWorks에서 송신기 코드를 업데이트하고 개선했습니다.

구현 및 테스트

맞춤형 PCB를 사용하여 5000피트 와이어를 통해 신호를 전송하는 마이크로컨트롤러가 있는 오븐 내부에서 테스트 실행이 수행되었습니다. 초기 테스트는 170°C 이상에서 수행되었습니다. MATLAB을 사용하여 데이터를 후처리하고 별자리로 시각화했습니다.

결과는 데이터 링크가 5000피트의 고강도 고온 동축 유선을 통해 170°C의 온도까지 30kbps의 전송 속도로 성공적으로 기능했다는 것을 나타냅니다. 온도가 높아지면 증폭기의 중요성이 저하되어 신호가 왜곡됩니다.

또한 증폭기와 유선을 우회하는 데이터를 사용하여 테스트를 진행했는데, 이는 마이크로컨트롤러가 여전히 최대 210°C까지 데이터를 안정적으로 측정하고 전송한다는 것을 보여줍니다.

연구의 다음 단계에서는 300°C 정격의 새로운 마이크로 컨트롤러로 더 높은 온도를 처리할 수 있도록 설계를 업데이트하고, 성상 크기를 늘려 데이터 속도를 높이고, 동적 성상 크기 수정을 통해 QAM을 다시 구현하고, 증폭기/라인 왜곡 보정을 다시 구현하는 것을 목표로 합니다. 오류 수정을 구현합니다.

출처: MathWorks