Феррозондовый датчик азимута

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Я 01121407 ЗСЮ Е 21 В 47/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им.Орджоникидзе(56) 1, Авторское свидетельство СССРР 636480, кл. С 01 С 17/30,23.05.77,2. Авторское свидетельство СССРР 802535, кл. Е 21 В 47/02,02.02,79,3. Авторское свидетельство СССРВ 964119, кл, Е 21 В 47/02,29.01.80 (прототип),(54) (57) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК АЗИМУТА, содержащий два ортогональных однокатушечных феррозонда, датчик длины кабеля, подключенный к фазовращателю, два одинаковых канала преобразования, состоящих из генератора, избирательного усилителя, фазового детектора, удвоителя частоты и модулятора, генератор опорного напряжения, КС-фазовращатель, подключенный входами к выходам модуляторов, два триггера Ймитта, вход одного из которых соединен с выходом ЯС-фаэовращателя, и счетчик, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности измерения азимута, он снабжен делителем частоты на два, ге. нератором пилообразного напряжения, фазовым детектором, сумматором и компаратором, при этом делитель частоты на два включен между генератором и входами модуляторов каналов, выход делителя частоты соединен с: входами второго триггера Шмитта и ге-нератора пилообразного напряжения, выход последнего подключен к входу сумматора, второй вход которого соединен с генератором, а выход - с входом компаратора, второй вход ком. паратора соединен с выходом фазового детектора, подключенного входами . рвы к выходам триггера Шмитта, а выход компаратора соединен со счетчиком.121407 2на каждом интервалР коррекции существует некоторая остаточная не 1 1Изобретение относится к промысла.вой геофизике и может использоваться для определения азимута буровыхгеофизических скважин.Известен индукционный датчикмагнитного курса, содержащий дваферрозонда, аси чувствительностикоторых горизонтальны и вэаимноперпендикулярны 1,Недостатком этого устройства является невозможность непосредственного определения магнитного курсаазимута) без дополнительных преобразований.Известен также ферразондовый датчик азимута, содержащий датчик азимута, выполненный в виде двух ортогональных однокатушечных феррозондов, датчик длины кабеля, фаэовращатель, дна одинаковых канала,преобразования, состоящих из генератора, иэбирательного усилителя, фазового детектора, удвоителя частоты, модулятора, а также генератор опорного напряжения, КС-фазовращатель, дна триггера Шмитта, последовательно соединенные преобразователь "фаза - временной интервал" и счетчик 2,Недостатком такого устройстваявляется низкая точность измеренияазимута из-эа значительной суммарной погрешности, определяемой неидентичностью каналов преобразования, неидентичностью параметров феррозондов, а также неточностью установки их осей чувствительности,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяферрозондовый датчик азимута, содержащий два ортогональных однокатушечных феррозонда, датчик длины кабеля, подключенный к фазовращателю,два одинаковых канала преобразования, состоящих иэ генератора, избирательного усилителя, фазового детектора, удвоителя частоты и модулятора, генератор опорного напряжения, НС-фазовращатель, подключенныйвходами к выходам модуляторов, днатриггера Шмитта, вход одного из которых соединен с выходом ВС-фаэовращателя, и счетчик 3 .Недостатком прототипа являетсянизкая точность вследствие дискретности коррекции па диапазону измеренияазимута,На каждом интервале погрешностьуменьшается на некоторую постоянную 55величину, соответствующую данномуинтервалу. Вследствие нелинейностипогрешности по диапазону измерения 5 10 15 - 2025 30 35 40 45 50 скорректированная погрешность, которая и определяет точность устройства в целом, Уменьшение остаточнойпогрешности возможно путем увеличения числа интерналон коррекции, ндэто ведет к значительному усложнению конструкции устройства и к увеличению потребляемои мощности. Поэтому целесообразно производитьразбиение диапазона измерения азимута не более чем на 6-8 интервалов,что позволяет увеличить точностьлишь в 1,5-2,0 раза. При значительном разбросе параметров устройствообладает значительной остаточной погрешностью и, следовательно, низкойточностью.Целью изобретения является повышение точности и упрощение конструкции устройства.