Феррозондовый датчик азимута

(51) 4 Е 21 В 47/02 3,.ЕВФИЯ Ь; Я;,: А ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВ К АВТОРСКОМУ С очемас ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК АЗИМУТА(57) Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения магнитного азимута скважины. Цель изобретения - повышение точности и надежности работы. Феррозондовый датчик азимута имеет феррозонд 1 кольцевого типа с размещенными на нем обмоткой 2 возбуждения и сигнальными обмотками 3, четыре из которых - основные, а четыре другие - дополнительные обмотки. Основные обмотки расположены под углом 90 друг к другу. Дополнительные обмотки расположены под углом 90 друг к другу и под углом 45 к основным обмоткам. Обмотка 2 связана с генератором (Г) 4, который через удвоитель 23 частоты подключен к тактирующим входам фазовых детекторов 9, 10. Каждая пара диаметрально противоположных обмоток 3 включена последовательно и встречно и подсоединена к соответствующим входам коммутаторов 5, 6. Выходы последних через избирательные усилители (У) 7 и 8, фазовые детекторы 9,О, У 11, 12 подклю 1 ны к входам компарагоров (К) 13, 14 и ковых К 15, 16. Выходы К 13, 14 нодключень; через аналого-цифровые преобразователи 8 к первому и второму входам блока регистрации информации. Выходы К 15, 16 подключены к третьему и четвертом) входам блока 19. Выходы К 13, 14 подключены через элемент Ил 1 20 и запрещакипсму выду Г 21 прямоугольных импульсов. Выход Г 2 подкчючен к входу .четчика 22, выход которого подсоединен к управляющим входам коммутаторов 5. 6 и пятому входу блок:.19. Феррозонд 1 устанавливается в плоскости горизонта. Напряжение с обмоток 3 поступает через коммутаторы 5, 6 на У 7, 8. Производится тактирование снимаемоо напряжения Г 4 и удвоителем 23 частоты. Ъ- текторами 9, 10 вы вселяется вторая гармоника сигнала. При этом с У 11, 12 снимае 1 ся постоянное напряжение, пропорцнональнн азимуту. 1 табл. 3 ил.ЗЬО 45У Йг. и 1Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для определения магнитного азимута искривленной скважины.Целью изобретения является повышение точности и надежности работы датчика.На фиг, 1 изображена структурная схема феррозондового датчика азимута; на фиг. 2 принципиальная схема возможной реализации блока регистрации информации; на фи г. 3 - воз мож ны й вари ант выпол не ни я панели индикации блока регистрации информацииии.Феррозондовый датчик азимута содержит феррозонд 1 кольцевого типа с расположенными на нем обмоткой 2 возбуждения и сигнальными обмотками 3, четыре из которых основные, а четыре дополнительные обмотки, причем каждая пара разнесенных сигнальных обмоток имеет ортогональную себе пару. Обмотка 2 возбуждения, подключена к генератору 4. Каждая пара диаметрально противоположных сигнальных обмоток включена последовательно и встречно и подсоединена к соответствующим входам коммутаторов 5 и 6, выходы которых подключены через избирательные усилители 7 и 8, фазовые детекторы 9 и 10, усилители 11 и 12 к входам компараторов 13 и 14 и знаковых компараторов 15 и 16, причем выходы компараторов 13 и4 подключены через аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 17 и 18 соответственно к первому и второму входам блока 19 регистрации информации, а выходы знаковых компараторов 15 и 16 подключены непосредственно к третьему и четвертому входам блока 19 регистрации информации. Выходы компараторов 13 и 14 также через элемент ИЛИ 20 подключены к запрещающему входу генератора 21 прямоугольных импульсов, который своим выходом подключен к входу счетчика 22, выход которого подсоединен к управляющим входам коммутаторов 5 и 6 и к пятому входу блока 19 регистрации информации, генератор 4 через удвоитель 23 частоты подключен к тактирующим входам фазовых детекторов 9 и 10.Феррозондовый датчик азимута работает следующим образом.