Феррозондовый датчик азимута

 

Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения магнитного азимута скважины. Цель изобретении - повышение точности и надежности работы. Феррозондовый датчик азимута имеет феррозонд 1 кольцевого типа с размен1енны.ми на не.м обмоткой 2 возбуждения и сигнальными обмотка.ми 3, четыре из которых - основные, а четыре другие - дополнительные обмотки. Основные обмотки расположены под углом 90° друг к другу. Дополнительные обмотки расположены под углом 90° друг к другу и под углом 45° к основным обмоткам. Обмотка 2 связана с генератором (Г) 4, который через удвоитель 23 частоты подключен к тактирующим в.ходам фазовы.х детекторов 9, 10. Каждая пара диаметрально противоположны.х обмоток 3 включена последовательно и встречно и подсоединена к соответствующим входам коммутаторов 5, 6. Выходы последних через избирательные усилители (У) 7 и, 8. фазовые детекторы 9, 10. У И, 12 подклюм-- ны к входам компараторов (К) 13. 14 и -nii ковых К 15, 16. Выходы К 13, 14 подключен,; через аналого-цифровые феобразователп IT 18 к первому и второму входам блока i J регистрации информации. Выходы К 15, l(i подключены к третьему и четвертом) входам блока 19. Выходы К 13, 14 подключены через элемент ИЛИ 20 к запре1цаюп1. входх Г 21 прямоугольных импульсов. Выход Г 2l подключен к вход счетчика 22, выход которого подсоединен к управляющим входам коммутаторов 5. 6 и пятому входу б.чок,- 49. Феррозонд устанавливается в плоскости горизонта. Напряжение с обмоток 3 поступает через коммугаторы 5, 6 на У 7, 8. Производится тактирование снимаемого напряжения Г 4 и удвоителем 23 частоты. Детекторами 9, 10 выделяется вторая гармоника сигнала. При этом с У 11, 12 cinniaeicH постоянное напряжение, пронорциоиа.чьное азимчту. 1 табл. 3 ил. сл ел го со ел N

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1452954 (so 4 Е 21 В 47/02

8..ЕОЮ5ИЯ, Г)1",5,т (,;;;" ;с,„;.;ц

Ьн:1(: (<,- <<, OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4236699/22-03 (22) 27.04.87 (46) 23.01.89. Бюл. № 3 (71) Днепропетровский инженерно-строительный институт (72) Г. H. Ковшов, Ю, Н. Кочемасов и И. Ф. Бабенко (53) 622.24! .7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 605950, кл. F 2! В 47/022, 1975.

Авторское свидетельств«СССР

Хо 495528, кл. G 01 С 7/00, 1974. (54) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК АЗИМУТА (57) Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения магнитного азимута скважины. Цель изобретения — повышение точности и надежности работы. Феррозондовый датчик азимута имеет феррозонд 1 кольцевого типа с размещенными на нем обмоткой 2 возбуждения и сигнальными обмотками 3, четыре из которых — основные, а четыре другие— дополнительные обмотки. Основные обмотки расположены llo3, углом 90 друг к другу.

1ополнительные обмотки расположены под углом 90 друг к другу и под углом 45 к основным обмоткам. Обмотка 2 связана с генератором (Г) 4, который через удвоитель 23 частоты подключен к тактирующим входам фазовых детекторов 9, 10. Каждая пара диаметрально противоположных обмоток 3 включена последовательно и встречно и подсоединена к соответствующим вх«дам коммутаторов 5, 6. Выходы последних через избирательные усилители (У) 7 и 8, фазовые детекторы 9, 10. У 11, 12 подь.по . ны к входам компарат«ров (К) 13, 14:(koBhIx К 15, 16. Выходы К 13, 14 подключ(чн,; через аналого-цифровые преобраз«вателп !

8 к первому и второму входам блока регистрации информации. Выходы К 15, l(i подключены к третьему и четвертом) вх«,ldì блока 19. Выходы K 13, 14 подключены через элемент ИЛИ 20 к запрещакипсму вх«.Li

Г 21 прямоугольных импульсов. Вых«д Г 2! подкчючен к вх«дх i÷(. T÷èêà 22, выход к(х<«рого подсоединен к управляющим Bx().(;. . коммутаторов 5. 6 и,<ят«му входу блок:.

19. Феррозонд I i(.òàнавливается в и.носк«(ти горизонта. !)апряжение с обмоток 3 II«ступает через коммугаторы 5, 6 на У 7, 8.

Производится Tакт яр«ванне снимаем«<î ((апряжения Г 4 и удвоите,(см 23 частоты. Детекторами 9, 10 выделяется вторая гармоника сигнала. При этом с У 11, 12 спимасз(я постоянное напряжение, пропорцио (<льн«( азимуту. 1 табл. 3 ил.

1452954

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

Целью изобретения является повышение точности и надежности работы датчика.

На фиг. 1 изображена структурная схема феррозондового датчика азимута; на фиг. 2 принципиальная схема возможной реализации блока регистрации информации; на фи г. 3 — возможный вариант выпол нения панели индикации блока регистрации информ а ции.