Указанная цель достигается тем,что феррозондовый датчик азимута, содержащий два ортогональных однокатушечных феррозонда, датчик длиныкабеля, подключенный к фазовращателю, два одинаковых канала преобразования, состоящих из генератора, избирательного усилителя, фазового детектора, удноителя частоты и модулятора, генератор опорного напряжения,ВС-фазовращатель, подключенный входами к выходам модуляторов, дватриггера Шмитта, вход одного из которых соединен с выходом НС-фазонращателя, и счетчик, снабжен делителем частоты на два, генераторомпилообразного напряжения, фазоным детектором, сумматором и кампаратором,при этом делитель частоты на двавключен между генератором опорногонапряжения и входами модуляторовканалов, выход делителя частоты соединен с входами второго триггераШмитта и генератора пилообразногонапряжения, выход последнего подключен к входу сумматора, второйвход которого соединен с генераторома выход - с входом кампаратора, второй вход компаратора соединен с выходом фазового детектора, подключенного нходами к выходам триггеровШмитта, а выход компаратора соединен со счетчиком,На фиг,1 представлена функциональ ная схема феррозондового датчика азимута, на фиг.2 - диаграммы, поясняющие работу устройства.40 45 50 55 Ферроэондовый датчик азимута содержит расположенные в скважинном приборе ортогональные однокатушечные феррозонды 1 и 2, соединенные каротажным кабелем с входами каналов преобразования 3 и 4, каждый иэ которых состоит из генератора 5, удвоители частоты 6, избирательного усилителя 7, фазового детектора 8 и модулятора 9, датчик длины кабеля О, подключенный через фазовращатель 11 к удвоителям частоты каналов преобразования. Генератор опорного напряжения 12 через делитель частоты на два 13 соединен с входами модуляторов 9, к выходам которых подключен КС-фазовращатель 4. Выход делителя частоты на два 13 соединен также с входами генератора пилообразного напряжения 15 и триггера Шмитта 16, вход второго триггера Шмитта 17 подключен к ЦС- фазовращателю 4, Выходы триггеров 16 и 17 через фазовый детектор 18 соединены с входом компаратора 19, второй вход которого подключен к выходу сумматора 20, входы которого соединены с выходом генератора пилообразного напряжения 15 и генератора .опорного напряжения 12. К выходу компаратора 19 подключен счетчик 21.Устройство работает следующим образом.Напряжение генераторов 5, имеющих разные частоты, подается по каротаж" ному кабелю на обмотки возбуждения ферроэондов 1 и 2, Под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли и переменного магнитного поля, наводимого в сердечниках ферроэондов током, протекающим по их обмоткам, в последних возникают ЗДС четных по отношению к частотам генераторов 5 гармоник, амплитуды которых в силу ортогональностиферроэондов 1 и 2 пропорциональны синусу и косинусу азимута. Вторая гармоника информационных ЭДС выделяется избирательным усилителем 7. После усиления выделенные напряжения поступают на фазовые детекторы 8, на которые подаются также напряжения удвоенной частоты с удвоителей 6. Для исключения влияния на по.казания прибора изменения реактивного сопротивления кабеля в процессе его раскручивания предусмотренаавтоматическая подстройка фазы в 5 О 15 20 25 30 35 удвоителях 6 фаэовращателем 11 по сигналу датчика длины кабеля 10. В фаэовых детекторах 8 переменные ин-, формационные напряжения преобразуются в постоянные и далее преобразуются модуляторами 9 и делителем частоты на два 13, являющимся источником опорного напряжения модуляторов, в переменные напряжения, амплитуды которых пропорциональны синусу и косинусу азимута, а частоты равны Я/2, где ц - частота генератора 12, и которые поступают на ВС-фаэовращатель 14, настроенный на частоту И/2 (И КС=21. Фаза выходного напряжения фаэовращателя 14 пропорциональна азимуту. С помощью триггеров Шмитта 16 и 17 синусоидальные напряжения с делителя 13 и фазовращателя 14, фаза между котоРыми пропорциональна азимуту, преобразуются в прямоугольные напряжения, последние поступают на входы фазового детектора 8, в результате чего,на выходе детектора 18 возникает постоянное напряжение, пропорциональное азимуту, которое мозно представить в, видеВыем щф 18э (1 где 118 - коэффициент преобразования детектора 18;Ы - азимут.При разбросе параметров феррозОи дов 1 и 2, каналов преобразования 3 и 4 возникает некоторая погрешность измерения азимута до -ОЬц э(2)где Ко - истинное эначейие азимуталь ного угла.