Преобразователь азимута инклинометра

Преобразователь азимута инклинометра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАИ И

ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ( фъ г г г

- :;Ф (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 160281 (21) 3248290/2

В 47/02 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР по.делам изобретений и открытий (23) Приоритет— б22.242

8) Опубликовано 07Я ЗЯ З.Бюллетень

Дата опубликования описания 07ЯЗ ю т.»=, ю (72) Авторы изобретения

Г.Н. Ковшов и Н.П, (71) Заявитель уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Орджоникидзе (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АЗИИУТА ИНКЛИНОМЕТРА

Изобретение относится к промысловой геофизике и может использоваться в автономных и кабельных инклинометрах для определения магнитного азимута искривленных скважин.

Известен индукционный датчик магнитного курса, содержащий два ортогональных феррозонда (1 j.

Недостатком данного датчика является невозможность непосредственного определения азимута без дополнительных вычислений.

Известен также цифровой компас, содержащий генератор, магнитомодуляционный.датчик, фазовращатель, сумматор, подключенный к выходам датчика и фазовращателя, формирователи импульсов, подключенные входами к сумматору и генератору, а выходами— к преобразователю фаза-временной ин тервал, и подключенный к выходу последнего счетчик (.2 j.

Недостатком этого устройства является то, что при применении в нем в качестве магнитомодуляционного датчика ортогональных феррозондов для выделения второй информационной гармоники в схему необходимо ввести избирательный усилитель, настроенный на частоту второй гармоники генератора, включив его после или в состав сумматора, в противном случае схема является неработоспособной, так как с выхода сумматора снимается широкий спектр гармоник. При этом изменение фазы и коэффициента усиления избирательного усилителя от воздействия температуры окружающей среды приводит к значительной ошибке в измерении магнитного курса (азимута }. К ошибке приводит воздействие температуры на фазовращатель. Кроме этого, поворот фазы сигнала со стороны сигнальных обмоток феррозондов реально выполняется с меньшей точ.ностью, чем со стороны питающей феррозонды цепи.

Наиболее близким к изобретению является электронный компас, содержащий магнитомодуляционный датчик, представляющий собой ферроэонд кольцевого типа, генератор, удвоитель частоты, два избирательных усилителя, два фазовых детектора, два усилителя и индикатор (3 J.

Недостатком известного устройства является большая погрешность измерения магнитного курса (азимута )иэ-эа разброса параметров каждой пары избирательных усилителей, фазовых де1002547 текторов, усилителей, так как практически невозможно сделать эти пары элементов идентичными. В связи с этим пары элементов имеют разные температурные уходы, что также ведет к ошибке в определении курса. Кроме этого, к недостаткам можно отнести наличие стрелочного индикатора курса, дающего низкую точность индикации изза наличия трения в опорах механических узлов и низкую надежность, а также отсутствие цифрового выхода для непосредственного подключения к ЭВМ.

Цель изобретения — повышение точности измерения азимута. 15

Укаэанная цель достигается тем, что устройство снабжено фаэовращателем, сумматором, управляемым генератором, преобразователем фазавременной интервал и счетчиком, при 2О этом магнитомодуляционный датчик выполнен в виде двух ортогональных ферроэондов, фазовращатель включен между генератором и одним иэ феррозондов, а сумматор - м жду сигналь- 25 ными обмотками ферроэондов и фазовым детектором, вход управляемого генератора соединен с выходом усилителя, а выходы подключены к фазовому детектору и выходу преобразователя 30 фаза-временной интервал, второй вход последнего подключен к удвоителю частоты, а выход — к счетчику.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя азимута инклинометра.

Преобразователь азимута включает магнитомодуляционный датчик, выполненный в виде двух ортогональных . феррозондов 1 и 2, генератор 3, к выходу которого подключен фазовра- "0 щатель 4, обмотка возбуждения одного из феррозондов и удвоитель частоты 5, сумматор б, подключенный входами к сигнальным обмоткам феррозондов 2 и 1, а выходом - к фазовому детекто- 45 ру 7 ° Усилитель 8, включенный между фазовым детектором 7 и управляемым генератором 9, один из выходов. которого соединен с вторым входом фазового детектора 7, преобразователь 50 фаза-временной интервал 10, подключенный входами к удвоителю 5 и генератору 9, а выходом — к счетчику 11.

Преобразователь азимута работает следующим образом. 55

Генератор.3 возбуждает феррозонды 1 и 2, при этом обмотка возбуждения одного из ферроэондов подключена к гейератору 3 через фазовращатель 4, осуществляющий сдвиг сигнала 60 генератора на 45О . Вследствие того, что оси чувствительности феррозондов взаимно перпендикулярны, ЭДС второй гармоники, наводящиеся s сигнальных обмотках феррозондов под действием переменного магнитного по .тока (от генератора 3) и постоянной горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, пропорциональны по амплитуде синусу и косинусу азимута, причем, так как напряжения возбуждения ферроэондов 1 и 2 сдвинуты на

45, ЭДС второй гармоники феррозондов сдвинуты на 90О. Напряжения сигнальных обмоток феррозондов суммируются с помощью сумматора б. В результате на выходе сумматора б возникает сигнал, который можно представить, учитывая только вторую rap" монику:

Екпс уп2ш++Е cosйаю(2оН+90 )=ЕcosI2cut-сЦ, где сс — аэ иму т; со — частота генератора 3;

Š— амплитуда напряжения второй гармоники.