Феррозондовый датчик азимута содержит феррозонд 1 кольцевого типа с расположенными на нем обмоткой 2 возбуждения и сигнальными обмотками 3, четыре из которых основные, а четыре дополнительные обмотки, причем каждая пара разнесенных сигнальных обмоток имеет ортогональную себе пару. Обмотка 2 возбуждения. подключена к генератору 4. Каждая пара диаметрально противоположных сигнальных обмоток включена последовательно и встречно и подсоединена к соответствующим входам коммутаторов 5 и 6, выходы которых подключены через избирательные усилители 7 и 8, фазовые детекторы 9 и 10, усилители 11 и 12 к входам компараторов 13 и 14 и знаковых компараторов 15 и 16, причем выходы компараторов

13 и 14 подключены через аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 17 и 18 соответственно к первому и второму входам блока 19 регистрации информации, а выходы знаковых компараторов 15 и 16 подключены непосредственно к третьему и четвертому входам блока 19 регистрации информации. Выходы компараторов 13 и 14 также через элемент

ИЛИ 20 подключены к запрещающему входу генератора 21 прямоугольных импульсов, который своим выходом подключен к входу счетчика 22, выход которого подсоединен к управляющим входам коммутаторов 5 и 6 и к пятому входу блока 19 регистрации информации, генератор 4 через удвоитель 23 частоты подключен к тактирующим входам фазовых детекторов 9 и 10.

Феррозондовый датчик азимута работает следующим образом.

Кольцевой феррозонд 1 устанавливается в плоскости горизонта, например, с помощью кинематической схемы (не показана). Обмотка 2 возбуждения феррозонда 1 запитывается генератором 4. На сигнальных обмотках 3 появляется напряжение, которое через коммутаторы 5 и 6 поступает на два независимых тракта преобразования сигнала, включающих в себя избирательные усилители 7 и 8, детекторы 9 и 10 и усилители !

1 и 12.

Для детектирования второй гармоники сигнала производится тактирование снимаемого напряжения с помощью генератора 4, 2 удвоителя 23 частоты и детекторов 9 и 10.

С выхода усилителей 11 и 12 снимается постоянное напряжение, которое описывается выражением

Uy = К-Н sin(< — ky), (l) где К.— константа преобразования, зависящая от конструкции феррозонда, параметров тракта преобразования;

Н вЂ” напряженность магнитного поля

Земли;

10 — магнитный азимут;

k — соответствующий номер пары сигнальной обмотки; угол между элементами расчлененного феррозонда.

Рассмотрим соотношение .< и ky, при котором выполняется условие ia — 1 р! а х.

Выберем значение х таким, чтобы выполнялось соотношение sin x = x.

В этом случае выражение (!) можно пе20 реписать как

1()„! = К Н (с< — 1(у ) . (2)

Как видно из выражения (2) выходное напряжение прямопропорционально измеряемому углу,, т.е. изменяется по линейному

25 = kó-+1™

К.Н

Выходной сигнал U» подается на входы компараторов 13 и 14, имеющих опорное на30 пряжение +Upg и — 1)„„. Эти напряжения равны напряжению возбуждаемой в одной паре сигнальных обмоток при отклонении горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли от оси чувствительности феррозонда соответствен35 «о на угол у/2 и — р/2.

Если выходное напряжение лежит в пределах

Uоп 1- 1 = + Ueп р (3)

40 то срабатывает элемент ИЛИ 20, генератор

21 прямоугольных импульсов отключается, со счетчика 22 снимается информация о номере сигнальной обмотки, с АЦП 17 и 18— информация о величине выходного напряжения и подается в блок 19 регистрации инфор45 маци и

Если выходной сигнал не удовлетворяет неравенству (3), генератор 21 прямоугольных импульсов и счетчик 22 производят коммутацию следующих двух ортогональных сигнальных обмоток.

В рассматриваемом случае имеем четыре элемента расчлененного феррозонда. Следовательно, угол р определяется из соотношения

ЗЬО 45

1:и где к — количество элементов расчлененного феррозонда.

52954

Формула изобретения

14

Тогда погрешность измерения аы, обусловленная аппроксимацией функции sin g/2, равна

ЬА = P /2 — s i и у /2 = 34 23

Задаваясь погрешностью асс можно опреде. лить необходимое количество элементов сигнальных обмоток.

Так как азимут изменяется в пределах от

0 до 360 ., то для однозначного его определения необходимо использовать информацию о знаках полярности напряжений, снимаемых с двух ортогонально расположенных феррозондов. Для этой цели выходные сигналы U и Ug с усилителей 11 и 12 подаются на входы знаковых компараторов 15 и

l6, выходы которых соединены с третьим и четвертым входами блока регистрации информации.

В таблице даны значения угла

Коммутаторы, избирательные усилители, фазовые детекторы, усилители, компараторы, знаковые компараторы, АЦП, элементы

ИЛИ, счетчик, удвоитель частоты и генератор прямоугольных импульсов являются стандартными устройствами и поэтому особенностей не имеют.

