Преобразователь азимута

Преобразователь азимута

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к промысловой геофизике. Цель - повышение точности за счет исключения влияния на результат измерения азимута расстройки и температурного дрейфа параметров фазовращателя. Преобразователь содержит датчик 1 с двумя дифференциальными феррозондами с ортогональными осями чувствительности, генератор 2, делитель 3 частоты, коммутатор 4, фазовращатель 5, избирательный усилитель 6, блок 7 интервалов времени и блок 8 управления. Последний имеет счетчики выдержки времени и подциклов, логические элементы и D-триггер. Блок 7 содержит компаратор и D-триггер. Для исключения аддитивной и мультипликативной погрешности преобразователя один из входов фазовращателя 5 последовательно подключается к выходам датчика 1 и общему проводу. На второй вход фазовращателя 5 подается опорный сигнал с генератора 2. Фаза выходного сигнала соответствует откощению уровней сигналов феррозондов датчика 1 к уровню опорного сигнала. В блоке 7 значение фазы преобразуется в длительность импульса. Работа устройства делится на подциклы, управляемые блоком 8. В каждом подцикле осуществляется измерение фазы в зависимости от подключения фазовращателя 5 к входам коммутатора 4. Полученный в результате обработки результат дает значение магнитного азимута. Применение преобразователя позволяет достичь высокой точности путем исключения влияния расстройки и температурного дрейфа параметров фазовращателя . 2 ил. I сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4229857/23-03 (22) 13.04.87 (46) 23.01.89. Бюл. № 3 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) Н. П. Рогатых (53) 622.241.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1008432, кл. Е 21 В 47/022, 1981. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АЗИМУТА (57) Изобретение относится к промысловой геофизике. Цель — повышение точности за счет исключения влияния на результат измерения азимута расстройки и температурного дрейфа параметров фазовращателя.

Преобразователь содержит датчик 1 с двумя дифференциальными феррозондами с ортогональными осями чувствительности, генератор 2, делитель 3 частоты, коммутатор 4, фазовращатель 5, избирательный усилитель

6, блок 7 интервалов времени и блок 8 управления. Последний имеет счетчики выдержки времени и подциклов, логические

„.Я0„„1452953 А1 элементы и D-триггер. Блок 7 содержит компаратор и D-триггер. Для исключении аддитивной и мультипликативной погрешности преобразователя один из входов фазовращателя 5 последовательно подключается к выходам датчика 1 и общему проводу.

На второй вход фазовращателя 5 подается опорный сигнал с генератора 2. Фаза выходного сигнала соответствует отношению уровней сигналов феррозондов датчика 1 к уровню опорного сигнала. В блоке 7 значение фазы преобразуется в длительность импульса. Работа устройства делится на подциклы, управляемые блоком 8.

В каждом подцикле осуществляется измерение фазы в зависимости от подключения фазовращателя 5 к входам коммутатора 4. Полученный в результате обработки результат дает значение магнитного азимута. Применение преобразователя позволяет достичь высокой точности путем исключения влияния расстройки и температурного дрейфа параметров фазовращателя. 2 ил.

1452953

Изобретение относится к промысловой геофизике и может использоваться в составе инклинометров для определения магнитного азимута.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения влияния на результат измерения азимута расстройки и температурного дрейфа параметров фазовращателя.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя азимута; на фиг. 2— реализация функциональных блоков преобразователя.

Преобразователь азимута содержит синусно-косинусный датчик 1, включающий два дифференциальных феррозонда 1 — 1 и 1 — 2 с ортогональными осями чувствительности, генератор 2, подключенный через делитель 3 частоты к цепям возбуждения феррозондов

1 — 1 и 1 — 2, последовательно соединенные коммутатор 4, фазовращатель 5, избирательный усилитель 6 и блок 7 интервалов времени, а также блок 8 управления, вход которого подключен к второму выходу генератора 2, первый выход соединен с управляющим входом блока 7 интервалов времени, второй выход подключен к управляющему входу коммутатора 4. При этом 25 первый и второй входы коммутатора 4 подключены к сигнальным выходам феррозондов 1 — 1 и 1 — 2, а третий вход — к общему проводу схемы, второй выход генератора 2 также соединен с вторым входом фазовращателя 5, выход которого соединен с избирательным усилителем 6, Блок 8 управления {фиг. 2) содержит счетчик 9 выдержки времени, счетчик 10 подциклов, логические элементы I, 14 и

