Азимутальный датчик инклинометра

 

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111 (504 Е 21 В 47 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) : (Мю

ГОСУДАРСТЯЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1184930 (21) 3824645/22-03 (22) 14.12.84 (46) 15.09.86. Вюл. М 34 (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им, Серго Орджоникидзе (72) Ю.Н . Кочемасов (53) 622,242(088.8) (56) Семенов Н.И., Яковлев Н.И, Цифровые феррозондовые магнитомеры, Л.: Энергия,1978.

Авторское свидетельство СССР

9 1184930, кл. В 21 В 47/02, 1984.. (54) (57) АЗИМУТАЛЪНЫЙ ДАТЧИК ИНКЛИНОМЕТРА по авт. св, И 1184930, о т л нчающийся тем,что,сцелью повышения точности измерения и упрои(еиия конструкции, он снабжен после- " довательно включенными детектором и аналого-цифровым преобразователем. при этом вход детектора соединен с входом нуль-органа, а выход аналогоцифрового преобразователя — с входом блока регистрации.

Ф 1257 I

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для определения азимута искривленной скважины.

Пелью изобретения является повышение точности измерения и упрощения конструкции.

На фиг. 1 приведена блок-схема аэимутального датчика инклинаметра; на фиг, 2 - преобразователи кода в 10 синусоидальный и касинусоидальный ток.

Азимутальный датчик инклинометра включает в себя два взаимна перпендикулярных ферразонда I и 2, заключенных во внутреннюю карданную рамку 3, центр тяжести которой смещен вниз; внутренняя карданная рамка 3 находится во внешней карданной рамке 4 со смещенным эксцентрично оси вращения центром тяжести с помощью груза 5. ВО внутренней рамке размещены дополнительные компенсационные обмотки 6 и 7, расположенные ортогонально друг к другу, причем их плос0 кости находятся под углом 45 относительна осей чувствительности феррозондов 1 и 2, а обмотки возбуждения ферразондов 1 и 2 подключены к выходу генера= îðà 8, причем одна из сигнальных обмоток ферроэондов 1 и 2 подключена к входу энаковага компаратора 9, выход каторога соединен с входам блока 10 формирователя знака, а другая сигнальная Обмотка падключе- З5 на к входу куль-Органа II и одновременно к-входу детектора 12, выход которого подсоединен к входу АЦП 13, который своим выходом подключен к третьему входу блока 14 регистрации.

Выход нуль-органа 11 подключен к входу блока 15 управления. Дополнительная кампЕнсационная обмотка б подключена к выходу преобразователя

16 кода в синусоидальный ток, а доф полнительная компенсационная Обмотка 7 подключена к выходу преобразователя 17 кода в касинусоидальный так.

Входы преобразователей подключены к выходам счетчика 18 импульсов, который своим входом подключен к выходу генератора 19 опорной частоты, вход управления которого соединен с первым выходом блока 15 управления, второй выход которого подсоединен к первому входу блока !4 регистрации, второй вход которого гадключен к первому выходу счетчика 18 импульсов.

78

Принцип действия азимутально"o цатчика инклинаметра заключается в следующем.

В наклонной скважине под действием эксцентричного груза 5 наружная рамка 4, поворачиваясь, устанавливает ось вращения внутренней рамки 3 перпендикулярно плоскости наклона скважины. При этом плоскость внутренней рамки 3, на которой укреплены феррозонды I и 2, за счет смещенного центра тяжести сохраняет горизонт,льнае положение. Так как азимут изменяется в пределах ат 0 до 360, -,î ва II и ТУ квадрантах численное значение азимута вычитается из 180 и 360

0 о соответственно, а в III квадранте складывается co IBO . Это учитывает о блОк 1О фармирОвания знака, .кОТОрый позволяет определить квадрант, Знаковый компаратор 9 представляет собой фаэочувствительное устройство, которое в зависимости от фазы выходного сигнала с сигнальной обмотки феррозанда 2 выдает на вход блока IÎ ôîðмирования знака либо положительное, либо отрицательное напряжение. Блок

10 формирования знака может представлять иэ себя устройство индикации, позволяющее учесть квадрант, Дополнительные компенсационные обмотки 6 и 7 создают вращающееся магнитное поле путем и сдачи на них с иву с Оидального икосинусоидального токов соответственна с выходовпреабраэавателей 16 кода в синусаидальный так и преобразователя 17 када в касинусаидальный ток.ВращЕние векторанапряженнасти компенсирующего магнитного поля Осуществляется дискретно, через выбранный mar 10, 20 и т,д, Один иэ возможных вариантов преобразователей кодов в синусоидальнь и и косинусоидальный токи представлен на фиг. 2 ° Отличие преобразователей

1 заключается в подооре весовых резисМФ торов К.-B пОдключенных к вь хадам дешифратора, причем эти резисторы Образуют совместно добавочным сопротивлением Кз делители напряжения„ что позволяет получить в тачке а ряд

:дискретных значений тока, пропорциональных синусоидальной форме, а в точке 5 — косинусоидальной. Дпя формирования отрицательной палуэал ы синусоидального и косинусоидальнага токов применяется дополнительно усилитель 1 (см. фиг, 21 с козффициен1257178

90 з п

Rs

Нк-1

90о

sin

30 где k=2,...,n; и — количество выходов дешифратора.

