Кабельный инклинометр

 

Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет ускорить получение информации за счет непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность . С помощью коммутатора 2 по сигналам таймера 4 на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5 поступает сигнал с блока 1 синуснокосинусных датчиков. На выходе АЦП 5 формируются кодированные временные интервалы, соответствующие-функциям измеряемого параметра и смещению нуля в АЦП 5. Сигнал с выхода АЦП 5 поступает через регистр 7 на шифратор 8. В нем формируются сигналы U i (Л

СО)ОЗ СОВЕТСНИХ соцИАлистичесних

РЕСПУ БЛИН (19) (11) (51) 4 E 21 В 47 02 (0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3976620/22-03 (22) 21.08.85 .(46) 15.06.87.. Бюл. Ф 22 . (71) Уфимский авиационный институт им, Серго Орджоникидзе (72) Г. Н. Ковшов, Н. П. Рогатых и И. Б. Андреев (53) 622.242(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1139835, кл. Е.21 В 4-7/02, 1982.

Букреев И, Н., Мансуров Б, М, и Горячев В. И. Микроэлектронные схе.мы цифровых устройств. М,: Советское радио, 1975, с. 368, В

Авторское свидетельство СССР

Р 1078040, кл. Е 21 В 47/02, 1982. (54) КАБЕЛЬНЫЙ ИНКЛИНОМЕТР (57) Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет ускорить получение информации за счет непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность, С помощью коммутатора 2 по сигналам таймера 4 на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5 поступает сигнал с блока 1 синуснокосинусных датчиков, На выходе АЦП 5 формируются кодированные временные интервалы, соответствующие. функциям измеряемого параметра и смещению нуля в АЦП 5. Сигнал с выхода АЦП 5 поступает через регистр 7 на шифратор 8. В нем формируются сигналы 11

131?1 и U>, передающие в совокупности последовательный код и тактовые импульсы (И). Сформированные И управляют работой ключей 11 и 12. Процессы коммутации ключей 11 и 12 не сказываются на работе скважинного блока 6 питания, так как еro фильтр гасит кратКовременные колебания напряжения. Посредством RC-цепочки 17 произ водится разделение переменной и постоянной составляющих напряжения, Конденсатор RC-цепочки 17 подклю" ченный между ключами 11, 12 и наземным блоком 16 питания, имеет большую

14 емкость и, не внося существенных искажений, пропускает только переменную составляющую напряжения. Она выделяется на нагруэочном резисторе и представляет собой последовательность разнополярных И, поступающих через компараторы 18 и 19 на дешифратор 20, В связи с отсутствием фазовых искажений минимально возможная длительность передаваемых И определяется только быстродействием . ключей 11, !2. Это позволяет довести частоты передаваемых И до 50—

100 кГц. 5 ил.

Иэобрстение относится к промысловой геофизике и может использоваться для измерения параметров искривления скважин — магнитного азимута, зенитного угла Д и визирного угла 5 (угла установки отклонителя), а также для ввода измерительной информации непосредственно в ЭВМ или специализированные вычислительные устройства, Кроме того, устройство мо!

О жет служить основой создания многопараметровой телеиэмерительной системы на базе одножильного каротажного кабеля.

Целью изобретения является ускорение получения информации путем непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность.

На фиг. 1 приведена функциональ20 ная схема кабельного инклинометра; на фиг. 2, — структурная схема дешифратора; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства;

25 на фиг. 4 — пример выполнения шифратора; на фиг. 5 — пример выполнения распределителя.

Инклинометр содержит блок 1 датчиков углов выходы которых подключеt

30 ны к информационным входам коммутатора 2, блок 3 управления с тремя выходами, первый из которых соединен с управляющим входом коммутатора 2, таймер 4 с тремя выходами, первый иэ которых подключен к входу блока 3 35 управления, а второй соединен с блоком 1 датчиков углов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, информационный вход которого связан с выходом коммутатора 2, а управляющий вход — с вторым выходом блока 3 управления, скважинный блок 6 питания, промежуточный регистр 7 с тремя входами, первый из которых связан с выходом АЦП 5, второй — с третьим выходом таймера 4 и первым входом шифратора 8, второй вход которого подключен к выходу промежуточного регистра 7, а выходы шифратора через усилители 9 и 10 подключены к управляющим входам ключей 11 и !2, выходы которых (общая точка ключей) соединены каротажным кабелем 13, имеющим общий схемный провод, к которому через параллельно соединенные ключ 11 и дроссель 14 и через второй ключ 12 подключен вход скважинного блока 6 питания, Общая точка ключей соединена каротажным кабелем 13 через второй дроссель 15 с наземным блоком 16 питания и через RC-цепочку

17 — с общим входом компараторов !8 и !9, выходы которых через дешифратор 20 связаны с блоком 21 памяти.

