Феррозондовый датчик азимута

 

«ШРРОЗЬНДОВЫЙ ДАТЧИК АЗИМУТА, содержащий поспедоватепьно соединенные генератор, деиитепь частоты , ортогональные феррозонда, установленные в плоскости горизонта, а их сигнапьные обмотки подключены к избирательным усилителям подключенным соответственно к фазовым детекторам, и , о т п ич а ю щ и и с я тем, что. с цепью повышения точности-измерения, он снабжен тремя коммутаторами, двумя аналого-цифровыми преобразователями, двумя интеграторами, аналоговым компаратором , цифровым кокшаратором, дешиф . ратрром, бпоком кода квадрантов, при этом выходы фазовых детекторов подключены соответственно к аналого-цифровым .л эеобразоватепям, выходы которых и вы . ход анаиогового компаратора подкпючены к к одному вз коммутато|юв, а выход поспеднего подключен к цифровому компараrqpy , с которым связан другой комму татор, щзичем к последнему подключены два шфроимх интеграторами аналоговый компаратор, связанный с дешифратором, подйпюченным к блоку квадрантов, выход (Л которого гюдкшочен к счетчику, соединенному с интеграторами и с третьим коммутатором, подключенным к выходу :, генератора и входу делителя частоты.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) 0И цр Е 21 В 47/02

ГОСУДАРСТВЕННЬ9 КОМИТЕТ СССР

llO ДИЛАи HSOBPETEHHA u OTHPEITMA

OllHGAHME HSOBPETEHJR:,,:,- :, K АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (2X, ) 339943 2/22-03 (22) 25.02..82(46),30.06.83. Бюл. 34 24. (72) Г»Н»КОВшов, А НеСерев, û»МИ » повзоров и И. Н. Бат,урин (71) Уфимский авиапионный йнститут им. Орджоникидзе (53) 622.241.7 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 709805, кп. Е 21 В 47/022, 1976»

2. Авторское свидетельство СССР

М 802535, кл. Е 21 В 47/02, 1979. 54) (57) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК

АЗИМУТА, содержаший последовательно соединенные генератор, делитель часто ты, ортогональные феррозонды, установленные в плоскости горизонта, а их сиг нальные обмотки подключены K избирательным усилителям, подключенным соответственно к фазовым детекторам, н счеч<чик, о т п и- ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности ..измерения, он снабжен гремя коммутаторами, двумя аналого-пифровыми преобразователями, двумя интеграторами, аналоговым компара*ором, цифровым компаратором, дешифратрром, блоком кода квадрантов, при этом выходы фазовых детекторов подключены соответственно к аналого-пифровым ,преобразователям, выходы которых и выход аналогового компаратора подключены к к одному из коммутаторов, а âûõîä последнего подключен к пифровому компаратору, с которым связан другой коммутатор, причем к последнему подключены два пифровых интегратора йи аналоговый

:«омпаратор, связанный с дешифратором, подключенным к блоку квадрантов, выход Е которого подключен к счетчику, соединенному с интеграторами и с третьим коммутатором, подключенным к выходу геиератора и входу делителя частоты, Изобретение относится к промысповой геофизике и может быть .испопьэовано дпя определения магнитиого азимута искривненной скважины.

Известно устройство дня измерения азимута, содержащее скважинный прибор с двумя ортогональными феррозондами и наземное устройство, содержащее äíà. ке кала преобразования, состоящих из генератора, избирательного усипитепя, сии хронного детектора, удвоитепя частоты, модулятора, датчика длины кабеня, фазевращатепя, а также генератор, общий дня обоих канапов, и спедящую систему, состоящую из синус нокосияус ного Вра щающегосл трансформатора (CKBT), усипитепя и двигателя I lj.

Недостаток этого устройства - низкая точность измерения, обусповпенная зоной нечувствительности, опредепяемой угпом . рассогласования, при котором момент

-трения в опорах сельсина ипи СКИТ соизмерим с вращающим моментом исполнитепьного двигатепя. Недостатком устройства является также низкая надежность, обусловленная напичием апектро механических устройств.

Наиболее бпизким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому аффекту явпяется феррозондовый датчик азимута, который содержит систему ортогональных ферроэокдов, устанавпиваемую маятником в горизонтапьной плоскости, датчик длины кабепя, фазовращатепь, генератор опорного напряжения, два идентичных канала, состоящих из генератора с попосовым. фильтром, избирательного а усинитеня, фазового детектора, удвоитепя частоты и модулятора, а также RC-цепочку, триггеры Шмидта, преобразоватепь фаза — код и счетчик. Б этом устройстве сигнви» с феррозондов, пропорционапьные по амппитуде синусу и косинусу азимута, посне выдепеии, усипения и детектирования модупируются одинаковой частотой и подаются на фазовращающуюся gC-цепочку. При этом азимут пропорциоюнен сдвигу фаз между напряжением в средней точке ВС-цепочки и опорным напряжением f2), К недостаткам известного устройства можно отнести невозможность его применвния в автономном инкпинометре, наприжр, сбрасываемого типа вследствие температурной погрешности, опредепяемой изменением параметров RC-цепочки при повышенных температурах, а применение конденсаторов с низким ТКЕ orpa ничивается тем, что дйя выпопнения уоповии юстройки РС-цепочки (2 g С-1) необходимо повышать частоту, что резко снижает динамический диапазон, поэтому устройство работает на частотах порядка