Аналогично, для преобразователя кода в косинусоидальный ток должно выполняться соотношение

cos

Rq, 90о .cos где k=2,...,n;

n — количество выходов дешифратора.

Так при выборе шага дискретизации, о равным 10, погрешность не превышает о

0,05, при этом, учитывая, что шаг дискретизации

45 п где n — количество выходов дешифратора;.

b, — шаг дискретизации, требуется дешифратор с пятью выходами и пятью весовыми резисторами. Если выбрать шаг дискретизации

22,5, то погрешность не гревышает

0,5, причем требуется дешифратор том усиления равным +1, когда формируется положительная полуволна, и -1, когда формируется отрицательная полуволна гармонических сигналов, Шаг дискретизации выбирается в 5 зависимости от требуемой точности измерения азимута. Известно, что при малых значениях аргумента значение синуса близко к значению самого аргумента. Поэтому шаг дискретизации ком- О пенсационного поля выбирается таким образом, чтобы остаток нескомпенсированного поля лежал в интервале, где выходное напряжение, снимаемое с феррозонда было пропорционально значению аргумента. Например, при шаа

re дискретизации 10 погрешность, вызванная нелинейностью между значением аргумента и значением его синуса, равна 20 о при шаге дискретизации 20-0,4

Для преобразователя кода в синусоидальный ток должно выполняться соотношение с двумя выходами ч двумя весовымй резисторами.

Создаваемое компенсационными обмотками вращающееся магнитное поле взаимодействует с внешним измеряемым магнитным полем.

Суммарное магнитное поле регистрируется феррозондом 1, и в момент, когда произойдет компенсация или когда компенсационное поле по величине превысит измеряемое, сработает нуль-орган 11, выходной сигнал которого поступит на вход блока 15 управлення, который остановит генератор

19. В блок регистрации поступит код, снимаемый со счетчика !8 импульсов, соответствующий предыдущему момен1у компенсации состояния, Таким образом регистрируются старшие разряды измеряемого азимута, сотни и десятки градусов.

В момент, когда сработает нуль -орган ll на выходе феррозонда l будет присутствовать напряжение пропорциональное остатку перекомпенсированного поля. Этот остаток лежит в интервале, где выходное напряжение с-феррозонда 1 прямо пропорционально измеряемому углу. Сигнал с выхода ферроэонда детектируется .детектором

12 и поступает на вход АЦП 13. Код с выхода ЛЦП 13 пост пает в блок 14 регистрации. Таким образом, регистрируются младшие разряды измеряемого азимута, единицы и десятые доли градуса в обратном коде.

В результате блок 14 регистрации отобразит непосредственное значечие измеряемого азимута.

В целях устранения неоднозначности определения азимута дополнительную информацию о квадранте выдает блок 10 формирования знака, получающий напряжение с сигнальной обмотки феррозонда 2 через знаковый компаратор 9. Выбор феррозонда для выполнения функции определения квадранта и ферроэонда, регистрирующего компвнсацию полей, может быть произвольным, т.е. феррозонды 1 и 2 можно менять местами.

Так как дополнительные компенсационные обмотки 6 и 7 могут быть выполнены с большей точностью и стабильностью, а ферроэонд .1, обычно являющийся источником максимальной погрешности, в данной схеме работает в режиме измерения .малых углов, где (N Я УБФ хУОЖУ/ к лж л "!Ус,,"

Ф ф,сдр у c

+ppQ$P .-,Я,, «,у %я 7 ., Д ф@ а";:Уб4. ЫА Щ ОЫР. " 1

Составитель Б, Карбачинская

Редактор Б. Слободяннк тех-;:ед N.. -. oäанич Кор ектор А, Тяско

Заказ 4888/24 Тираж 5МЯ . Подписное

ВБИЛИ Государственного комитета СССР но делам изобрет зный H Открытий

3035 Иосква Ь 9 Раушс к ай наб ., д . 4/ 5

Производственно-полиграфиче."кое предприятие. г,, Ужгород, ул. Проектная, 4

3 12571 его чувствительность и точность максимальназ IIQKNO с большой Гочностьщ определить значение азимута..

Предлагаемое техническое решение обладает по сравнению с прототипом повыщеннной точностью измерения азимута, так как погрешность измерения определяется NG дискретностью компенсирующего поляу а лищь нелинейностью преобразования сигнала 30 феррозонда и дискретностью АЦП. чтс имеет пОрядок значимосTN знячитель— но меньший» чем погрешнОсть оТ Зискретизации в прототипе.

Например, достижение погрешноcTII о в 0,7 при измельчении азимуTB. тотипа требует применение дешифратора на 64 выхода и 64 прецизионно

78 4 подобранных резистора на каждый из преобразователей кода в синусоидальный и косинусоидальный токи.

Б предлагаемом техническом решении достюхение погрешности в 0,5 требует о дешифратора на два выхода и два резистора на каждый преобразователь, досжженые большей точности в прототипе связано " большими аппаратурными затратами и повышение точности более 0,5 нецелессобразн= н то время, как в предлагаемом техническом решении повышение точности до 0,05 требует лишь увеличение разрядности деыифратора до 5 и 5 предизионно подобранных резисторов на каждый преобразователь кода в синусоидальный и к(?сннусоидальный тОки.