Дешифратор 20 (фиг, 2) содержит триггер 22, распредилетль 23 и счетчики 24 и 25 °

Шифратор 8 (фиг, 4) выполнен на четырех элементах 2И-НЕ, На его входы поступают последовательный код U< с параллельно-последовательного промежуточного регистра 7 и тактовые имп + 9 созд +

3 131711 пульсы U, по заднему фронту которых формируется последовательный код U,„

В результате на выходе шифратора 8 образуются две последовательности импульсов U,. и U„, передающйе одновременно код и тактовую частоту, Сформированные импульсы управляют работой ключей 11 и 12.

Распределитель 23 (фиг. 5) представляет собой два логических ключи, 10 которые по сигналу счетчика 24 попеременно подключают вход триггера 22 (фиг. 2) к входам регистров блока

21 памяти, в результате последовательный код записывается в тот или 15 другой регистр с частотой тактовых импульсов U .

Назначение блока управления состоит в создании временного и пространственного распределения сигналов, 20 необходимого для управления функциональными блоками устройства, Блок управления включает в себя последовательные сдвиговые регистры и управляемые ими логические ключи, реалиэа- 25 ция которых известна и зависит лишь от типа используемых микросхем, Инклинометр работает следующим образом..

С помощью коммутатора 2 по сигна- 30 лам таймера 4 на вход АЦП 5 последовательно подаются сигналы с синусокосинусных датчиков блока 1 (фиг ° 1).

После обработки каждого сигнала вход . АЦП 5 подключается к общему проводу схемы, чем учитывается смещение нуля АЦП. Таким образом, формируются кодированные временные интервалы, соответствующие функциям синуса, косинуса измеряемого углового параметра 40 и смещению нуля в АЦП:

Временные интервалы заполняются высокочастотными импульсами, поступающими с таймера 4. Импульсы подсчитываются реверсивным счетчиком, входящим в состав АЦП 5. В результате в счетчике АЦП последовательно записываются коды: где f — частота заполнения кодироз ванных временных интервалов, 1Io сигналам блока управления производится перезапись кодьв (1) в промежуточный параллельно-последова4 4 тельный регистр 7. Последовательный код U (фиг, 3) считываемый с выхода регистра 7 с частотой тактовых импульсов U, а также сами тактовые импульсы поступают на вход шифратора 8, где формируются сигналы U и

U передающие в совокупности как последовательный код, так и тактовые импульсы, т.е. цифровая обработка сигналов датчика производится.непосредственно в скважинной части устройства.

Сигнал U через усилитель 9 управляет работой ключа 1). Второй ключ 12 управляется через усилитель 10 последовательностью импульсов

В исходном состоянии ключ 11 открыт. Управляющие импульсы закрывают, что приводит к изменению величины тока, протекающего через дроссель 14, Вследствие этого в точке А схемы ф мируются положительные импульсы с амплитудой, равной

d(I -I, )

U = L (2)

14 Д ° г

\ где L, — индуктивность дросселя 14;

I I„ токи, протекающие через дроссель соответственно при открытом и закрытом ключе 11.

При работе ключа 12, который открывается импульсами U в точке А схемы формируются отрицательные имlf пульсы с амплитудой U„, равнои постоянной составляющей напряжения в точке А — П„д (без учета сопротивления ключа 12 в открытом состоянии).

Процессы коммутации ключей не сказываются на работе скважинного блока 6 питания, так как входной фильтр последнего гасит все кратковременные колебания напряжения.

Работа ключа 11 приводит к изменению тока в кабеле 13 в сторону уменьшения, а работа ключа 12 меняет ток в сторону увеличения, Изменение тока в точке А ведет к аналогичному изменению тока в точке Б, которое посредством дросселя 15 транспортируется в колебания напряжения, При этом временная диаграмма напряжения в точке Б (U ) качественно совпадает с диаграммой напряжения в точке А (U ), Однако постоянная составляющая напряжения U, больше, чем

1 11

U а амплитуды U H U> соответДД В ст вующих имп уль со н меньше .