Рассмотрим возможную реализацию блока регистрации информации.

Блок регистрации информации может быть реализован на дешифраторе типа

К155ИДЗ, логических элементах «НЕ» с открытым коллекторным выходом типа

К155ЛН2, светодиодных семисегментных индикаторах серии АЛС 311А, светодиодах серии АЛ 102Б.

Код аналого-цифрового преобразователя, соответствующий снимаемому напряжению, подается на входы светодиодных индикаторов Н l — НЗ. С цифровых индикаторов информация считывается непосредственно в угловой мере, где Hl — десятки градусов, Н2 —; НЗ вЂ” десятые доли градусов.

На информационные входы дешифратора DD1 поступает сигнал логического «О» или логической «1», в зависимости от знака полярности напряжений 11 и Up<, и код, соответствующий номеру включаемого элемента расчлененного феррозонда. К выходам дешифратора через элементы НЕ DD2—

DD4.4 подключены светодиоды VD1 — VD16.

Элементы HE играют роль инверсного повторителя, так как выходной ток дешифратора мал для включения диодов. Если светодио ды - расположить в соответствующих секторах окружности (см. таблицу), то можно визуально зафиксировать, в каком секторе находится измеряемый азимут.

Для определения истинного значения зимута необходимо либо прибавить значение азимута, снятое со светодиодных инди30

4 каторов к нижней угловой границе сектора, либо вычесть его из верхней границы.

Сум мирова ние необходимо производить в том случае, когда на информационном входе второго разряда дешифратора РР1 установится логическая «1» независимо от комбинации кодов на других информационных входах. Для однозначного определения необходимого арифметического действия к второму входу дешифратора DD1 через элемент НЕ DD4.5 подключен светодиод

VD17. Если диод светится, производят суммирование, если нет — вычитание Резисторы Rl — R17 подбираются исходя из требуемого тока светодиодов VD1 — VD17.

Совместное использование четырех основ— ных и четырех дополнительных сигнальных обмоток, компараторов, знаковых компараторов, счетчика и коммутаторов обеспечивает работу феррозонда в зоне максимальной чувствительности, что повышает точность измерений Кроме того, при этом отпадает необходимость использования вычислительного узла, что упрощает конструкцию и повышает надежность работы датчика.

Феррозондовый датчик азимута, содержащий феррозонд кольцевого типа с размещенными на нем обмоткой возбуждения и четырьмя основными сигнальными обмо-.ками, расположенными под углом 90 по отношению одна к другой, удвоитель частоты, генератор, связанный с обмоткой возбуждения, два избирательных усилителя и два фазовых детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы, он снабжен четырьмя дополнительными сигнальными обмотками, расположенными под углом 90 по отношению одна к другой и под утлом 45 по о,гношению к основным сигнальным обмоткам, двумя коммутаторами, двумя усилителями, двумя компараторами, двумя знаковыми компараторами, двумя аналого-цифровыми преобразователями, элементом ИЛИ, генератором прямоугольных импульсов, счетчиком и блоком регистрации информации, при этом каждая пара диаметрально противоположных сигнальных обмоток включена последовательно и встречно и подсоединена к соответствуюшим входам коммутаторов, выходы которых подключены через изгибательные усилители, фазовые детекторы, усилители к входам компараторов и знаковых компараторов, причем выходы ком параторов подключены через аналого-цифровые преобразователи к первому и второму входам блока регистрации информации, а выходы знаковых компараторов подключены непосредственно к третьему и четвертому входам блока регистра1452954

Коды

0 0 VD 1

157,5-180

337,5 — 360

VD 2

VD 3

180-202,5

0-22,5

0 +

0 +

VD 4

VD 5

«7 02, 5-225

1 ( (1

VD 6

22, 5-45

VD 7

225 †2,5

VD 8

45-67,5

VD 9

247,5-270

67,5-90

270-29 2, 5

90-112,5

29?, 5-31 5

112,5 †1

315-337,5

135-157,5

3 +

3 + номер элемента расчлененного феррозонда, выходное напряжение которого удовлетворяет условию (3); V — знак полярности напряжения, снимаемого с k-го феррозонда, V> -знак полярности напряжения, снимаемого с феррозонда, оргогонального k-ому, VD(N) — светодиод, установленный в соответствующем секторе а на блоке регистрации информации.

Примечание.

5 ции информации, выходы компараторов также через элемент ИЛИ подключены к запрещающему входу генератора прямоугольных импульсов, который своим выходом подключен к входу счетчика, выход которого под6 соединен к управляющим входам коммутаторов и к пятому входу блока регистрации информации, а генератор через удвоитель частоты подключен к тактирующим входам фазовых детекторов.

k V% V, VD(N) UD 10

VD 11

VD 12

VD 13

VD 14

VD 15

VD 16! 452954

Фиг.Г

1452954

Ю 5 Я о ю/ 1 (= ,l

1/Ю 17

Составитель А. Цветков

Редактор О. Головач Текред И. Верес Корректор Г. Решетник

Заказ 7143/23 Гнраж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного когиитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проекгная. 4