十年澄澈7
我国是用文字记载磁现象最早的国家之一。公元前4世纪战国时期成书的《管子》中已有“上有慈石者下有铜金”的描述。这是有关磁石和磁性矿的最早记载。公元前3世纪的《吕氏春秋》中所写的“慈石召铁，或引之也”，描述了磁石吸铁现象。磁现象的应用，在我国古代后魏的《水经注》等书中，就提到秦始皇为了防备刺客行刺，曾用磁石建造阿房宫的北阀门，以阻止身带刀剑的刺客入内。医书上还谈到用磁石吸铁的作用，来治疗吞针，但磁现象早期应用方面，最光辉的成就是指南针的发明和应用，这也是我国对人类所做出的巨大贡献。 我国战国时期就发现了磁体的指南性。最早指南的磁石是一种勺状的，叫司南，它的灵敏度虽很低，但却给人以启示：有一种地磁存在，磁石可以指向。到北宋时期，制成新的指向仪器——指南鱼。在曾公亮的《武经总要》中详细记载了指南鱼的制造过程。这里有个重大突破，就是采用了磁化的方法，使鱼形铁磁化后，成一个指向仪器。此后，指南针的制造和安装方法在北宋沈括的《梦溪笔谈》中已有明确记载。不久指南针与方位盘结合起来成了罗盘，为航海提供了方便而可靠的指向仪器。后来，我国指南针传入欧洲。到16世纪，欧洲出现了航海罗盘。指南针的发明，推动了航海事业的发展，也为研究地磁三要素创造了条件。 英国人吉尔伯特在磁的研究方面做出了突出贡献。他的著作《论磁》是人们对磁现象系统研究开始的标志，书是1600年出版的。书中记录了吉尔伯特研究磁现象时所做的各种仪器，及实验过程，也记录了他从实验中所得到的结论。他从磁性“小地球”实验中，根据磁针的排列与指向，提出地球本身是一个大磁体，两极位于地理的北、南两极附近；提出了磁子午线概念；吉尔伯特还说明了磁偏角及地磁倾角的测定方法；铁的磁化及去磁概念；定性的研究磁石的吸引与推斥。这都为磁的进一步研究开拓了道路。 到18世纪，在磁的研究方面有了新进展。法国物理学家库仑在磁的研究方面也做出突出贡献。他参加了法国科学院为设计指向力强、抗干扰性能好的指南针而举行的竞赛活动，并提出丝悬指南针的设想，得到磁学奖，在此基础上制成了库仑扭秤。在建立了电荷相互作用的库仑定律同时，得到了磁力的相互作用定律，可以说库仑是静电、静磁学的第一位奠基人。此后，法国数学家、物理学家泊松，在库仑的基础上，提出了磁体间的相互作用的势函数积分方程，把磁的研究发展到定量阶段，但这时电与磁还是分别平行、独立地进行着研究。 丹麦物理学家奥斯特1820年发现了电流的磁效应，在当时的科学界引起巨大的反响和重视，科学家纷纷转向在这方面的讨论和研究，推动了整个电磁学的发展。安培由电流磁效应想到：既然磁体之间有相互作用，电流与磁体间也有作用，那么两个载流导体之间也一定存在着相互作用。他通过一系列实验，找到了电流间相互作用的实验根据，进行了定量研究，于1820年12月4日向科学院提交了一篇论文，提出计算两个电流线元间作用力的公式——安培定律表达式。到1821年初，安培又进一步提出磁性起源的假说，这就是历史上有名的分子电流假说。 安培发现的载流导体间的相互作用，仅在奥斯特发现电流磁效应后的第7天。新的发现的浪潮冲击着整个欧洲。法拉第在新的发现面前，重做了已有的实验，并提出新的研究课题——既然电可以产生磁，为什么磁不可以产生电呢？他开始了磁生电的研究。经过10年的艰苦努力，在大量实验的基础上，发现了电磁感应现象及其所遵循的规律。 电磁感应现象的发现是具有划时代意义的，法拉第把电与磁长期分立的两种现象最后联结在一起，揭露出电与磁的本质的联系，找到了机械能与电能之间的转化方法。在理论上，为建立电磁场的理论体系打下了基础；在实践上，开创了电气化时代的新纪元。 法拉第发现电磁感应现象之后，解释了法国科学家阿拉果所做的被称之为“神密”的实验——悬挂着的磁体下方放一个可自由转动的圆铜盘，当盘转动时，磁体会转动；反之，磁体转动时铜盘也会转动。法拉第提出磁感线（磁力线）的概念，并第一次绘制了磁感线图。他认为磁感线是代表实在的物质实体；每根磁感线都对应一对磁极。后来又把有磁感线的空间称为“场”。麦克斯韦是英国著名的物理学家，他发展了法拉第的“力线——场”的思想，并把它数学化，提出了描述电磁场运动规律的方程组，预言了电磁波的存在。 德国物理学家赫兹通过实验，令人信服地证明了电磁波的存在。这不仅验证了麦克斯韦电磁场理论的正确，也为无线电技术的建立与发展奠定了基础。 爱因斯坦1905年建立的狭义相对论，第一次把两种自然力——电力与磁力统一起来。近代随着电子计算机的发明，新的磁性材料不断涌现出来。人类的科学技术及物质生产活动与电与磁已密不可分，但对磁的探索永无止境。随着新的磁现象的发现，磁的更深刻的本质的揭露，磁的应用也将展现出新的局面。为磁的发展史续写新的篇章。 
