Феррозондовый датчик азимута

СОЮЗ СОВЕТСКИХС ОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 09) ОИ шЕ 2 2 л. М 24. Н. Сергеев, Г. В. Ми нст 1 976+Р 979. ЧИК льно асто анових сиг сооти сче 1- , что,ОСУДАРСТВЕННЬй КОМИТЕТ СССРПо ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИй И ОтКРЫтИй ОПИСАНИЕ И АВТОРСКОВЮСВИД(56) 1. Авторское свидетельствоИ 9 709805, кл. Е 21 В 47/022,2. Авторское свидетельство СССМ 802535, кл. Е 21 В 47/02,184) (57) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТАЗИМУТА, содержащий последоватесоединенные генератор, делитель чты, ортогональные феррозонды, устленные в плоскости горизонта, анальные обмотки подключены к избтельным усилителям, подключеннымветственно к фазовым детекторам,чик, о т л и. ч а ю щ и й с я тем с целью повышения точности измерения, он снабжен тремя коммутаторами, двумя аналого-цифровыми преобразователями, двумя интеграторами аналоговым компаратором цифровым компаратором дешиф. ратором блоком кода квадрантов, при этом выходы фазовых детекторов подключены соответственно к аналого-цифровым ,преобразователям, выходы которых и вы. ход аналогового компаратора подключены к к одному из коммутаторов, а.выход последнего подключен к цифровому компаратору, с которым связан другой коммутатор, причем к последнему подключены два цифровых интегратора йи аналоговый ,омпаратор, связанный с дешифратором, цодключенным к блоку квадрантов, выход Екоторого подключен к счетчику, соединенному с интеграторами и с третьим коммутатором, подключенным к выходу ., геиератора н входу делителя частоты,Изобретение относится к промысповой геофизике и может быть .испопьэовано дпя опредепения магнитиого азимута искривпенной скважины.Известно устройство дя измерения азимута, содержащее скважинный прибор с двумя ортогональными феррозондами и наземное устройство, содержащее два. ке кала преобразования, состоящих из генератора, избирательного усипитепя, сии хронного детектора, удвоитепя частоты, модулятора, датчика длины кабеня, фазевращатепя, а также генератор общий дпя обоих канапов, и спедящую систему, состоящую из синусно косияуснОГО вра щающегося трансформатора (СКЕТ), усипитепя и двигателя1.Недостаток этого устройства - низкая точность измерения, обусповпенная зоной нечувствитепьности, определяемой угпом , рассогласования, при котором момент .трения в опорах сельсина ипи СКИТ соизмерим с вращающим моментом исполнитепьного двигатепя. Недостатком устройства является также низкая надежность, обусловленная напичием эпектро механических устройств.Наиболее бпизким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому аффекту явпяется феррозондовый датчиказимута, который содержит систему ортогональных феррозокдов, устанавпиваемую маятником в горизонтапьной плоскости, датчик длины кабепя, фазовращатепь генератор опорного напряжения, два идентичных канала, состоящих из генератора с попосовым, фнпьтром, избирательного 6усипитепя, фазового детектора, удвоитепячастоты и модулятора, а также КС-цепочку, триггеры Шмидта, преобраэоватепьфаза - код и счетчик. Б этом устройстве сигнапы с феррозондов, пропорционапьные по амппнтуде синусу и косинусу азимута, поспе выдепеии, усипения и детектирования модупируются одинаковой частотой и подаются на фазовращающуюся КС-цепочку. При этом азимут пропорционаленсдвигу фаз между напряжением в средней точке ВС-цепочки и опорным напряжением 2,К недостаткам известного устройства можно отнести невозможность его применвния в автономном инкпинометре, например, сбрасываемого типа вследствие температурной погрешности, опредепяемой изменением параметров цС-цепочки при повышенных температурах, а применение конденсаторов с низким ТКЕ огра ничивается тем, что дйя выпопнения уо новая настройки РС-цепочки (2С)необходимо повышать частоту, что резкоснижает динамический диапазон, поэтомуустройство работает на частотах порядкаХкГи а при этой частоте емкостьконденсатора значитепьная, а ТКЕ такихконденсаторов вепик, Кроме того, дпяточного сдвига фаэ в РС-цепочке необходимо, чтобы ампцитуды сигнапов, роступающих на нее, быпи одинаковыми, аэто невозможно практически выпопнитьиз-за разных коэффициентов передачи обобоих канапов, что приводит к сущестВенной мупьтиппикативной погрешности по15 диапазону измерения азимута. Например, .