Феррозондовый датчик азимута

Феррозондовый датчик азимута

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ФЕРРОЗОНДОВЬЙ ДАТЧИК АЗИМУТА , содержащий два ортогональных однокатушечных феррозонда, датчик длины кабеля, подключенный к фазовращателю , два одинаковых канала преобразования , состоящих из генератора, избирательного усилителя, фазового детектора, удвоителя частоты и модулятора , генератор опорного напряжения , RC-фазовращатель, подключенный входами к выходам модуляторов, два триггера Шмитта, вход одного из которых соединен с вьпсодом ЦС-фазовращателя , и счетчик, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения азимута, он снабжен делителем частоты на два, генератором пилообразного напряжения, фазовым детектором, сумматором и компаратором, при этом делитель частоты на два включен между генератором и входами модуляторов каналов, выход делителя частоты соединен С: входами второго триггера Шмитта и ге нератора пилообразного напряжения, (Л выход последнего подключен к входу сумматора, второй вход которого соединен с генератором, а выход - с входом компаратора, второй вход компаратора соединен с выходом фазойого детектора, подключенного входами к выходам триггера Шмитта, а выход компаратора соединен со счетчиком. ка

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК..SU„„1121407 зад Е 21 В 47/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬП ИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3503805 /22-03 (22) 20.10.82 (46) 30.10.84. Бюл. У 40 (72) Н.П.Рогатых (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им.Орджоникидзе (53) 622.242(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 636480, кл. С Ol С 17/30, 23.05.77.

2. Авторское свидетельство СССР

802535, кл. E 21 В 47/02, 02.02.79.

3. Авторское свидетельство СССР

В 964119, кл. Е 21 В 47/02, 29.01.80 (прототип). (54)(57) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК АЗИМУТА, содержащий два ортогональных однокатушечных феррозонда, датчик длины кабеля, подключенный к фазовращателю, два одинаковых канала преобразования, состоящих из генератора, избирательного усилителя, фазового детектора, удвоителя частоты и модулятора, генератор опорного напряжения, RC-фазовращатель, подключенный входами к выходам модуляторов, два триггера Ймитта, вход одного из которых соединен с выходом ЯС-фаэовращателя, и счетчик, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения азимута, он снабжен делителем частоты на два, генератором пилообразного напряжения, фазовым детектором, сумматором и компаратором, при этом делитель частоты на два включен между генератором и входами модуляторов каналов, выход делителя частоты соединен с: входами второго триггера Шмитта и ге- I нератора пилообразного напряжения, I выход последнего подключен к входу сумматора, второй вход которого соединен с генератором, а выход — с входом компаратора, второй вход компаратора соединен с выходом фазового детектора, подключенного входами . рвиа к выходам триггера Шмитта, а выход компаратора соединен со счетчиком.!

2)407 2 на каждом интервалР коррекции существует некоторая остаточная не1 1

Изобретение относится к промысловой геофизике и может использоваться для определения азимута буровых геофизических скважин.

Известен индукционный датчик магнитного курса, содержащий два феррозонда, оси чувствительности которых горизонтальны и вэаимноперпендикулярны (lj .

Недостатком этого устройства является невозможность непосредственного определения магнитного курса (азимута) без дополнительных преобразований.

Известен также феррозондовый датчик азимута, содержащий датчик азимута, выполненный в виде двух ортогональных однокатушечных феррозондов, датчик длины кабеля, фаэовращатель, дна одинаковых канала,преобразования, состоящих из генератора, иэ бирательного усилителя, фазового детектора, удвоителя частоты, модулятора, а также генератор опорного напряжения, RC-фазовращатель, дна триг гера Шмитта, последовательно соединенные преобразователь "фаза — временной интервал" и счетчик j2J .

Недостатком такого устройства является низкая точность измерения азимута из-эа значительной суммарной погрешности, определяемой неидентичностью каналов преобразования, неидентичностью параметров феррозондов, а также неточностью установки их осей чувствительности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является феррозондовый датчик азимута, содержащий два ортогональных однокатушечных феррозонда, датчик длины кабеля, подключенный к фазовращателю, два одинаковых канала преобразования, состоящих иэ генератора, избирательного усилителя, фазового детектора, удвоителя частоты и модулятора, генератор опорного напряжения, RC-фазовращатель, подключенный входами к выходам модуляторов, дна триггера Шмитта, вход одного из которых соединен с выходом BC-фаэовраmàòåëÿ, и счетчик (3) .