Иэ выражения следует, что после сумматора б информацию об азимуте несет не амплитуда, а фаза второй гармоники. Так как в сигнальных обмотках феррозондов 1 и 2, кроме ЭДС второй гармоники, присутствуют ЭДС первой и высщих гармоник, то и сигнал на выходе сумматора представляет собой сумму гармоник ° Для выделе-. ния информационного сигнала из спектра гармоник предназначены фазовый детектор 7, усилитель постоянного тока 8, управляемый генератор

9. При отсутствии сигнала на выходе сумматора б выходное напряжение фазового детектора 7 равно нулю, при этом в усилителе 8 вводится постоянное смещение выходного сигнала, которое задает некоторую начальную частоту генератора 9, близкую к частоте второй гармоники. При подаче сигнала на вход фазового детектора

7, последний сравнивает частоту и фазу входного сигнала с частотой и фазой управляемого генератора 9 и вырабатывает напряжение рассогласо-. вания, связанное с разностью фаз и частот двух сигналов. Напряжение рассогласования фильтруется интегрирующей цепочкой, входящей в состав фазового детектора 7 (не показана ), усиливается усилителем 8 и поступает на вход управляемого генератора 9.

Под действием управляющего напряжения частота генератора 9 изменяется таким образом, чтобы уменьшилась разность между частотой входного сигнала 2(v и начальной частотой генератора 9. Так как начальная частота генератора 9 достаточно близка к 2 u), действие обратной связи приводит к тому, что управляемый генератор оказывается синхронизированным напряжением второй гармоники, поступающей на вхдд фазового детектора 7. После того, как процесс

1002547 синхронизации закончен, частота генератора 9 становится равной частоте второй гармоники, а сдвиг фаэ между ними имеет конечную малую постоянную величину, необходимую для выра. ботки напряжения рассогласования, йоддерживающего режим синхронизации.

Таким образом, на выходе генератора

9 воспроизводится частота и фаза (пропорционально азимуту ) полезного. сигнала, а сигналы первой и высших гармоник отсутствуют. Напряжения с выходов удвоителя частоты 5 и генератора 9, фазовый сдвиг между которыми пропорционален азимуту, поступают на входы преобразователя фаза- 15 временной интервал 10, который формирует последовательность импульсов с длительностью, пропорциональной азимуту. Импульсы с выхода преобразователя 10 поступают на вход счет- 20 чика 11, в котором происходит заполнение временного интервала импульсами высокой частоты с последующим подсчетом последних, а также усреднение, запоминание и регистрация 75 информации.

Предлагаемый преобразователь азимута инклинометра отличается от известных устройств повышенной точностью измерения магнитного азимута геофизических скважин за счет введения в него генератора, синхронизируемого с частотой информационного сигнала. При таком построении схемы температурная погрешность устройства сводится к минимуму и определяется лишь конечной фазой между напряжениями информационной второй гармоники и генератора 9, которая составляет в градусной мере +0,1-0,15О.

Точность устройства определяется 40 также точностью фазового сдвига информационных сигналов ферроэондов.

Как отмечалось, фазовый сдвиг в подобных устройствах можно осуществить более точно со стороны питающей 45 ферроэонды цепи, так как реально блок питания феррозондов строится по схеме Генератор-делитель-фазовраща- . тель и для повышения точности может быть выполнен на основе цифровых 50 микросхем, с помощью которых фазовый сдвиг в 45О может быть получен с высокой точностью и не зависит от часто ты генератора 3, при этом выходные каскады блока питания могут представ-55 лять собой усилители-формирователи квазисинусоидальных сигналов f4 3.

Фазовый сдвиг со стороны сигнальной цепи выполняется на основе RC-цепочек и имеет большой температурный уход, а следовательно, уменьшает точность устройства.

Предлагаемый преобразователь ази.мута инклинометра, по результатам лабораторных испытаний, измеряет азимут с точностью 0,6 в интервале; температур -10 — +125оС. Устройство работоспособно до температуры 150 С с сохранением точности при выполнении его на основе широко распространенных элементов.

Формула изобретения

Преобразователь азимута инклинометра, содержащий магнитомодуляционный датчик, генератор, удвоитель частоты, фазовый детектор и усилитель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения азимута, он снабжен фазовращателем, сумматором, управляемым генератором; преобразователем фаза-временной интервал и счетчиком, при этом магнитомодуляционный датчик выполнен в виде двух ортогональных ферроэондов, фазовращатель включен между генератором и одним из ферроэондов, а сумматор — между сигнальными обмотками феррозондов и фаэовым детектором, вход управляемого генератора соединен с выходом усилителя, а выходы подключены к фаэовому детектору и преобразователю фаза-временной интервал, второй вход последнего подключен к удвоителю частоты, а выход — к счетчику.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 636480, кл. 01 С 17/30, 1977.

2. Патент США М 3197880, кл. 33-204, опублик. 1965.

3. Авторское свидетельство СССР

М 495528, кл. 01 С 17/00, 1974.

4. Ломаный В.Д., Ямшанов Ю.А.

Применение квазисинусоидального радиочастотного сигнала в квантовых.

М-магнитометрах. — "Геофизическая аппаратура", 1980, вып. 71, с. 9-11.

1002547

Заказ 1486/5

Тираж 603 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Составитель И.. Карбачинская

Редактор А. Гулько Техред N,Êîøòóðà Корректор М. Демчик