разница в амппитуде сигналов в 8% приводит к погрешности в Зф по азимуту,изменяющемуся с удвоенной частотой. Цепь изобретения - повышение точнос- .ти измеуения,25 ЗО 35 40 45 50 55 Указанная цепь достигается тем, чтоферроэондовый преобразоватепь азимута,содержащий поспедоватепьно соединенныегенератор, депитепь частоты, систему ортогонапьных феррозондов, устанавпиваемую в плоскости горизонта эксцентричным грузом, сигнапьные обмотки которыхнодкшочены к поспэдоватепьно соединенным избирательному усицитепю, фазовомудетектору, а также счетчик, снабжен тремя коммутаторами, двумя анапого-цифровыми цреобраэоватепями, двумя интеграторами аналоговым компаратором, цифро- .вым комцаратором, цешифратором, блокомкода квадрантов, при этом выходы фазовыхдетекторов подкпючены соответственно канапого-цифровым преобразоватепям, выходы которых и выход аналогового комнаратора подкпючены к одному из коммутаторов, а выход последнего подкпючен кцифровому коммутатору, с которым связан другой коммутатор, причем к поспеднему нодкпючены два цифровых интегратора и аналоговый компаратор, связанный с дешифратором, подкпюченным кбпоку квадрантов, выход которого подкпкчен к счетчику, соединвнному с интегра-.торами и с третьим коммутатором, пощкпюченным к выходу генератора и входуделителя частоты.На чертеже представпена функционапьная схема феррозондового датчикаазимута,Устройство содержит генератор 1 стабипизированной частоты, целитель 2 частоты, ортогонапьные феррозонды 3 и 4устанавливаемые в ппоскости горизонтаэксцентричным грузом, избирательные.усипитепи 5 и 6, настроенные на частоз10ту второй гармоники, фазовые детекторы 7 и 8, анапого-цифровые преобраэоватепи (АЦП) 9 и 10, цифровые интеграторы 11 и 12, цифровой компаратор 13,анапоговый компаратор 14, дешифратор15, бпок 16 кода квадрантов, счетчик 17и коммутаторы 18 - 20,Под действием горизонтапьной составпяюшей напряженности магнитного попяЗемли в феррозондах 3 и 4 наводятся напряжения удвоенной частоты. Эти напряжения, выпрямленные фазовыми детекторами 7 и 8, пропорционапьные по амппитуде синусу и косинусу магнитного азимута (ЫИс и СОМ), преобразуютсяАЦП 9 и 10 в коды, которые сравниваются с представпенным в виде опорногокода, изменяющегося по закону синусаи косинуса и перекпючаемого в моменты. равенства по абсопютной вепичине, напряжением с феррозондов (.т.е. при с==45 ). При атом в счетчике 17 накапливается код аргумента, соответствующего интервалу времени от йачала разверткиопорных кодов синусоиды ипи косинусоиды до момента сравнения кодов, т.е,измеряемому азимуту.Феррозондовый датчик азимута работает следующим образом.С выхода генератора 1 сигнап с частотой 1 поступает на вход делитепя, 2,В нем формируется опорное напряжениедпя фазовых детекторов 7 и 8, В феррозондах 3 и 4 наводятся напряжения второй гармоники, пропорциональные по амплитуде соответственно 91 и о и СОБИ,затем сигнапы с феррозондов фильтруют, ся и усипиваются избирательными усипитепями 5 и 6, настроенными на вторуюгармонику частоты возбуждения, выпрямляются фазовыми детекторами 7 и 8 ипоступают на АЦП 9 и 10, где преобразуются в код, Формирование кодов, соответствующих образцовым синусоиде и косинусоиде, происходит как результат решения в цифровом виде системы дифференциальных уравнений второго порядка бездемпфирующего чпена с ненупевыми начапьными условиями::-йс), у - :в)и Оса)С) 6 И)дИ)ЫРешения атой системы при С(0)=А,,6 (0)=0 представпяют искомые синусоидаи косинусоида: ЬИ)=Ахи (2 6 ) с И)=-Ивыходах цифровых интеграторов 11 и 12,образующих замкнутую петлю при подачена другие входы интеграторов кода аргумента, накоппенного в счетчике 17.