Недостатком прототипа является низкая точность вследствие дискретности коррекции по диапазону измерения азимута.На каждом интервале погрешность у еньшается на некоторую постоянную 55 величину, соответствующую данному интервалу. Вследствие нелинейности погрешности по диапазону измерения

15 — 20

50 скорректированная погрешность, которая и определяет точность устройства в целом, Уменьшение остаточной погрешности возможно путем увеличения числа интерналон коррекции, но это ведет к значительному усложнению конструкции устройства и к увеличению потребляемои мощности. Поэтому целесообразно производить разбиение диапазона измерения азимута не более чем на 6-8 интервалов, что позволяет увеличить точность лишь в l,5-2,0 раза. При значительном разбросе параметров устройство обладает значительной остаточной погрешностью и, следовательно, низкой точностью.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение конструкции устройства.

Указанная цель достигается тем, что феррозондовый датчик азимута, содержащий два ортогональных однокатушечных феррозонда, датчик длины кабеля, подключенный к фазовращателю, два одинаковых канала преобразования, состоящих из генератора, избирательного усилителя, фазового детектора, удноителя частоты и модулятора, генератор опорного напряжения, BC-фазовращатель, подключенный входами K выходам модуляторов, два триггера Шмитта, вход одного из которых соединен с выходом RC-фазонращателя, и счетчик, снабжен делителем частоты на два, генератором пилообразного напряжения, фазоным де тектором, сумматором и компаратором, при этом делитель частоты на два включен между генератором опорного напряжения и входами модуляторов каналов, выход делителя частоты соединен с входами второго триггера

Шмитта и генератора пилообразного напряжения, выход последнего подключен к входу сумматора, второй вход которого соединен с генератором а выход — с входом компаратора, второй вход компаратора соединен с выходом фазового детектора, подключенного нходами к выходам триггеров

Шмитта, а выход компаратора соединен со счетчиком, На фиг,l представлена функциональ ная схема феррозондового датчика азимута, на фиг.2 — диаграммы, поясняющие работу устройства.

1 l 21407 4

Ферроэондовый датчик азимута содержит расположенные в скважинном приборе ортогональные однокатушечные феррозонды 1 и 2, соединенные каротажным кабелем с входами каналов преобразования 3 и 4, каждый иэ которых состоит из генератора 5, удвоители частоты 6, избирательного усилителя 7, фазового детектора

8 и модулятора 9, датчик длины кабеля !О, подключенный через фазовращатель ll к удвоителям частоты каналов преобразования. Генератор опорного напряжения 12 через делитель частоты на два 13 соединен с входами модуляторов 9, к выходам которых подключен gC-фазовращатель

l4. Выход делителя частоты на два

13 соединен также с входами генератора пилообразного напряжения 15 и триггера Шмитта 16, вход второго триггера Шмитта 17 подключен к ЦСфазовращателю 14. Выходы триггеров

16 и 17 через фазовый детектор 18 соединены с входом компаратора 19, второй вход которого подключен к .выходу сумматора 20, входы которого соединены с выходом генератора пилообразного напряжения 15 и генератора .опорного напряжения 12. К выходу компаратора 19 подключен счетчик 21.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение генераторов 5, имеющих разные частоты, подается по каротаж" ному кабелю на обмотки возбуждения ферроэондов l и 2, Под действием гориэонтальной составляющей магнитного поля Земли и переменного магнитного поля, наводимого в сердечниках ферроэондов током, протекающим по их обмоткам, в последних возникают ЗДС четных по отношению к частотам генераторов 5 гармоник, амплитуды которых в силу ортогональности ферроэондов 1 и 2 пропорциональны синусу и косинусу азимута. Вторая гармоника информационных ЭДС выделяется избирательным усилителем 7.

После усиления выделенные напряжения поступают на фазовые детекторы

8, на которые подаются также напряжения удвоенной частоты с удвоителей 6. Для исключения влияния на показания прибора изменения реактивного сопротивления кабеля в процессе его раскручивания предусмотрена автоматическая подстройка фазы в

l0

35 удвоителях 6 фаэовращателем 11 по сигналу датчика длины кабеля 10. В фаэовых детекторах 8 переменные ин-, формационные напряжения преобразуются в постоянные и далее преобразуются модуляторами 9 и делителем частоты на два 13, являющимся источником опорного напряжения модуляторов, в переменные напряжения, амплитуды которых пропорциональны синусу и косинусу азимута, а частоты равны (й/2, где я — частота генератора 12, и которые поступают на ВС-фаэовращатель 14, настроенный на частоту Q/2 (».1 RC=2) . Фаза выходного напряжения фаэовращателя 14 пропорциональна азимуту. С помощью триггеров Шмитта 16 и 17 синусоидальные напряжения с делителя 13 и фазовращателя 14, фаза между которыми пропорциональна азимуту, преобразуются в прямоугольные напряжения, последние поступают- на входы фазового детектора !8, в результате чего .на выходе детектора 18 возникает постоянное напряжение, пропорциональное азимуту, которое можно представить в, виде

8ых щ 18 (1) где 1» — коэффициент преобразования детектора 18;

О! — азимут.

