Преобразователь азимута инклинометра

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИесПУБлик 1760324 я)5 6 01 С 17/О ЕТЕ ИСАНИЕ ОБ ержащий одам ком- аналогоключен к ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(46) 07,09,92, Бюл, М 33 (71) Всесоюзный научно- институт нефтепромысл (72) Н,П.Рогатых и Л.А.К (56) Авторское свидетель М 1078040, кл, Е 21 В 47Авторское свидетель М 1298363, кл, Е 21 В 47Авторское свидетель М 1208208, кл. Е 21 В 47Авторское свидетель М 1025877, кл. Е 21 В 47 исследовательскиовой геофизикиуклинаство СССР/02, 1983. Изобретение относится к области промысловой геофизики и может использоваться в цифровых инклинометрах для определения магнитного азимута искривленных скважин.Известен инклинометр, соддатчики углов, подключенные к вхмутатора, выход которого черезцифровой преобразователь подвходу блока памяти; блок управления, подключенный выходами к входам управления коммутатора и блока памятИ, а входом - к таймеру, а также - автономный источник питания.Известен преобразователь зенитного и визирного углов, содержащий два поплавка-маятника. оси вращения которых и продал ная ось корпуса взаимно ортогональны, датчики углов поворота поплавков-маятников, выходы которых через мультиплексор,ЛИНОМЕТРА(57) Использование: в цифровых инклио" метрах для определения манитного азимута искри ел ен н ы х с , вахин. Цель. повышение точности эа счет уменьае 1:ия влияния Ошибки, ОБуГловленной оэзз о. й коэффициентов передачи параллельно .: ботающих каналов преобразования. Сность изобретения: преобразовател. содержит генератор 1, два феррозонда . .3, два коммутатора 4 и 5, два иэбирательньо усилителя 6 и 7, два фазовых детектора 8 и 9, два аналого-цифровых преобразователя 10 и 11, аттенюатор 12, схему управления 13.1-2-4-6-8-10, 1-3-5-7-9-11, 1-12, 12-8, 12-9. 1-13- 10, 13-1 1, 2-3, 12-4, 12-5, 13-4, 13-5, 2 ил,аналого-цифровой преобразователь, демультиплексор и регистры соединены с входами программируемых логических матриц, блок управления, подключенный ко входам управления аналого-цифрового преобразователя и программируемых логических матриц, а также элемент задержки, включенный в разрыв цепи управления одной из программируемых логических матриц.Недостатком известных устройств является низкое быстродействие вследствие разнесения во времени циклов преобразования сигналов датчиков, то есть последовательной обработки сигналов с помощью одного общего канала аналого-цифрового преобразования В результате при движении устройств по скважине все сигналы датчиков соответствуют различным пространственным положениям скважинного прибора, и при обработке информации, на 176032420 2530 35 40 50 55 копленной за один полный цикл работы устройств, возникает погрешность. Величина погрешности существенно зависит от скорости движения прибора и имеет сложный закон изменения, затрудняющий ее омпенсацию, Известно также устройство для контроля комплекса параметрое искривления скважин, содержащее генератор, подключенный к обмоткам возбуждения феррозондов и первому входу блока управления, избирательные усилители, подключенные входами к сигнальным обмоткам феррозондов, а выходами через коммутаторы к первичным обмоткам синусно-косинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ), вторичные. обмотки которых через коммутатор подключены к входу аналогоцифрового преобразователя, блок памяти, соединенный с выходом аналого-цифрового преобразователя, таймер, подключенный . через блок фиксации останова ко второму входу блока управления, выходы которого соединены с входами управления коммутаторов, аналого-цифрового преобразователя и блока памяти,Недостатком известного устройства является то, что сигналы феррозондов преобразуются с помощью раздельных каналов, образованных последовательным соединением избирательных усилителей и СКВТ, в результате чего разброс параметров указанных каналов обуславливает низкую точность измерения азимута, Кроме того, недостатком устройства является разнесене во времени циклов преобразования сигналое феррозондов, в результате чего снижаются быстродействие устройства и достоверность получаемой от устройства измерительной информации,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является принятый за прототип ферроэондовый датчик азимута, который содержит последовательно соединенные генератор, делитель частоты, два феррозонда с ортогональными и горизонтальными осями чувствительности, два избирательных усилителя,подключенных к фэзовым детекторам, счетчик, три коммутатора, два аналого-цифровых преобразователя, цифровой компаратор, дешифратор и блок кода квадрантов, при этом выходы фазовых детекторов подключены к входам аналого-цифровых преобразователей, выходы которых и выход аналогового компарэтора подключены к одному иэ коммутаторов, е выход последнего подключен к цифровому компаратору, с которым связан другой коммутатор, причем к последнему подключены деа цифровых интегратора и аналоговый компаратор, связанный с де 5 10 15 шифратором, подключенным к блоку квадрантое, выход которого подключен к счетчику, соединенному с интеграторами