Кольцевой феррозонд 1 устанавливается в плоскости горизонта, например, с помощью кинематической схемы (не показана). Обмотка 2 возбуждения феррозонда 1 запитывается генератором 4. На сигнальных обмотках 3 появляется напряжение, которое через коммутаторы 5 и 6 поступает на два независимых тракта преобразования сигнала, включающих в себя избирательные усилители 7 и 8, детекторы 9 и 10 и усилители 1 и 12. Дл я детектирования второй гармоники сигнала производится та кти рова ние сн им аемого напряжения с помощью генератора 4,2удвоителя 23 частоты и детекторов 9 и 1 О.С выхода усилителей 11 и 12 снимается постоянное напряжение, которое описываетсявыражением1= К Н з п (А - )У), (1)где К в константа преобразования, зависящая от конструкции феррозонда, параметров тракта преобразования;Н - напряженность магнитного поляЗемли;10 сА - магнитный азимут;й, - соответствующий номер пары сигнальной обмотки;угол между элементами расчлененного феррозонда. 15Рассмотрим соотношениеи 1 р, прикотором выполняется условие 1, - )рх.Выберем значение х таким, чтобы выполнялось соотношение з 1 пх:х.В этом случае выражениеможно пе реписать как%1=К Н (- 1 р ). (2)Как видно из выражения (2) выходноенапряжение прямопропорционально измеряемому углу м, т.е. изменяется по линейномузакону Выходной сигнал .1 подается на входыкомпараторов 13 и 14, имеющих опорное на пряжение .+)Ои - 1),. Эти напряженияравны напряжению возбуждаемой в одной паре сигнальных обмоток при отклонении горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли от оси чувствительности феррозонда соответствен но на угол у/2 и - р/2.Если выходное напряжение лежит в пределах1-)ОП 1-1 ф, + 1- ОП Р (3) 40 то срабатывает элемент ИЛИ 20, генератор21 прямоугольных импульсов отключается,со счетчика 22 снимается информация о номере сигнальной обмотки, с АЦП 17 и 8 -информация о величине выходного напряжения и подается в блок 19 регистрации инфор 45 мации,Если выходной сигнал не удовлетворяетнеравенству (3), генератор 21 прямоугольных импульсов и счетчик 22 производят коммутацию следующих двух ортогональныхсигнальных обмоток,В рассматриваемом случае имеем четыреэлемента расчлененного феррозонда. Следовательно, угол р определяется из соотноше- ния где к - количество элементов расчлененного феррозонда.52954 143Тогда погрешность измерения ьй, обусловленная аппроксимацией функции з 1 п /2, равнаЬА= /2 - зи у/2=34 23 51015 20 25 Формула изобретения На информационные входы дешифратора РР 1 поступает сигнал логического О или логической 1, взависимости от знака полярности напряжений 1% и 1.+, и код, соответствующий номеру включаемого элемента расчлененного феррозонда. К выходам дешифратора чеоез элементы НЕ РР 2 - РР 4,4 подключены светодиоды ЧР - АР 6. Элементы НЕ играют роль инверсного повторителя, так как выходной ток дешифратора мал для включения диодов. Если светодио ды - расположить в соответствующих секторах окружности (см. таблицу), то можно визуально зафиксировать, в каком секторе находится измеряемый азимут.Для определения истинного значения зимута необходимо либо прибавить значение азимута, снятое со светодиодных индиЗадаваясь погрешностью асс можно опреде лить необходимое количество элементов сигнальных обмоток.Так как азимут изменяется в пределах от 0 до 360., то для однозначного его определения необходимо использовать информацию о знаках полярности напряжений, снимаемых с двух ортогонально расположенных феррозондов. Для этой цели выходные сигналы 1/ и 1.1 ь+, с усилителей 11 и 12 подаются на входы знаковых компараторов 15 и 16, выходы которых соединены с третьим и четвертым входами блока регистрации информации.В таблице даны значения углаКоммутаторы, избирательные усилители, фазовые детекторы, усилители, компараторы, знаковые компараторы, АЦП, элементы ИЛИ, счетчик, удвоитель частоты и генератор прямоугольных импульсов являются стандартными устройствами и поэтому особенностей не имеют.Рассмотрим возможную реализацию блока регистрации информации.