2.-3 ко, а при этой частоте емкость конденсатора значитепьюя, а ТКЕ таких конденсаторов веник, Кроме того, дпя точного сдвига фаэ в RC-цецочке необходимо, чтобы ампцитуды сигнацов, поступающих на нее, быпи одиюковыми, а это невозможно практически выпопнить из-за разных коэффициентов передачи об обоих каналов, что цриводит к сущестВенной мупьтиппикативиой погрешности по

15 дюпазону измерения азимута. Например, .разница в амппитуде сигналов в 5% цриводит к погрешности в 3 по азимуту, изменяющемуся с удвоенной частотой.

Цепь изобретения — повышение точнос- .

ЗО

55 ти измеуения.

Указанная цепь достигается тем, что ферроэондовый преобразоватепь азимута, содержащий поспедоватепьно соединенные генератор, депитепь частоты, систему ортогонапьных феррозондов, устанавпивае« мую в плоскости горизонта аксцентричным грузом, сигнапьные обмотки которых нодкшочены к поспедоватепьно соединенным избирательному уси, фазовому детектору, а также счетчик, снабжен тремя коммутаторами, двумя анапого-цифровыми цреобраэоватепями, двумя интеграторами, аналоговым компаратором, цифро-. вым комнаратором, Мешифратором, блоком кода квадрантов, при этом выходы фазовых детекторов подкпючены соответственно к аналого-цифровым преобразоватепям, вы ходы которых и выход аналогового комнаратора подкпючены к одному из коммутаторов, а выход последнего подкпючен к цифровому коммутатору, с которым связан другой коммутатор, причем к поспеднему цодкпючены два цифровых интегра» тора и аналоговый компаратор, связанный с дешифратором, подкпюченным к бпоку квадрантов, выход которого подкпк чен к счетчику, соединенному с интегра-. торами и с третьим коммутатором, под кпюченным к выходу генератора и входу делителя частоты.

На чертеже цредставпена функционапьная схема феррозондового датчика азимута.

Устройство содержит генератор 1 стабипизированной частоты, целитель 2 частоты, ортогоюпьные феррозоицы 3 и 4, устаювцнваемые в ппоскости горизонта эксцентричным грузом, избирательные. усипитепи 5 и 6, настроенные Ва частоз 10 ту второй гармоники, фазовые детекторы 7 и 8, анапого-цифровые преобраэоватепи (АЦП) 9 и 10, цифровые интеграторы 11 и 12, цифровой компаратор 13, анапоговый компаратор 14, дешифратор

1 5, бпок 1 6 кода квадрантов, счетчик 1 7 и коммутаторы 18 — 20, Под действием горизонтапьной составпяюшей напряженности магнитного попя

Земли в феррозондах 3 и 4 наводятся напряжения удвоенной частоты. Эти напряжения, выпрямленные фазовыми детекторами 7 н 8, пропорционапьные по амппитуде синусу и косинусу магнитного азимута (ЫИс и СОМ), преобразуются

AUH 9 и 10 в коды, которые сравниваются с представпенным в виде опорного кода, изменяющегося по закону синуса и косинуса и перекпючаемого в моменты . равенства по абсопютной вепичине, напряжением с феррозондов (.т.е. при с =

=45 ). При атом в счетчике 17 накапливается код аргумента, соответствующего интервалу времени от йачала развертки опорных кодов синусоиды ипи косинусоиды до момента сравнения кодов, т.е. измеряемому азимуту.

Феррозондовый датчик азимута ра6отает следующим образом.

С выхода генератора 1 сигнап с частоуой 1 поступает на вход делитепя, 2.

В нем формируется опорное напряжение дпя фазовых детекторов 7 и 8. В феррозондах 3 и 4 наводятся напряжения второй гармоники, пропорциональные по амплитуде соответственно 51и с(и с055, затем сигнапы с феррозонцов фильтруют, ся и усипиваются избирательными усипитепями 5 и 6, настроенными на вторую гармонику частоты возбуждения, выпрямляются фазовыми детекторами 7 и 8 и поступают на АБП 9 и 10, где преобразуются в код. Формирование кодов, соответствующих образцовым синусоиде и косинусоице, происхоцит как результат решения в цифровом виде системы дифференциальных уравнений второго порядка без демпфируюшего чпена с ненупевыми начапьными условиями:

=-в(с) — = с и) и dc(4) . d H)

d(t) сИ

Решения атой системы при C(O)=A, .5 (0)=0 представпяют искомые синусоида и коси нусоида: .5 (t ) = A Bi)) (2 6 ) c (1 ) =

=АСО (2 ф.)> которые попучаются на .

