Азимутальный датчик инклинометра

(504 Е 21 В 47 ОСУДАРСТЯЕННЫИ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОП ОБРЕТЕНИ(71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт нм, Серго Орджоникидзе.(54)(57 МЕТРА п ИН КЛИН НЫЧ 1 ДАТЧИК У 184930) ем, что, с измерения он снабжен АЗИМУТАЛЪавт свийс яя точност упрпослромтелемен с ынеия детект бразов и анал ра соеди выход а ходо ифро еля - с вхо лока аей АВТОРСКОМУ СВИ конструкции,льно включеннымого-цифровымом вход детекнуль-органа,ого иреобразорегистрации.12571Изобретение относится к промысловой геоФизике и может быть использовано для определения азимута искривленной скважины,Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощения конструкции.На фиг. 1 приведена блок-схема аэимутального датчика инклинометра; наФиг, 2 - преобразователи кода в 1 О синусоидальный и косинусоидальный ток. Азимутальный датчик инклинометра включает в себя два взаимно перпендикулярных Феррозондаи 2, заключенных во внутреннюю карданную рамку 3, центр тяжести которой смещен вниз; внутренняя карданная рамка 3 находится во внешней карданной рамке 4 со смещенным эксцентрично оси вращения центром тяжести с помощью груза 5. Во внутренней рамке размещены дополнительные компенсационные обмотки 6 и 7, расположенные ортогонально друг к другу, причем их длоскости находятся под углом 45 относительно осей чувствительности Феррозондов 1 и 2, а обмотки возбуждения Феррозондов 1 и 2 подключены к выходу генератора 8, причем одна из сигнальных обмоток Ферроэондов 1 и 2 подключена к входу знакового компаратора 9, выход которого соединен с входом блока 10 Формирователя знака, а другая сигнальная обмотка подключе- З 5 на к входу нуль-органа 11 и одновременно к входу детектора 12, выход которого подсоединен к входу АЦП 13, который своим выходом подключен к третьему входу блока 14 регистрации. Выход нуль-органа 11 подключен к входу блока 15 управления. Дополнительная компЕнсационная обмотка б подключена к выходу преобразователя 1 б кода в синусоидальный ток, а доф полнительнач компенсационная обмотка 7 подключена к выходу преобразователя 17 кода в косинусоидальный ток, Входы преобразователей подключены к выходам счетчика 18 импульсов, который своим входом подключен к выходу генератора 19 опорной частоты, вход управления которого соединен с первым выходом блока 15 управления, второй выход которого подсоединен к первому входу блока 4 регистрации, второй вход которого годключен к первому выходу счетчика 18 импульсов. 78Принцип действия азимутальногоцатчика инклинометра заключается вследующем.В наклонной скважине под действием эксцентричного груза 5 наружнаярамка 4, поворачиваясь, устанавливаетось вращения внутренней рамки 3 перпендикулярно плоскости наклона скважины, При этом плоскость внутреннейрамки 3, на которой укреплены Феррозонды 1 и 2, за счет смещенного центра тяжести сохраняет горизонт,льноеположение. Так как азимут изменяетсяв пределах от О до 360 , то во 11и 1 У квадрантах численное значениеазимута вычитается из 180 и 360осоответственно, а в 111 квадрантескладывается со 180 . Это учитываетоблок 10 Формирования знака, которыяпозволяет определить квадрант, Знаковый компаратор 9 представляет собойфаэочувствительное устройство, которое в зависимости от Фазы выходногосигнала с сигнальной обмотки Феррозонда 2 выдает на вход блока 1 О Формирования знака либо положительное,либо отрицательное напряжение. Блок10 Формирования знака может представлять иэ себя устройство индикации,позволяющее учесть квадрант,Дополнительные компенсационные обмотки 6 и 7 создают вращающееся магнитное поле путем подачи на них синусоидального икосинусоидального токов соответственно с выходов преобразователей 16 кода в синусоидальный ток и преобразователя 17 кода в косинусоидальный ток.Вращение векторанапряженностикомпенсирующего магнитного доля осу- "ществляется дискретно, через выбранный шаг 10 20 и т,цОдин иэ возможных вариантов преобразователей кодов в синусоидальныйи косинусоидальный токи представленна Фиг. 2. Отличие преобразователей1заключается в подооре весовых резисфторов К -К , подключенных к выходамдешифратора, причем эти резисторы образуют совместно с добавочным сопротивлением Кз делители напряжениячто позволяет получить в точке о ряддискретных значений тока, пропорциональных синусоидальной Форме, а вточке 5 - косинусоидальной, ПпяФормирования отрицательной полуволщсинусоидального и косинусоидальноготоков применяется дополнительно усилитель 1 см, Фиг, 21 с козФФициен 1257178том усиления равным +1, когда Формируется положительная полуволна, и -1,когда формируется отрицательная полуволна гармонических сигналов,Шаг дискретизации выбирается в 5зависимости от требуемой точности измерения азимута. Известно, что прималых значениях аргумента значениесинуса близко к значению самого аргумента. Поэтому шаг дискретизации ком Опенсационного поля выбирается такимобразом, чтобы остаток нескомпенсированного поля лежал в интервале,где выходное напряжение, снимаемоес Феррозонда было пропорционально 15значению аргумента, Например, при шааге дискретизации 10 погрешность,вызванная нелинейностью между значением аргумента и значением его синуса, равна 20опри шаге дискретизации 20-0,4Для преобразователя кода в синусоидальный ток должно выполнятьсясоотношение90зп90з 3.