D-триггер 15. Блок 7 (фиг. 2) интервалов времени состоит из компаратора 16 и D-триггера 17, формирующего широтно-модулированные импульсы. Коммутатор 4 представляет собой мультиплексор, управляемый цифровым кодом, поступающим от счетчика 10 подциклов блока 8 управления. 40

Рассмотрим работу отдельно взятого RCфазовращателя. Фаза его выходного сигнала - t"et) — Ui

45 где R и С вЂ” номинальные величины элементов фазовращателя;

ы — круговая частота сигналов;

Ui, U — амплитудные значения входных сигналов.

Если последние вырабатывает синуснокосинусный датчик, то они имеют вид

Н =(. singsitnet;

Uz= Umcosgsino3t, 55 где Um — максимальная амплитуда сигналов; — угол поворота чувствительного элемента датчика, и в этом случае при правильной настройке фазовращателя (oRC 1 р3=агс/д — =ф+45 . ()

sing+cosg

Фазовращатель вносит постоянный сдвиг фазы в 45, который следует отнести к аддитивной погрешности измерения Лф. Кроме того, при расстройке фазовращателя равенство (3) не выполняется и появляется погрешность, имеюшая аддитивную и мультипликативную составляющие

Л = 0,5 — 0,5cos(g — 45 $ (coCAR+ g) + и Л С+ R СЛь), где AR, ЛС вЂ” разбросы параметров фазовращателя, вызванные неточной настройкой и температурными дрейфами;

Лв — изменение частоты сигналов.

Из (5) видно, что для повышения точности преобразователей с фазовращателями необходимо выполнить следующие условия:

AR ЛС

® т. е. выбрать одинаковые по величине, но противоположные по знаку температурные коэффициенты; равенство Ли=0 подразумевает стабилизацию частоты сигналов.

Необходимость выполнения перечисленных условий составляет существенный недостаток известных устройств.

Один из входов фазовращателя 5 последовательно подключается к выходам синусно-косинусного датчика 1 и к общему проводу схемы, вследствие чего сигнал U, принимает значения U =U„singsitno3t, Ui =

= Ucosgsi n opt и U J 3 =0. На второй вход фазовращателя 5 подается неизменный по величине опорный сигнал

Up= Up=Usino3t. (7) В результате фаза выходного сигнала принимает значения

Са

Uom(® (&) — Usin соCR(Umcos U, U, (ñîСЯ) — Ucosg

v» = »< ="- *-ф,— „,. (o) o)CR U.m изменение фазы выходного сигнала фазовращателя становится пропорциональным yrЛУ 3ф

452953

Cp= Crag

02) 35

55

1 з

Если теперь измерить значения фазы сигнала фазовращателя 5 и найти разности (фз! я>33), ((рз2 cp33), то они составят

Ц,,six 1

rp„— Чзз=агс!К

732 фЗЗ= гс И ($f)

U <У

U, (0)CR)

Полученные соотношения однозначно определяют угол поворота чувствительного элемента синусно-косинусного датчика 1, так как при этом результат не зависит от параметров фазовращателя 5, а следовательно, и от их разброса и дрейфа, а также от частоты сигналов. Последнее указывает на то, что фазовращатель 5 может не настраиваться, а частота сигналов изменяться в широких пределах, тем самым повышается точность измерения азимута.

В отличие от известных устройств, в которых на входы фазовращателя 5 одновременно подаются оба сигнала датчика 1, в предлагаемом преобразователе производится последовательно обработка сигналов датчика 1 при использовании такого же фазовращателя 5, а также дополнительно формируется служебная информация о текущем состоянии параметров фазовращателя 5. Все это стало возможным за счет увеличения числа входов коммутатора 4 до трех и соединения одного из них с общим проводом, что позволяет получить служебную информацию, а также за счет введения блока 8 управления, предназначенного в основном для управления трехвходовым коммутатором 4.