Блок регистрации информации может быть реализован на дешифраторе типа К 155 ИДЗ, логических элементах НЕ с открытым коллекторным выходом типа К 155 ЛН 2, светодиодных семисегментных индикаторах серии АЛС 311 А, светодиодах серии АЛ 102 Б,Код аналого-цифрового преобразователя, соответствующий снимаемому напряжению, подается на входы светодиодных индикаторов Н 1 - НЗ. С цифровых индикаторов информация считывается непосредственно в угловой мере, где Н 1 - десятки градусов, Н 2 - единицы градусов; НЗ - десятые доли градусов. 30 35 40 45 50 55 4каторов к нижней угловой границе сектора, либо вычесть его из верхней границы.Сум мирова ние необходимо производить в том случае, когда на информационном входе второго разряда дешифратора РР 1 установится логическая 1 независимо от комбинации кодов на других информационных входах. Для однозначного определения необходимого арифметического действия к второму входу дешифратора РР 1 через элемент НЕ РР 4.5 подключен светодиод ЧР 7. Если диод светится, производят суммирование, если нет - вычитание. Резисторы К в АЙ 7 подбираются исходя из требуемого тока светодиодов ЧР 1 - АР 7. Совместное использование четырех основ - ных и четырех дополнительных сигнальных обмоток, компараторов, знаковых компараторов, счетчика и коммутаторов обеспечивает работу феррозонда в зоне максимальной чувствительности, что повышает точность измерений Кроме того, при этом отпадает необходимость использования вычислительного узла, что упрощает конструкцию и повышает надежность работы датчика. Феррозондовый датчик азимута, содержащий феррозонд кольцевого типа с размещенными на нем обмоткой возбуждения и четырьмя основными сигнальными обмотками, расположенными под углом 90 по отношению одна к другой, удвоитель частоты, генератор, связанный с обмоткой возбуждения, два избирательных усилителя и два фазовых детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы, он снабжен четырьмя дополнительными сигнальными обмотками, расположенными под углом 90 по отношению одна к другой и под утлом 45 по о,гношению к основным сигнальным обмоткам, двумя коммутаторами, двумя усилителями, двумя компараторами, двумя знаковыми компараторами, двумя аналого-цифровыми преобразователями, элементом ИЛИ, генератором прямоугольных импульсов, счетчиком и блоком регистрации информации, при этом каждая пара диаметрально противоположных сигнальных обмоток включена последовательно и встречно и подсоединена к соответствующим входам коммутаторов, выходы которых подключены через изгибательные усилители, фазовые детекторы, усилители к входам компараторов и знаковых компараторов, причем выходы ком параторов подключены через аналого-цифровые преобразователи к первому и второму входам блока регистрации информации, а выходы знаковых компараторов подключены непосредственно к третьему и четвертому входам блока регистра0 + 0 + Ч 0 4 00 ЧВ 5 2 02, 5-225 01 1 1 ЧР 6 01 22,5-45 ЧВ 7 01 225 в 2,5 Ч 0 8 01 45-67,5 Ч 1) 9 10 247,5-27067,5-90 10 270-292,5 90-112,5 10 29, 5-3 15 112,5-135 315-337,5135-157,5 3 + 3 + номер элемента расчлененного феррозонда, выходное напряжение которого удовлетворяет условию (3); Ч - знак полярности напряжения,снимаемого с к-го Феррозонда, Ч а-знак полярности напряжения, снимаемого с феррозонда, ортогонального 1-ому, ЧРИ) - светодиод, установленный в соответствующем секторе а, на блоке регистрации информации. Примечание. 5ции информации, выходы компараторов также через элемент ИЛИ подключены к запрещающему входу генератора прямоугольных импульсов, который своим выходом подключен к входу счетчика, выход которого под 6соединен к управляющим входам коммутаторов и к пятому входу блока регистрации информации, а генератор через удвоитель частоты подключен к тактирующим входам фазовых детекторов. 1 с Ч Ч 1, ЧО(И) ЧР 10 ЧЭ 11 Ч 0 12 Ч 0 13 ЧЭ 14 ЧО 15 ЧО 161452954 Я 5 Ю У 7 Составитель А ач Тек ред И. Вере Тираж 514 ственного когиитета СССР п 35, Москва, Ж - 35, Рауш полиграфическое предприятветков Редактор О. ГоловЗаказ 7143/23ВНИИПИ Государ130Производственно уды о д Корректор Г. Решетник Подписноеелам изобретений и открытий ая наб., д. 4/5г. Ужгород, ул. Проекгная. 4