Предлагаемое устройство от ферро-. зондов до выходов модуляторов представляет собой синусио-косинусный преобразователь азимутальиого угла, обладающий характерными погрешностями, а именно - погрешностью от нера" венства амплитуд огибающих выходных . напряжений модуляторов и погрешностью неортогональности,выражающейся в неортогональности огибающих выходных напряжений модуляторов 9, При этом суммарная погрешность от указанных факторов изменяется по гармоническому закону по диапазону измерения азимута (0-360 ) с частотой двойного угла. Поэтому суммарную погрешность мозно представить в видедо,. С,61 й 206 ФС С 082 кфС 5, (3)где О -ьив 1( Г 35 О вых в вых 2 о 5 11 где С и С 2 - постоянные коэффициентщ, зависящие отразброса параметровсхемь 1;постоянная величина,характеризующая аддитивную, не зависящуюот К, , погрешность.Для коррекции укаэанных погрешностей х енератор 12 выдает два ортогональных напряжения на входы сумматора 20, на остальные входы которого поступают пилообразное напряжение с генератора 15, управляемого сигналом делителя частоты 13, и постоянное напряжение смещения Ос, Если на входы сумматора поступает лишь напряжение генератора 15, то при сравнении компаратором 19 пилообраз 1ного напряженияО и постоянногоВых, гонапряжениями (см. фиг.2) на выходеЬь 1 х 18компаратора возникает последователь. ность прямоугольных импульсов, длилтельность которых . определяется равенством размах пилообразного напря"жения;период пилообразного напряжения;соответственно истинное значение длительности импульсов и погрешность длительности.Коррекция осуществляется путем искажения пилообразного напряжения таким образом, чтобы вносилась погрешность с противоположным знаком, вследствие чего результирующая погрешность становится равной нулю, Искажение пилообразного напряжения производится в соответствии с формулой Э), но во временной области и путем подачи на входы сумматора 20 напряжения генератора 12 и Ос Полученная длительность импульса определяется из равенства 1, ( С,ъп 2 а С 2 соь 2 сс С;=фЦ" го 1+О 121100 ь Ос 1 тоя И ТК 8 "2 Ю ТК 18 м 5 20 25 30 40 45 50 55 амплитуды ортогональных напряжений, поступающих с генератора 12 на входы сумматора 20;коэффициенты усиления сумматора по соответствующим входам,Для обеспечения почленного равенства 5, необходимы следующие условия: 1 Ч шС 1 О, О;С 2.О 2о, СЗ=Ос то 1 выполнение которых обеспечивается выбором величин и знаков коэффициентов преобразования сумматора 20 по соответствующим входам. На фиг,2 представлены: 3 - нескорректированные по длительности импульсь., снимаемые с выхода компаратора, в - синусная составляющая напряжения генератора 12, поступающая на вход сумматора (косинусная составляющая с целью упрощения отсутствует), 2 искаженное пилообразное напряжение, снимаемое с выхода сумматора 20, полученное путем суммирования пилообразного напряжения генератора 15 диаграмма о 1 с выходным синусоидальным напряжением генератора 2 ( диаграмма Ь ,- выходные импульсы компаратора, длительность которых скорректирована, При выполнении равенств 1,6) длительность импульсов на выходе компаратора 9 равна т,е. соответствует истинному значению азимута. Полученный временной интервал в счетчике. заполняется импульсами высокой частоты, которые подсчитываются и преобразуются в цифровой код.феррозондовый датчик азимута позволяет повысить точность благодаря осуществлению коррекции мультипликационной и аддитивной составляющих погрешности измерения азимута, Устройство позволяет устанавливать феррозонды и выполнять каналы преобразования беэ точной регулировки и настройки так как путем коррекции можно свести к минимуму погрешности измерения даже при больших разбросах параметров. С помощью ферроэонда можно повысить точность измерения азимуща до0,2", конечная величина которой определяется неучтенными погрешностями от нелинейности феррозондов и случайными погрешностями. устройство позволяет увеличить точность любых синусно-косинусных преобразователей угла, так как они обладают характерными только им погрешностями, При.этом возможна кор 112407 ректировка мультипликативных погреш"ностей, изменяющихся по диапазонуизмерения угла с любой частотой,для чего необходимо увеличить чис 5 ло. входов сумматора и подать наних переменное напряжение с частотой,соответствующей частоте измененияпогрешности.2407 а Составитель В.БулыгинТехред Т.Фанта Редактор М.Н енк аж 564нного комитета СС тений и открытийРаушская наб Заказодписн 4/ илиал ППП "Патент", г. Ужго л. Проектная, 4/25 Ти ВНИИПИ Государствпо делам изобр )3035, Москва, Ж-З Корректор И.МУ