Генератор 2 вырабатывает непрерывный периодический сигнал прямоугольной или синусоидальной формы.

Частота основной гармоники сигнала генератора 2 делится на два с помощью делителя 3 частоты. Последний вырабатывает мощный сигнал, необходимый для возбуждения феррозондов 1 — 1 и 1 — 2. Феррозонды 1 — 1 и — 2 выдают полигармонические сигналы, в составе которых информационные гармоники имеют удвоенную по отношению к сигналу возбуждения частоты. Благодаря применению делителя 3 частоты частота осНовной гармоники генератора 2 совпадает с частотой информационных гармоник сигналов феррозондов 1 — 1 и 1 — 2. Коммутатор 4 осуществляет попеременное подключение сигнальных обмоток феррозондов 1 — 1 и 1 — 2 и общего провода схемы к первому входу фазовращателя 5. Фазовращатель 5, на второй вход которого подается опорный сигнал с генератора 2, преобразует отношения уровней сигнальных гармоник фер5

4 розондов 1 — 1 и 1 — 2 к уровню основной гармоники опорного сигнала в соответствующие изменения фазы. С помощью избирательного усилителя 6 производится выделение основной гармоники из суммарного сигнала фазовращателя 5, чем достигается необходимое качество информационного сигнала. В блоке 7 интервалов времени указанные изменения фазы информационного сигнала, снимаемого с выхода избирательного усилителя 6, трансформируются в длительность импульсов. Блок 8 управления, тактируемый сигналом генератора

2, предназначен для формирования сигналов переключения коммутатора 4, выдержки времени, необходимой для окончания переходных процессов в фазовра щателе 5 и избирательном усилителе 6, а также для управления блоком 7 интервалов времени с целью исключения попадания на выход преобразователя информации в течение времени переходных процессов.

Процесс работы преобразователя азимута состоит из одинаковых циклов, каж дый из которых делится на три подцикла

В первом подцикле фазовращатель 5 посредством коммутатора 4 соединяется с сигнальной обмоткой феррозонда 1 — 1. На первый вход фазовращателя 5 поступает сигнал феррозонда 1 — 1, в составе которого информационная гармоника имеет вид

Uii=U sin(cot), (д) где Uii — амплитуда гармоники, а на второй вход — опорный сигнал с основной гармоникой вида (7). Фаза со-гармоники на выходе фазовращателя

y=arc4g

U.„, РЯС вЂ” U,„ 1

С помощью избирательного усилителя 6, настроенного на частоту в, информационная гармоника выделяется из полигармонического сигнала на выходе фазовращателя 5. Поэтому на вход блока 7 интервалов времени поступает уже чистый синусоидальный сигнал, фаза которого по отношению к фазе основной гармоники сигнала генератора 2

Vi = р1i+Ve (5) где cp|; — сдвиг фазы, вносимый избирательн ы м ус ил ител ем 6.

В блоке 7 интервалов времени фазовый сдвиг (15) преобразуется в длительность импульса т = —,<р1=, (ср 1+ рб). (6) При этом на выход блока 7 интервалов времени широтно-модулированные импульсы начинают поступать только с некоторой задержкой времени, которая формируется блоком 8 управления и необходима для завершения переходных процессов в фазовращателе 5 и избирательном усилителе 6.

1452953

2%

2= 360 о (1!11 2+ Ц116), Формула изобретения

5

Далее наступают второй и третий под-! циклы работы преобразователя, в течение оторых первый вход фазовращателя 5 оединяется с сигнальной обмоткой второо феррозонда 1 — 2 и общим проводом схемы. Фаза (0-гармоники на выходе фазовра-! цателя принимает значения дЕ Uml2 — аМПЛИтуда; о — гармоники в составе сигнала фер(розонда 1 — 2.

