Преобразователь азимута инклинометра

ОП ИСАНИ ИЗОБРЕТЕН И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик фиЪ-,(61) Дополнительное авт, свид-в(22) Заявлен и Мо 47/О оединением заявк сударственныи комите СССР о .делам изобретений и открытий(72) Автор овшов и Н.П,ени и 71) Заявите фимский ордена Ленина авиационный институт им, Орджоникидзе(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АЗИИУТА ИНКЛИНОМЕТР иеерою Изобретение относится к промысловой геофизике и может использоваться в автономных и кабельных инклинометрах для определения магнитногоазимута искривленных скважин.Известен индукционный датчик магнитного курса, содержащий два ортогональных феррозонда 1.1,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, формирователиимпульсов, подключенные входами ксумматору и генератору, а выходами -к преобразователю фаза-временной интервал, и подключенный к выходу последнего счетчик Г 2 3.Недостатком этого устройства является то, что при применении в немв качестве магнитомодуляционногодатчика ортогональных ферроэондовдля выделения второй информационнойгармоники в схему необходимо ввестиизбирательный усилитель, настроенныйна частоту второй гармоники генератора, включив его после или в составсумматора, в противном случае схема является неработоспособной, таккак с выхода сумматора снимаетсяширокий спектр гармоник, При этомизменение фазы и коэффициента усиле"ння избирательного усилителя отвоздействия температуры окружающейсреды приводит к значительной ошибкев измерении магнитного курса (азимута ). К ошибке приводит воздействтемпературы на фазовращатель. Кромэтого, поворот фазы сигнала со стоны сигнальных обмоток феррозондовреально выполняется с меньшей точностью, чем со стороны питающей Феррозонды цепи.Наиболее близким к изобретениюявляется электронный компас, содержащий магнитомодуляционный датчик,представляющий собой ферроэонд кольцевого типа, генератор, удвоительчастоты, два избирательных усилителя,два фазовых детектора, два усилителяи индикатор 1,31,Недостатком известного устройстваявляется большая погрешность измерения магнитного курса ( азимута )иэ-эаразброса параметров каждой пары избирательных усилителей, Фазовых де 1002547текторов, 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, 15Укаэанная цель достигается тем, что устройство снабжено Фаэовращателем, сумматором, управляемым генератором, преобразователем Фаэавременной интервал и счетчиком, при щ этом магнитомодуляционный датчик выполнен в виде двух ортогональных Ферроэондов, фазовращатель включен между генератором и одним иэ Феррозондов, а сумматор - между сигналь 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 магнитомо 4 уляционный датчик, выполненный в виде двух ортогональных . феррозондов 1 и 2, генератор 3, к выходу которого подключен фазовра-40 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 ру 7Усилитель 8, включенный между Фазовым детектором 7 и управляемым генератором 9, один из выходов. кОторого соединен с вторым входом Файового 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. 55Генератор 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 450, Вследствие того, что оси чувствительности феррозондов взаимно перпендикулярны, ЭДСвторой гармоники, наводящиеся в сигнальных обмотках феррозондов под 65 действием переменного магнитного по токаот 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 90 О. Напряжения сигнальных обмоток феррозондов суммируются с помощью сумматора б. В результате на выходе сумматора б возникает сигнал, который можно представить, учитывая только вторую гар" монику;Екпс уп 2 ий+е соэсэю(йоши+90 ЬЕсоэ 2 со 1-сЦ,где сс - азимут;о) - частота генератора 3;Е - амплитуда напряжения второйгармоники.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 гармоникДля выделения 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(о и начальной частотой генератора 9. Так как начальная частота генератора 9 достаточно близка к 2 ы , действие обратной связи приводит к тому, что управляемый генератор оказывается синхронизированным напряжением второй гармоники, поступающей на вхдд фазового детектора 7. После того, как процесссинхронизации закончен, частота генератора 9 становится равной частотевторой гармоники, а сдвиг фаэ междуними имеет конечную малую постоянную величину, необходимую для выработки напряжения рассогласования,йоддерживающего режим синхронизации.Таким образом, на выходе генератора9 воспроизводится частота и фазапропорционально азимуту ) полезного.сигнала, а сигналы первой и высшихгармоник отсутствуют. Напряженияс выходов удвоителя частоты 5 и генератора 9, фазовый сдвиг между которыми пропорционален азимуту, поступают на входы преобразователя Фазавременной интервал 10, который Формирует последовательность импульсовс длительностью, пропорциональнойазимуту. Импульсы с выхода преобразователя 10 поступают на вход счетчика 11, в котором происходит заполнение временного интервала импульсами высокой частоты с последующимподсчетом последних, а также усреднение, запоминание и регистрация 25информации,Предлагаемый преобразователь азимута инклинометра отличается от известных устройств повышенной точностью измерения магнитного азимутагеофизических скважин за счет введения в него генератора, синхронизируемого с частотой информационногосигнала. При таком построении схемытемпературная погрешность устРойства З 5сводится к минимуму и определяетсялишь конечной фазой между напряжениями информационной второй гармоники и генератора 9, которая составляет в градусной мере +0,1-0,15 О.Точность устройства определяется 40также точностью фазового сдвига информационных сигналов ферроэондов.Как отмечалось, фазовый сдвиг в подобных устройствах можно осуществитьболее точно со стороны питающей 45ферроэонды цепи, так как реальноблок питания феррозондов строится посхеме Генератор-делитель-фазовраща- .тель и для повышения точности можетбыть выполнен на основе цифровых 50микросхем, с помощью которых Фазовыйсдвиг в 45 может быть получен с высокой точностью и не зависит от частоты генератора 3, при этом выходныекаскады блока питания могут представлять собой усилители-формирователиквазисинусоидальных сигналов Г 4 3.Фазовый сдвиг со стороны сигнальнойцепи выполняется на основе ВС-цепочеки имеет большой температурный уход,а следовательно, уменьшает точностьустройства.Предлагаешьй преобразователь ази.мута инклинометра, по результатам лабораторных испытаний, измеряет азимут с точностью 0,6 в интервале; температур -10 - +125 оС. Устройство работоспособно до температуры 150 С с сохранением точности при выполнении его на основе широко распространенных элементов,Формула изобретенияПреобразователь азимута инклинометра, содержащий магнитомодуляционный датчик, генератор, удвоительчастоты, фазовый детектор и усилитель,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измеренияазимута, он снабжен фазовращателем,сумматором, управляемым генератором;преобразователем фаза-временнойинтервал и счетчиком, при этом магнитомодуляционный датчик выполненв виде двух ортогональных Ферроэондов, фазовращатель включен междугенератором и одним из Ферроэондов,а сумматор - между сигнальными обмотками Феррозондов и фаэовым детектором, вход управляемого генераторасоединен с выходом усилителя, а выходы подключены к фаэовому детектору ипреобразователю Фаза-вреиеннойинтервал, второй вход последнегоподключен к удвоителю частоты, а выход - к счетчику.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 636480, кл. 01 С 17/30, 1977.2. Патент США 9 3197880,кл. 33-204, опублик. 1965.3. Авторское свидетельство СССРМ 495528, кл. 01 С 17/00, 1974.4. Ломаный В.Д., Ямшанов Ю.А.Применение квазисинусоидальногорадиочастотного сигнала в квантовых.М-магнитометрах. - "Геофизическаяаппаратура", 1980, вып. 71, с, 9-11,1002547 Заказ 1486/5 Тираж 60 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель И КарбачинскаяРедактор А. Гулько Техред М,коштура Корректор М. Демчик