и третьим коммутатором, подключенным к выходу генератора и входу делителя частоты,Известный феррозондовый датчик азимута имеет низкую точность, которая обусловлена следущими причинами, Во-первых, параллельные каналы аналого-цифрового преобразования, включающие последовательно соединенные избирательные усилители, фазовые детекторы и собственно аналого-цифровые преобразователи АЦП), имеет существенный разброс параметров, который усугубляется использованием избирательных усилителей, имеющих наибольшую чувствительность характеристик к изменению параметров, Указанный разброс может быть уменьшен только путем точной настройки и за счет применения прецизионных элементов, Однако тот и другой пути позволяют лишь уменьшить разброс до определенного предела, причем требуют значительной трудоемкости, которая главным образом обусловлена необходимостью обеспечения температурной стабильности параметров. Вследствие этого устройство обладает весьма низкой эффективностью, Во-вторых, в устройстве никак не учитывается смещение нулевых уровней АЦП, которые при обработке разнополярных сигналов, поступающих от фазовых детекторов, должны быть равными примерно половине диапазона измерения кода на выходах АЦП. В связи с этим устройство практически неработоспособно.Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения влияния на результат разброса коэффициентов передачи каналов преобразования,На фиг,1 представлена структурная схема преобразователя азимута инклинометра; на фиг.2 - варианты построения принципиальных электрических схем аттенюатора, коммутаторов и схемы управления,Преобразователь содержит генератор 1, подключенный к сигнальным обмоткам феррозондов 2 и 3, коммутаторы 4 и 5. выходы которых через избирательные усилители 6 и 7 и фаэовые детекторы 8 и 9 соединены с входами АЦП 10 и 11, аттенюатор 12, подключенный входом к обьединенным входам управления фазовых детекторов 8 и 9 и к генератору 1, а также схему управления 13, подключенную входом к генератору 1, а выходами - к объединенным входам управления коммутаторов 4 и 5 и к обьединенным входам управления АЦП 10 и 11. При этом первые входы коммутаторов 4 и 5 обьедине30 35 40 обеспечивает девять подциклов. В первомподцикле вход избирательных усилителей 6 45 50 й 10 = К 10008 + М 010 Й 11 = К 11009 + К 011 ны и подключены к общему проводу схемы преобразователя, вторые входы объединены и подключены к выходу аттенюатора 12, а третьи входы - соединены с сигнальными обмотками феррозондов 2 и 3. Последовательно оединенные избирательные усилители, фазовые детекторы и АЦП (6, 8, 10 и 7, 9, 11 соответственно) образуют одинаковые по структуре каналы преобразования (фиг,1), у которых выходы АЦП 10 и 11 являются выходами схемы преобразователя азимута инклинометра,Принципиальные электрические схемы коммутаторов 4 и 5 включают в себя по три идентичных аналоговых ключа 14, 15, 16 и 17, 18, 19 (фиг,2). Аттенюатор 12 состоит из двух резисторов 20 и 21, образующих простейший делитель напряжения. Схема управления 23 состоит из двух О-триггеров 22 и 23, двух конденсаторов 24 и 25, двух резисторов 26 и 27, двух диодов 28 и 29. счетчика 30, подключенного к дешифратору 31, и ВЯ- триггера 32, На основе О-триггеров 22 и 23 построены одновибраторы, которые вырабатывают импульсы с длительностями т 1 = С 24 В 2 б и г 2 = С 28 В 27 соответственно. Преобразователь азимута инклинометра работает следующим образом, Генератор 1 вырабатывает переменное синусоидальное напряжение частотой а, которое подается на последовательно соединенные обмотки возбуждения феррозондов 2 и 3 и одновременно формирует последовательность прямоугольных импульсов частотой 2 в для управления фазовыми детекторами 8 и 9, а также низкочастотную последовательность импульсов с периодом Т, предназначенную для тактирования схемы управления 13. Полный цикл работы преобразователя складывается из нескольких подциклов. Рассмотренный вариант схемы управления и 7 посредством ключей коммутаторов 4 и 5 соединяются с общим проводом схемы преобразователя. В схеме управления 13 с задержкой 1.1 от момента начала подцикла вырабатывается импульс длительностьюг 2, управляющий работой АЦП 10 и 11. Врезультате на выходах АЦП 10 и 11 формируются коды соответственно где К 10, К 11 - коэффициенты преобразования АЦП; 5 10 15 20 25008, 009 - смещения нулевых уровней сигналов в схемах избирательных усилителей 6 и 7 и фазовых детекторов 8 и 9, приведенные к выходам фазовых детекторов;И 010, й 011 - смещение кода на выходах АЦП 10 и 11,Задержка времени т 1 необходима для завершения переходных процессов в схемах избирательных усилителей и фазовых делекторов, Она осуществляется в каждом подцикле работы преобразователя и составляет (0,9 - 0,95) Т.