На выходе блока 7 интервалов времени оявляются импульсы, длительности которых оответственно составляют

После измерения длительностей выходных импульсов преобразователя по соотно1дениям (16), (19) и (20) и обработки информации в условных кодах согласно алгоритму (12) получается

9 = aredg 11 13) gnQ ги11 ф/

fg(cP12 Ч 13 Уйв<

Угол !1 однозначно определяется отно1 ением амплитуд информационных гармоник игналов феррозондов 1 — 1 и 1 — 2. Поскольку оси чувствительности феррозондов ортого1зальны и с помощью, например, подвижных ! амок и грузов устанавливаютея в горизонтальную плоскость, то амплитуды информационных гармоник изменяются по следующим законам:

Um i i = Umbel nn; Uml2= U cosa, (gg)

1 äå а — магнитный азимут, U — максимальный размах уровней информационных гармоник. Следовательно, !1=а, т. е. результат измерения и обработки информации дает значение магнитного азимута.

Функциональные блоки преобразователя азимута работают следующим образом.

На вход счетчика 9 выдержки времени блока 8 управления поступает последовательность прямоугольных импульсов от генератора 2. Счетчик 9 работает в режиме непрерывного счета. Он отсчитывает каждые шесть импульсов генератора 2, чем достига.тся выдержка времени. По переднему фронту каждого седьмого импульса через элементы 11 и 12 перекидывает триггер 17 в состояние «1» и по переднему фронту каждого восьмого импульса переключает

<, .четчи к 10 подциклов, который, в свою очередь, открывает соответствующий канал коммутатора 4. Триггер 15 устанавливает5 !

О !

6 ся в состояние «1» первым импульсом, поступающим на вход блока 8 управления от генератора 2, вследствие чего открывается первый канал коммутатора 4 и этот момент времени соответствует началу цикла работы преобразователя. Компаратор 16 фиксирует моменты перехода через нуль синусоидального выходного сигнала избирательного усилителя 6 и периодически сбрасывает триггер 17 в состояние «0». Поэтому разница во времени между установкой триггера 17 в состояние «!» и его сбросом пропорциональна фазовому сдвигу между сигналом генератора 2 и сигналом избирательного усилителя 6. После окончания третьего подцикла схема через логические элементы 13 и 14 приводится в исходное состояние.

Временные интервалы, снимаемые с выхода преобразователя, заполняются импульсами от внешнего высокочастотного генератора и преобразуются в пропорциональные цифровые коды. Обработка измерительной информации по алгоритму (21) производится с помощью специализированного вычислительного устройства на базе микропроцессора или в мини-ЭВМ каротажной лаборатории (не показано).

Основным преимуществом преобразователя является высокая точность конечного результата измерений, которая достигается путем полного исключения влияния расстройки и температурного дрейфа параметров фазовращателя. Автоматически исключается аддитивная погрешность (10), обусловленная самим принципом действия фазовращателя 5, и наряду с этим аддитивная погрешность 116, вызванная остаточной расстройкой и избирательного усилителя 6 и температурным дрейфом его параметров.

Принцип работы преобразователя позволяет использовать его и с датчиками других типов. Например, при использовании вместо феррозондов синусно-косинусного трансформатора (СКТ), последний подключается непосредственно к генератору 2, а делитель 3 частоты из схемы исключается.

Если при этом генератор вырабатывает синусоидальный сигнл, то избирательный усилитель 6 заменяется простым линейным усилителем, выполняющим роль буферного каскада. Таким образом, при использовании СКТ схема преобразователя значительно упрощается.

Преобразователь азимута, содержащий синусно-косинусный датчик, включающий два ортогональных феррозонда, генератор, первый выход которого соединен с делителем частоты, фазовращатель, коммутатор, последовательно соединенные избирательный усилитель и блок интервалов времени, отличающийся тем, что, с целью повышения

1452953

Составитель A. Рыбаков

Редактор О. Головач Техред И. Верес Корректор Г. Регнетник

Заказ 7143 23 Тираж 514 Г!одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 точности за счет исключения влияния на результат измерения азимута расстройки и температурного дрейфа параметров фазовращателя, он снабжен блоком управления, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами соответственно блока интервалов времени и коммутатора, причем выход делителя частоты соединен с входами возбуждения феррозондов, сигнальные выходы которых подключены к первому и второму входам коммутатора, третий вход которого соединен с общим проводом, выход коммутатора подключен к первому входу фазовращателя, выход которого соединен с входом избирательного усилителя, второй вход подключен к второму выходу генератора и входу блока управления.