BCPM

OnTrak BCPM(Bi-Directional Communication and Power Module)主要负责导向工具的脉冲同步(pulsing sequence)，下行指令(downlinks)的信号识别(从地面向井下通讯)，发电，及脉冲发生器的控制等。此外，它还具有温度监测和可调断路器(adjustable circuit breaker)的功能。当将其用于AutoTrak^G3或单独与OnTrak井下钻具组合时，通电以后OnTrak主控单元会对BCPM遥测系统(telemetry)注入编程信息。在工作过程中，OnTrak会在每次通电周期内对BCPM进行检查并重新编程以保证各模块间的相互协调。BCPM可以独立于OnTrak主控单元发射脉冲信号，例如，在接收不到从OnTrak主控系统发出的信号时，BCPM将在每个发送的单词(word)后接上一连串以1结尾的0字符。

脉冲发生器(Pulser)

当泥浆流经限流环(restriction)时，脉冲发生器利用限流环前后的压差来产生一个正压脉冲(positive pressure pulse)。与通用脉冲发生器(UP)相同，BCPM脉冲发生器由两大功能区组成：主阀MA(MainValve)及先导阀/控制阀CVA(Control Valve)。主阀由阀体和一个限流环(又称为阀座)组成。下图为安装于外壳内的脉冲发生器示意图，其工作原理如下：

当泥浆流经限流环时将在限流环前后产生一个压差，从而导致“A”处的压力高于“B”处的压力。在阀体内部的通道两端由于存在压差，一部分泥浆将通过筛网顺着图中所示的红色箭头进入到阀体内。当底部的电磁阀开启时，控制阀(蓝色针阀)上移并关闭阀体内部通道的下端。泥浆在阀体内聚集，直到“C”处的压力与“A”处压力平衡为止。在较低压力的包围下，“C”处压力区将试图向外膨胀，这样将会导致阀体上移，阀体与限流环之间的环空间隙也逐渐减小，使得立管压力上升，从而产生一个正脉冲。

先导阀/控制阀与一个电磁铁互相耦合，阀杆的位置由主CPU(master CPU)发出信号控制脉冲发生器驱动模块(Pulser Driver Board)进行控制。在控制阀体下部有一个弹簧，它可以通过限制主阀体的上行高度来控制脉冲的高度，从而起到了安全阀的作用。

待命模式(Standby Mode)

处于待命模式时，限流环上部的泥浆压力与阀体内外的压力相互平衡，主阀始终处于开启状态。

注意：主阀开启位置会随着流量大小而发生变化。

先导阀/控制阀允许部分泥浆从旁通管(bypass conduit，图中底部红色箭头处)流过，当电磁阀关闭时，流经旁通管的泥浆所产生的向下推力使得先导阀/控制阀始终处于开启状态。(When the solenoid is not activated, the Pilot/Control Valve is held open by drag force of the drilling fluid passingthrough the bypass conduit.)

脉冲模式(Pulse Mode)

当脉冲发生器驱动模块开启电磁阀时，脉冲发生器进入脉冲模式。电磁阀阀杆上移，关闭先导阀/控制阀并阻止泥浆从旁通管流过。此时，主阀体内的压力开始升高。随着主阀内压力的不断升高，阀体开始发生移动以寻找新的平衡位置，此时，主阀体与限流环之间的过流面积要比待命模式时小得多。随着过流面积的降低，阀体上下压差逐渐增大，从而在脉冲发生器前部产生一个高压脉冲信号。

高压脉冲BCPM(High Pressure Pulse BCPM)

高压脉冲控制阀可以满足某些特殊情况下(如深井中由于脉冲高度较低而导致解码困难)的信号发送需求，在这种控制阀下部安装了一个刚度较大的弹簧。该弹簧需要在更高压力下才能得到释放，主阀体上移距离加大，从而产生出一个更高的压力脉冲。(Due to the stronger spring the pressure below the mainvalve relieves later at a higher pressure, consequently the main valveis moving further upward which creates a bigger pulse.)

注意：后面将会对流量，泥浆比重，限流环的选型以及工具/脉冲发生器压降之间的关系做详细讨论。在使用之前协调员(coordinator)需要选择合适的限流环以及控制阀(CVA)来满足实际需求。

脉冲发生器驱动模块(Pulser Driver Board)

BCPM主控模块(master module)通过脉冲控制电缆(Pulse Control Line)向脉冲发生器驱动模块(PDB)发送数字信号来控制脉冲发生器，接着PDB将该信号放大并产生足够大的电流来控制电磁阀的开启动作。当需要发出一个脉冲信号时，需要高达1250mA的电流(维持130毫秒)来启动脉冲发生器内的控制阀；当控制阀关闭阀体内的通道后，电流会立即降低至500mA。

交流发电机(Alternator)

OnTrak BCPM中的交流发电机可以为所有井下电子系统，包括模块化附件如ORD(Optimized Rotational Density，优化旋转密度测量仪)，CCN(Caliper Corrected Neutron，井径校正中子仪)，CoPilot(井下钻井参数实时测量系统，该系统包括一个井下短节和一套地面控制装置，所使用的传感器包括钻压传感器、扭矩-弯矩应变计、磁通门传感器、轴向与径向加速度计以及钻杆内外的压力传感器。可以将实测值与标准值进行比较，通过泥浆脉冲将有关信息传送至地面，司钻根据井下钻具组合的动态和受力可以实时获知井下的异常工况。)，APX(Accoustic Explorer，随钻声波测井仪)等提供电力。泥浆涡轮(mud turbine)通过电磁联轴节(magneto coupling，又称电磁离合器magnetic clutch，可将交流发电机内部结构与外部泥浆隔离开来)来驱动交流发电机发电。例如，6-3/4”标准涡轮的流量范围为1400 l/min(370 gpm)到2500 l/min(660 gpm)，它可以产生45V到135V的交流电。与AT1.5相比，BCPM会在电压超过175V时自动关闭运行。交流电稳压器(Alternator Voltage Regulator)能将电压持续稳定在33V左右。交流发电机最高可以输出250W的电能，以保证系统的正常运行(最大输出电流为8.4A)。

涡轮(Turbine)

涡轮由转子和单级定子组成，泥浆通过固定的螺旋状导轮(定子)不断冲击转子，使转子发生旋转带动交流发电机发电，从而为整套工具提供电力。涡轮的转速与流量和导轮/涡轮的配置有关。

注意：后面将会对流量及压降做详细的介绍。现场服务工程师和协调员需要对现场使用的BCPM中的涡轮结构有一定的了解。

交流发电机/稳压器(Alternator/Voltage Regulator)

三相交流发电机通过稳压器将输出电压稳定在33V左右，同时它还可根据交流电的单相输出频率计算出交流发电机的转速(即涡轮转速)，转速信号接着会被传输到下行控制器(DLC)中。

下行控制器(Downlink Controller)

下行控制器(DLC)不断监测来自稳压器的涡轮转速，并决定何时发送下行信号。在发送下行信号时，DLC将与主控模块(master)实现同步，并在信号发送结束后向主控模块传送下行信号的内容以及发送状态。

断路器(Circuit Breaker)

OnTrak BCPM中有一个高低限断路器(upper and lower circuit breaker)，在工具内的电力供应发生故障时，可以保护工具与上下方的各接头部件免受高压/高电流的冲击。现场服务工程师在工具下井(RIH)前必须对断路器的设置进行检查。断路器设置请参见后面部分。