Таким образом, на входы коммутатора 18 непрерывно поступают коды, соот- ветствующие 61 ие( и СОМ, а на входы коммутатора 1 9 - коды образцовых синусоиды ипи косинусоиды от цифровых интеграторов 11 и 12. При атом компара) тор 14 сравнивает по абсопютной величине выпрямленные напряжения, пропорциональные 51 Ис ( (с ) и сОс( 0) ), постуцающие от фазовых детекторов 7 и 8,5 Отак что при О) Оа он находится в состояйии "1 , а при 0Ц, - в состоянии "0", Моменты времени, а спедоватепьно, и моменты перекпючения компаратора 14 соответствуют угпам о( 45, 135, 225 и 3150, Таким образом, компаратор 14 управпяющий коммутаторами 18 и 19, перекпючает их так, что пав цифровой компаратор поступают .через коммутатор 18 коды, соответствующие Яио и образцовой синусоиде, если азимут лежит в интервалах о(6 (0,45%), 135,225 (315,0), т.е, О,.Ъ Ос, а через коммутатор 19 - коды, соответствующие СОМ образцовой косинусоиде, если азимут пежит в остапьных интервапах и при атом Ос Он Таким образом, сравнение кодов происходитпри таких углах азимута, когда ферроэонд, напряжение от которого участвует в определении азимута, обладает максимальной чуаствитепьностью, а спедовательно, позволяет с бопьшей точностью производить измерения.35Формирование кода аргумента начинается с момента поступпения тактовой частоты через коммутатор 20 на счетчик 1 7, и дапее аранпепьный код аргумента поступает на входы цифровых интеграторов 11 и 12, формирующих коды образцовых синусоиды и косинусоиды. В момент равенства кодов, продорционапьных 51 И с ипи С 06 А, и образцовой синусоиде ипи косинусоиде соответственно, цифровой 45, компаратор 1 3 выключает коммута тор 20, тем самым прекращается поступление тактовой частоты от генератора 1 на счетчик 17, в котором накоппен код аргумента, т,е. азимута. Дпя распознавания квадранта, в котором находится гОазимут, спужит дешифратор 15 и блок 16 кода квадрантов, Дешифратор 15 в зависимости от состояния уровней напряжений на фазовых детекторах 7 и 8 выдает сигнап на бпок кода квадрантов, который со держит фиксированные коды, соответствующие квадраитам, и передает их в счетчик 17, Например, в зависимости от знака напряжения на фазовых детекторах8877 5 102 7 и 8 квадрантам 1, П, Ш и 1 У соответ-, ствуют коды 11, 10, 00, 01, а азимут соответствует квадранту, дещифратор 18 по коду 10 дает команду блоку квад рантов на установку в счетчике 17 предварительного кода, равного ОО, и далевфк нему добавпяетсн код, соответствующий утлую . Состав и связи бпоиа кода квадрантов известны и представляют в общем случае постоянное запоминающее устройство, в котором записаны кора ф. кйадрантов, которые по сигнапу от дешифратора поступают на счетчик.Предлагаемое устройство отличается от базового объекта, еа который принят прототип, бонзе высокой точюстью из- . менений магнитного азимута. Повышен ная точность определяется твм, что в предлагаемом ферроэондовом аатчике азимута измерение азимута производитсяферроэондом, которай прн. данном ази-муте обладает наибопьшей чувствитепьностью. Кроме того, устройство обпада- Б ет низким порогом чувствительности,определяемым разрядностью счетчика иАЦП. Порог ч,увствитепьности устройства"составляет р, где н - разрядность.Предпагаемое устройство отпнчавтся отбазового объекта ещв и тем, что формирование значения азимута в нем проиоходит в .цифровых бпоках, не содержащих термозависимых впемвнтов, как в 1 базовом объекте, что повышает точностьизмерений при повыщенных температурах,вто особенно важно при измерении азимута в глубоких и сверхглубоких скважинах.Заказ 4821/27 Тираж 603 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета ОХР по делам изобретений и открытий 113038, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/8 Фнпиап ППП фПатентф, г. Ужгород, уп. Проектная, 4