При разбросе параметров ферроз0и дов 1 и 2, каналов преобразования

3 и 4 возникает некоторая погрешность измерения азимута о! ™

Предлагаемое устройство от ферро-. зондов до выходов модуляторов представляет собой синусио-косинусный преобразователь азимутальиого угла, обладающий характерными погрешностями, а именно — погрешностью от нера" венства амплитуд огибающих выходных . напряжений модуляторов и погрешностью неортогональности, выражающейся в неортогональности огибающих выходных напряжений модуляторов 9.

При этом суммарная погрешность от указанных факторов изменяется по гармоническому закону по диапазону измерения азимута (0-360 ) с частотой двойного угла. Поэтому суммарную погрешность можно представить в виде

ae, ° С,Sin206ФС С062ж» С5, (3) 21407

ГДB IJ

12!

О где Uz— (.(, ивс—! (.Г

С= ц

35 I

" вых!g sb! x 2о

5 !1 где С! и С2 — постоянные коэффициентЫ, зависящие от разброса параметров схемы; постоянная величина, характеризующая аддитивную, не зависящую от 0(, погрешность.

Для коррекции укаэанных погрешностей.х енератор 12 выдает два ортогональных напряжения на входы сумматора 20, на остальные входы которого поступают пилообразное напряжение с генератора 15, управляемого сигналом делителя частоты 13, и постоянное напряжение смещения (!С . Если на входы сумматора поступает лишь напряжение генератора 15, то при сравнении компаратором 19 пилообразI ного напряжения!! и постоянного !!b!». 2О напряжения() (см. фиг.2) на выходе

Ьь!х ig компаратора возникает последовательность прямоуго!пьных импульсов, длии тельность которых !. определяется равенством! л k

8b!X!g BbIx 20? !!

k„B.T к„в Г ц " П размах пилообразного напря" жения; период пилообразного напряжения; соответственно истинное значение длительности импульсов и погрешность длительности.

Коррекция осуществляется путем искажения пилообразного напряжения таким образом, чтобы вносилась погрешность с противоположным знаком, вследствие чего результирующая погрешность становится !2авной нулю.

Искажение пилообразного напряжения производится в соответствии с формулой (3), но во временной области и путем подачи на входы сумматора

20 напряжения генератора 12 и Ос

Полученная длительность импульса определяется из равенства ()„„ у,, („ С,Ъпg!X. С2СОЬ2сС C;)= Ц го и (!12 » o i !с" то

Т <8 Т "t!!!

55 амплитуды ортогональных напряжений, поступающих с генератора 12 на входы сумматора 20; коэффициенты усиления сумматора по соответствующим входам.

Для обеспечения почленногo pG

ВВНсТВВ (5) необходимы следующие условия:

1 Ч I I I

e,=U„k„;C, -U„2 X„I СЗ=uс выполнение которых обеспечивается выбором величин и знаков коэффициентов преобразования сумматора 20 по соответствующим входам. На фиг.2 представлены: о — нескорректированные по длительности импульсы, снимаемые с выхода компаратора, h — синусная составляющая напряжения генератора 12, поступающая на вход сумматора (косинусная составляющая с целью упрощения отсутствует), 2 искаженное пилообразное напряжение, снимаемое с выхода сумматора 20, полученное путем суммирования пилообразного напряжения генератора 15 диаграмма а) с выходным синусоидальным напряжением генератора !2 (диаграмма о7, ) — выходные импульсы компаратора, длительность которых скорректирована. При выполнении равенств (6) длительность импульсов на выходе компаратора 19 равна т.е. соответствует истинному значению азимута. Полученный временной интервал в счетчике. заполняется импульсами высокой частоты, которые подсчитываются и преобразуются в цифровой код.

Феррозондовый датчик азимута позволяет повысить точность благодаря осуществлению коррекции мультипликационной и аддитивной составляющих погрешности измерения азимута.

Устройство позволяет устанавливать феррозонды и выполнять каналы преобразования беэ точной регулировки и настройки, так как путем коррекции можно свести к минимуму погрешности измерения даже при больших разбросах параметров. С помощью ферроэонда можно повысить точность измерения азимуша до + 0,2", конечная величина которой определяется неучтенными погрешностями от нелинейности феррозондов и случайными погрешностями. устройство позволяет увеличить точность любых синусно-косинусных преобразователей угла, так как они обладают характерными только им погрешностями, При.этом возможна корIl2l407 ректировка мультипликативных погрешностей, изменяющихся по диапазону измерения угла с любой частотой, для чего необходимо увеличить чис5 ло. входов сумматора и подать на них переменное напряжение с частотой, соответствующей частоте изменения погрешности.

1121407

Составитель В.Булыгин

Редактор М.Недолуженко Техред Т.Фанта

Корректор И.Муска

Подписное

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

Заказ ?901/25 Тираж 564

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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