-И выходах цифровых интеграторов 11 и 12, образующих замкнутую петлю при подаче на другие входы интеграторов кода аргумента, накоппенного в счетчике .17.

Таким образом, на входы коммутатора 18 непрерывно поступают коды, соот- ветствующие 518 )(и со54, а на входы коммутатора 19 — коды образцовых синусоиды ипи косинусоиды от цифровых интеграторов 11 и 12. При атом компара» ) тор 14 сравнивает по абсопютной величине выпрямленные напряжения, пропорциональные 5уИ) (Uc) и сО ((0 ), посту цающие от фазовых детекторов 7 и 8, 5!

О так что при О) > Оо он находится в . состоянии 1, а при 0 r U, — в соо" тоянии,"0". Моменты времени, а спедоватепьно, и моменты перекпючения компаратора 14 соответствуют угпам + 45, 135, 225 и 315О. Таким образом, компаратор 1 4 управпяюший коммутаторами

18 и 19, перекпючает их так, что пав цифровой компаратор поступают через коммутатор 18 коды, соответствующие В) о и образцовой синусоиде, если азимут лежит в интервалах o(6 (0,45%), 1 35,225 . (31 5,0), т.е. О)<- Uc, а через коммутатор 19 - коды, соответст вующие C09o(, образцовой косинусоиде, если азимут пежит в остапьных интервапах и при этом Uc ) Uy ..Таким образом, сравнение кодов происхоцит при таких углах азимута, когда ферроэонд, напряжение от которого участвует в определении азимута, обпадает максимальной чуаствитепьностью, а спедовательно, позволяет с бопьшей точностью произвоцить измерения.

Формирование кода аргумента начинается с момента поступпения тактовой частоты через коммутатор 20 на счетчик

1 7, и дапее царанпепьный код аргумента поступает на входы цифровых интеграто40 ров 11 и 12, формирующих коды образцовых синусоиды и косинусоиды. В момент равенства кодов, процорционапьных

5 И ипи со6(, и образцовой синусоиде ипи косинусоиде соответственно, цифровой

45 . компаратор 1 3 выключает коммута-тор 20, тем самым прекращается поступление тактовой частоты от генератора 1 на счетчик 17, в котором накоппен код аргумента, т.е. азимута. Дпя распознавания квадранта, в котором находится

50 азимут, спужит дешифратор 15 и блок 16 кода квадрантов, Дешифратор 15 в зависимости от состояния уровней напряжений на фазовых детекторах 7 и 8 выдает сиг нап на бпок кода квадрантов, который со55 цержит фиксированные коды, соответствующие квадраитам, и передает их в счетчик 17. Например, в зависимос и от знака напряжения на фазовых детекторах

5877

5 10K

7 и 8 квадрантам 1, П, Ш и 1У соответ-, ствуют коды ll, 10, 00, 01, а азимут соответствует квадранту, дешифратор

15 по коду 10 дает команду блоку квад рантов на установку в счетчике 17 предварительного кода, passos ОО, и далев о к нему добавляется код, соответствующий утлую . Состав и связи блока кода квадрантов известны и представляют в общем случае постоянное запоминающее устройство, в котором записаны коды кйадрантов, которые по сигналу от Neшифратора поступают на счетчик.

Предлагаемое устройство отличается от базового объекта, за который принят прототип, более высокой точюстью из- . менений магнитного азимута. Повышен ная точность определяется твм, что в предлагаемом ферроэондовом датчике азимута измерение азимута производится ферроэоидом, который при.данном ази муте обладает наибольшей чувствитеш ностью. Кроме того, устройство облада5 ет низким порогом чувствительности, определяемым разрядностью счетчика и

АЦП. Порог ч,увствительности устройства

1 составляет р, где л - разрядность..

® Предлагаамое устройство отличается от базового объекта ещв и тем, что форми. рованив значения азимута в нем проиоходит в .цифровых блоках, нв содержа щих термозависнмых элементов, как в

1 базовом объекте, что повышает точность измерений прн повышенных температурах, вто особенно важно при измерении ази.мута в глубоких и сверхглубоких сква жинах.. Составитель И. Карбачинская

Редактор Л. Филь Твхред И. Гайау Корректор А. Повх.

Заказ 4521/27 Тираж 603 . Подписное

ВНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-38, Раушская наб., a, 4/8

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4