深井电磁波随钻通信原理介绍 一、电磁波无线随钻仪发展概况 随着定向井、水平井、分支井及大位移水平井等特殊工艺钻井技术的迅猛发展及老油区复杂区块和薄油层开发力度的加大，传统的泥浆脉冲传输方式的不足之处越来越突出。泥浆脉冲传输方式技术虽然应用广泛，但数据传输速率较慢，信息量较小，传输信号易受钻井液的质量和泵的不均匀性影响要求钻井液的含砂量≤l%，含气量≤7%当使用可压缩性钻井介质时，会导致压力波信号变形，所以在欠平衡钻井条件下适用性很差。 电磁波传输方式是将反映井底轨迹方向，地层特性参数的低频电磁波信号传送到地面钻井过程中，钻杆，裸露的井壁和它们之间的空间以及周围的地层共同组成了电磁波传输通道，电磁波从发射源向周围的无限空间辐射，由固定在钻机旁的地表天线接收它不需要泥浆作为信号载体，对钻井液的质量和钻探泵的不均匀性要求更低，所以数据传输能力较强其优点是不需要机械接收装置，系统稳定性好，对于欠平衡钻井工艺有更好的适应性。它的缺点是：背景噪声对信号的影响较大，而且随着岩层对信号的吸收和大地电阻的变化导致信号的衰减，导致发送电路复杂程度提高。目前，这些问题已经都得到了较好的解决。背景噪声大的问题通过比较先进的可编程滤波的方法，使背景噪声得到了彻底的抑制。信号衰减大的问题，是采用自动阻抗适应系统解决的。电磁波法可追溯到20世纪40年代初期，最早应用于煤矿安全和军事方面俄罗斯是较早开展电磁波随钻测量系统研制的国家之一，他们把MWD系统称为电磁波通道井底遥测系统 国外已经成功利用电磁波MWD技术传输井下测量信号随钻仪器得到广泛利用。国内也进行了大胆尝试，利用MWD技术把探管传感器测出的井斜、方位、重力和、重力工具面角、工具面角、温度、电池电压以及地层参数实时的用电磁波发送到地面。并在遥控遥测及双向传输方面有了突破性进展，由于采用了双向电磁波无线传输技术，大大的方便了对井下仪器的操控，可对井下设备进行遥控，也可方便地对电磁波信道进行自检，对电源实施遥控管理，有效地提高了电源利用率。二、电磁波无线随钻仪的工作原理电磁波无线随钻仪有两种工作模式，即单向工作模式和双向工作模式。（1）单向工作模式，把地下（钻头部分）传感器采集到的数据，间歇地或者连续地发送到地面，由地面的仪 器接收解码还原出传感器测量出的各种动态数据。送给计算机串口并进行分析显示和打印。地下部分由电源系统、无线发送系统和天线系统、传感器数据采集系统、阻抗自动适应系统组成。电源系统由水轮发电机和充电电池组成，利用水的压力带动发电机进行发电，电机工作转速800～3000 r/ min时，输出±36V至±48V的直流电压。对发电机的要求：功率不得小于80W，充电电池放电电流不得小于3A。数据发送模块有三种调制方式：一是PWM脉冲宽度调制方式；二是窄脉冲调制方式；这种方式很有发展前景，使电磁能量瞬时超能量发送，最大的优点是节省电能，可以省去发电机。三是传统的正弦波传输调制方式，采用这种方式，接收电路比较简单，抗干扰能力较好。无论是那种调制方式，只要传输距离远，误码率最低才是最终目的。天线形式为偶极子电流方式。通信距离是与发送天线所处的深度、工作频率、天线周围的电阻率有密切关系的。天线的设计主要在于它的坚固程度，要求扭矩达到金属钻杆的90%以上。绝缘程度要高，要求在空气中电路值大于2MΩ。交流阻抗理论设计大于50Ω。（2）双向电磁波传输，是半双工通信方式，地面和地下都有电磁波收发电路，地面的发射部分有着比地下发射部分不受体积限制的优点，功率可以做的很大。三、电磁波收发模块简介模块简介：该模块主要用于油田电磁波无线测斜仪，进行地下与地面的无线双向数据通信，以达到深井遥控、遥测之目的。电路采用单片机波形合成法进行调制与解调，在极低频状态下，传输速率快，误码率低，可靠性高，传输距离远，电源采用优化管理技术节电优势得到了充分发挥。同时采用了阻抗自动适应系统，使其在不同深度和不同环境下，发送功率都能保持最佳状态。在温度适应方面，内部采用里了高导热散热器，外部采用温度隔离方式，以适应井下不同温度的工作环境的需要。主要指标：模块外形尺寸：直径：32mm，长度：520mm。工作电压：DC±36V。最大发射功率：120W。待机电流：10mA。数据接口为232串口模式。传输速率：每秒5个16进制字符。传输深度：（试验深度）5Km。