5 13171

Посредством RC-цепочки 17 производится разделение переменной и постоянной составляющих напряжения U

Конденсатор С цепочки имеет большую емкость и„ не внося существенных искажений, пропускает только переменную составляющую U которая выделяется на нагрузочном резисторе R и представляет собой последовательность раэнополярных импульсов, 10

С помощью коммутаторов 18 и 19 с соответствующими порогами срабатывания осуществляется дискретизация раэнополярных импульсов на две последовательности импульсов U и U (фиг. 3), 15 соответствующие сигналам U и П

Последовательности импульсов 11 и П поступают в дешифратор 20, где с помощью триггера 22 и логических элементов (фиг, 2) восстанавливаются 20 последовательный код U и последовательность тактовых импульсов Пэ, Коэффициент пересчета счетчика

24 равен разрядности используемого цифрового кода. Каждый последний импульс, вырабатываемый счетчиком 24, сигнализирует об окончании текущей кодовой посылки и управляет распределителем 23. Последний подключает выход триггера 22 к входу соответ- 30 ствующего регистра блока 21 памяти, чем обеспечивается непосредственная перезапись восстановленного кода U в регистры блока памяти с частотой тактовых импульсов U . Диаграммы на фиг, 3 соответствуют использованию в шифраторе и дешифраторе цифровых микросхем, управляемых по заднему фронту импульсов, например, серии

155. В результате цифровой код Boc" 40 стчнавливается со сдвигом в один такт. При использовании микросхем, управляемых по переднему фронту, например, серии 561, восстановление кода происходит синхронно. Счетчик 45

25 подсчить вает число кодовых посылок и вырабатывает сигнал, свидетель. ствующий об окончании цикла работы инклинометра, при этом в качестве блока памяти может использоваться ОЗУ 50 внешней миниЭВМ, Малая потребляемая мощность обусловлена тем, что ее потребление происходит лишь во время формирования отрицательных импульсов ключом, соединяющим жилу кабеля с общим приводом схемы. При формировании положительных импульсов расходуется энер14 гия, запасенная в дросселях, и ее часть возвращается в наземный блок питания. Если амплитуды и длительность положительного и отрицательного импульсов равны, то средняя мощность, расходуемая на их формирова" ние, близка к нулю. Последовательность импульсов, возникающая на входе наземной части инклинометра, является реакцией (отголоском) на коммутационные процессы, протекающие на входе скважинной части. Благодаря этому реактивные параметры кабеля не оказывают влияния на форму импульсов, т,е, фаэовые искажения отсутствуют. Происходит лишь затухание импульсов. При этом соотношение амплитуд импульсов на входах компараторов и скважинной части инклинометра составляет R/R+R„,ãäå К вЂ” сопротивление резистора RC-цепочки, R„ активное сопротивление жилы каротажного кабеля, В связи с отсутствием фазовых искажений минимально возможная длительность передаваемых импульсов определяется только быстродействием ключей. В среднем она составляет

1-2 мкс, Это позволяет довести час" тоту передаваемых импульсов до 50100 кГц, что значительно увеличивает скорость передачи информации. При . использовании одной жилы 7-жильного каротажного кабеля типа КСБФ-6 длиной 2,9 км последовательный цифровой; код может передаваться со средней скоростью 8 -104 бит/с.

Формула изобретения

Кабельный инклинометр, содержащий блок датчиков углов, подключенных к информационным входам коммутатора, выход которого связан с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, таймер с тремя выходаm один из которых подключен к входу блока управления с тремя выходами, первый из которых соединен с управляющим входом коммутатора, скважинный блок питания и блок памяти, отличающийся тем, что, с целью ускорения получения информа" ции за счет непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность, он снабжен промежуточным регистром с тремя выходами, шифратором с двумя входами, двумя усилителями, двумя ключа 1З1 1 ю &югу#

Pue 2 ми, двумя дросселями, одножильным, каротажным кабелем с общим схемным проводом, наземным блоком питания, RC-цепочкой, двумя компараторами и дешифратором, при этом второй выход таймера соединен с блоком дат" .чиков, второй выход блока управления - с управляющим входом аналогоцифрового преобразователя, а вход скважинного блока питания через па- 10 раллельно. соединенные ключ и дроссель и через второй ключ подключен к общему проводу схемы, причем выход аналого-цифрового преобразователя и третий выход блока управления соеди- f5

14 8 иены соответственно с первым и вторым входами промежуточного регистра, третий вход которого связан с одним ! из входов шифратора, и третьим выхо-. дом таймера, а выход промежуточного регистра подключен к другому входу шифратора, выходы которого через усилители подключены к управляющим входам ключей, выходы которых соединены каротажным кабелем через второй дроссепь с наземным блоком питания и через RC-цепочку с общим входом компараторов, выходы которых через дешифратор связаны с блоком памяти.I

r3tZii4

Составитель А, Цветков

Редактор М. Келемеш Техред А.Кравчук Корректор В. Бутяга

Заказ 2400/28 Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4