п30где 1=2п;и - количество выходов дешифратора.Аналогично, для преобразователя кода в косинусоидальный ток должно выполняться соотношение90соя90 осозгде Х=2, ,и;и - количество выходов дешифратора,Так при выборе шага дискретизации,оравным 10 , погрешность не превышаето0,05 , при этом, учитывая, что шагдискретизации45п фгде п - количество выходов дешифратора;.А - шаг дискретизации,требуется дешифратор с пятью выходами и пятью весовыми резисторами.Если выбрать шаг дискретизации22,5 , то погрешность не превышает0,5 , причем требуется дешифратор с двумя выходами и двумя весовымйрезисторами.Создаваемое компенсационными обмотками вращающееся магнитное поле взаимодействует с внешним измеряемыммагнитным полем,Суммарное магнитное поле регистрируется Феррозондом 1, и в момент,когда произойдет компенсация иликогда компенсационное поле по величине превысит измеряемое, сработаетнуль-орган 11, выходной сигнал которого поступит на вход блока 5 управления, который остановит генератор19. В блок регистрации поступит код,снимаемый со счетчика 8 импульсов,соответствующий предыдущему момен 1 укомпенсации состояния,Таким образом регистрируются старшие разряды измеряемого азимута,сотни и десятки градусов.В момент, когда сработает нуль-"орган 1 на выходе феррозонда 1 будетприсутствовать напряжение пропорциональное остатку перекомпенсированного поля. Этот остаток лежит винтервале, где выходное напряжениес феррозонда 1 прямо пропорционально измеряемому углу. Сигнал с выходаФерроэонда детектируется детектором12 и поступает на вход АЦП 13. Код свыхода ЛЦП 13 постпает в блок 14 регистрации, Таким образом, регистрируются младшие разряды измеряемогоазимута, единицы и десятые доли градуса в обратном коде,В результате блок 14 регистрацииотобразит непосредственное значечиеизмеряемого азимута.В целях устранения неоднозначности определения азимута дополнительную информацию о квадранте выдаетблок 10 формирования знака, получающий напряжение с сигнальной обмоткиферрозонда 2 через знаковый компаратор 9. Выбор Феррозонда для выполнения Функции определения квадрантаи ферроэонда, регистрирующего компвнсацию полей, может быть произвольным,т,е. Феррозонды 1 и 2 можно менятьместами.Так как дополнительные компенсационные обмотки 6 и 7 могут быть выполнены с большей точностью и стабильностью, а Ферроэонд .1, обычноявляющийся источником максимальнойпогрешности, в данной схеме работаетв режиме измерения .малых углов, где,.ф 844 фт. Я 1 г -щ;= Г щ 1)АнгифД 7 Составитель Б, ХарбачинскаяРедактор Б, Слободяннк техред М,.;.ьоданич Корректор А., Тяско Заказ 4388/24 1.нраж 548 . ПодписноеВБИЛИ Государстзенного комитета СССРно Делам изобретений к открытий3035, иоск 13 а ь":,9 Раушская набе., де 4/5 Производственно-полиграф 11 ческое преоприя гие г . ужгород ул, 11 роектная;5 его чувствительность и точность максимальна, можно с большй точностью определить значение азимута.Предлагаемое техническое оешение обладает по сравнению с прототипом повцшеннной точностью измерения азимута, так как погрешность измерения Определяется не дискретнОстью КОмпенсирующего походя а лишь нелинейностью преобразования сигнала 10 феррозоида и дискретностью АЦП, чтс имеет пОрядок значимости значит(льно меньший чем погрешность От дискретизации в прототипе.Например, достижение погрешности 5ов 0,7 при измельчении азимута у прототипа требует применение дешифратора на 64 выхода и 64 прецизионно 78 4подобранных резистора на каждый изпреобразователей кода в синусоидальный и косинусоида 1 ьнын токи,Б предлагаемом техническом решениидостюхение погрешности в 0,5 требуетодешифратора на два выхода и дварезистора на каждый преобразснатель, досжженые большей точности в прототипе связано с большими аппаратурными затратами н повышение точности более 0,5 нецелесообразно н то время,как в предлагаемом техническом ревении повышение точности до 0,05 требует лишь увеличение разрядности де 11 ифратора ДО 5 н 5 предизионно поДобранных резисторов на каждый преобразователь кода в синусоидальньй нкосинусоидальный токи.