Во втором подцикле входы избирательных усилителей 6 и 7 подключаются к выходу аттенюатора, при этом избирательные усилители 6 и 7 выделяют основную гармонику последовательности прямоугольных импульсов управления фазовыми детекторами 8 и 9. На выходах АЦП формируются коды К 10( ) = (Кбкбк 120 соз Фб+ + 008) К 10+М 010+ 009)К 11+И 011где О - амплитуда импульсов управления фазовыми детекторами 8,9;Кб,7 - коэффициенты усиления избирательных усилителей на резонансной частоте;К 8, К 9 - коэффициенты передачи детекторов;К 12 - коэффициент передачи аттен 1 оаторд; 1 - аб,7Фб,7 =агссд С 8,7аб,7 где Об,7 - добротности избирательных усилителей 6,7; аб,7= 2 и/01 б,7 6,7 - резонансные частоты избирательных усилителей. При точной настройке усилителей на частоту 2 в, Фб =Ф 2 =О. Однако практически всегда имеет место небольшая расстройка, вследствие которой Фб Ф Ф 1, ФбО,ФО. Это обстоятельство учитывается формулами (2).В течение последующих семи подциклов входы избирательных усилителей 6, 7 подключены к сигнальным обмоткам феррозондов 2, 3, В каждом из этих подциклов на выходах АЦП 10 и 11 формируются кодыч 10(-Х) =(КбК 802 соз Ф ++ 008) К 10+010 (3) Фб, Фу - фазочастотные характеристики избирательных усилителей, которые в общем случае не равны между собой и со- ставляют+ Оо 9)К 1+йо,где Ог, Оэ - амплитуды вторых информационных гармоник в составе сигналов феррозондов, которые вследствие ортого нальности и горизонтальности осей чувствительности феррозондов равны аг Но КаО па (5)2азНо- соз аКиО(6) которые используются далее для вычисле- З 0ния азимута,по алгоритмуАз аг з 1 п аа = агстя - = агс 1 ц (7Ас аз соз аПри равенстве аг = аз, которое дости-.гается точной настройкой феррозондов,измеренное значение азимута а равно истинному значению а,Отметим, что при точечных измеренияхинформация, полученная в течение 11-Хподциклов. относится к одному значениюазимута и может использоваться для вычисления математического ожидания. При измерениях в процессе движения прибора поскважине эта информация используется дляпостроения участка траектории скважины,так как в данном случае измерения в каждомиз 1-Х подциклов относятся к различнымпространственным положениям прибора.Предлагаемый преобразователь азимута инклинометра, по сравнению с прототипом, имеет более высокую точность. Этопреимущество достигается тем, что преобразователь содержит аттенюатор и имеетспециальный подцикл работы, в течение которого в параллельно работающих каналахпреобразования обрабатывается выходнойсигнал аттенюатора, В результате формируется дополнительная информация, позволяющая нормировать измеренные сигналы Ог=аг Ноз 1 па, Оз=аз Носоза, (4),10где аг, аз в . коэффициенты преобразованияферрозондов; Но - горизонтальная составляющая геомагнитного поля,Цифровая информация, снимаемая свыходом АЦП 10 и 11, регистрируется в запоминающих устройствах или вводится вспециализированные вычислительные устройство для обработки.При обработке информации производится нормирование сигналов феррозон. дов, для чего вычисляются отношения феррозондов, то есть вычислить значения А, Ас, инвариантные к величинам коэффициентов передачи каналов преобразования, и, следовательно, получить точный результат измерения азимута, который не зависит от параметров .каналов преобразования. Последнее свойство обуславливает еще одно важное достоинство предлагаемого преобразователя. Оно состоит в том, что точность измерения азимута остается высокой даже при существенных расстройках избирательных усилителей и разбросе параметров каналов преобразования. Это исключает дополнительные температурные погрешности и снижает требования к настройке и подгонке параметров канала преобразования, то есть обеспечивает высокую технологичность и эффективность преобразователя,Лабораторные исследования преобразователя азимута инклинометра показали, что погрешность измерения азимута при его исследовании, в основном, зависит от степени идентичности феррозондов. При подборе коэффициентов преобразования феррозондов с точностью 1,00 она составляет Ьа = 0,25, 8 диапазоне температур 20-125 С дополнительная температурная погрешность практически отсутствует,Формула изобретения Преобразователь азимута инклинометра, содержащий генератор, первый и второй выходы которого подключены к обмоткам возбуждения первого и второго ортогональных дифференциальных феррозондов, канал преобразования каждого из которых выполнен в виде последовательно соединенных избирательного усилителя, фазового детектора, подключенного к третьему выходу генератора, и аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной разбросом коэффициентов передачи параллельно работающих каналов преобразования, он снабжен аттенюатором и схемой управления, входы которых подключены соответственно к третьему и четвертому выходам генератора, каналпреобразования каждого из феррозондов выполнен с коммутатором. выход которого соединен с избирательным усилителем, первый вход подключен к общему проводу, второй вход- к выходу аттенюатора, третий вход - к выходу феррозонда, а четвертый вход - к первому выходу схемы управления, второй выход которой подключен к управляющему входу каждого аналого-цифрового преобразователя..1760324 аи еиср.злтгрд Составитель Л.Кукл Техред М.Моргентал ректор И,Муска кольскд дакт роизводстве н но-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина. 101 аказ 3177 Тираж Подписное ВНИИПИ Гасударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб,. 4/5