Преобразователь азимута

БРЕТЕНИЯ АНИЕ ЕЛЬОТВ вательс ои геоГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИ(56) Авторское свидетельст1008432, кл. Е 21 В 47/О линаво СССР22, 1981.Авторское свидетельство СССР1452953, кл. Е 21 В 4/02, 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАтРЛЬ АЗИМУТА (57) Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения магнитного азимута, Цель - повышение точности за счет исключения влияния на результат измерения азимута разности фаз между сигналами феррозондов и опорным сигналом. Преобразователь азимута содержит синуспо-косинусный датчик 1 в виде двух ортогональных ферроэондов 1-1 и 1-2, с входами возбуждения которых через делитель 3 частоты связан первый вход генератора 2. Сигнальные выходы феррозондов подключены к первому и второму входам коммутатора 4,третий вход которого соединен с общимпроводом, а выход - с первым входомфаэовращателя (Ф) 5. Кроме того, преобразователь содержит избирательныйусилитель 6, блок (Б ; 7 интерваловвремени, Б 8 управления и фазовый манипулятор (И9. Первый выход Б 8 подключен к управляющим входам коммутатора 4 и Б 8. С вторым выходом генератора 2 соединен вход И 9, управляющийвход которого подключен к второмувыходу Б 8. На второй вход Ф 5 пода- ается опорньят сигнал, фаза носорога из- фменяется И 9. Усилителем 6 выделяетсяинформационная гармоника, фаза которой определяется отноиениеи входных Ссигналов Ф 5 и преобразуется в пропорциональную длительность импульса вБ 7. По величине измеренной длительности определяют азимут, 4 ил.П = П з 1 п(Я+),3 1615347 лгИзобретение Фтнжится к промысло- Рассмотрим работу КС-Фазовращатевой геофизике и может использоваться ля 5 (фиг.1), один вход которого с по Э инклинометрах для определения маг- мощью коммутатора 4 последовательно нитного азимута. подключается к сигнальным обмоткамЦель изобретения - повышение точ- синусно-косинусного датчика и к фости эа счет исключения влияния общему проводу схемы, а на второй а результат измерения азимута раэ- вход подается опорный сигнал, Предости фаз между сигналами феррозондов ставим сигналы синусно-косинусного ь опорным сигналом. датчика и опорный сигнал в видеНа фиг,1 представлена структурная хема преобразователя азимута; на У = У з 1 п(УС +,5 яиг.2 - пример выполнения электрической схемы фазового манипулятора; на(1) иг.3 - схема блока управления; на иг,4 - схема блока интервалов време- Ц = П щз 1 ПЯри.Преобразователь азимута содержит инусно-косинусный датчик 1 в виде вух ортогональных феррозондов 1-1 201"2, генератор 2, первый выход коорого через делитель 3 частоты свяан с входами возбуждения феррозондовр сигнальные выходы которых под-, ключены к первому и второму входам 25 коммутатора 4, третий вход которого соединен с общим проводом схемы. Выод коммутатора 4 подключен к первоМу входу КС-фазовращателя 5, выход Которого через избирательный усили тель 6 связан с блоком 7 интервалов Цремени. С вторым выходом генераторасоединен вход блока 8 управления, ервый выход которого соединен с упавляющим входом блока 7 интервалов ремени и с управляющим входом коммутатора 4. С вторьет выходам генератора 4 соединен вход фазового манипулятора 9 р управляющий вход которого подклюЧен к второму выходу блока 8 управЛения, а выход соединен с вторым входом фазовращателя 5 и входом блока 7 интервалов времени,Фазовый манипулятор 9 (Фиг.2) состоит из Формирователя, выполненного на логических элементах 10-12 типа ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИр одновибратора на триггере 13, делителя частоты на триггере 14 и логического ключа на четырех элементах И-НЕ 15-18,50 Блок 8 УпРавлениЯ (Фиг.3) содеР- жит два счетчика 19 и 20 два дешиф)ратора 21 и 22, два КБ-триггера 23 и 24 и логические элементы,25 и 2 б,Блок 7 интервалов времени (Фиг,4) состоит из компаратора 27, логического ключа, выполненного на элементах И-НЕ 28-31, и КБ-триггера 32. где П, Пс Пц, - амплитуды сигнаал рлов;Я - частота сигналов;( - фазовый сдвиг, вносимьплцепями возбуждения синуснокосинусного датчика, Фазы сигналов П 5 и Ц раВны между собой с достаточно высокой степенью точности, что практически просто достигается разгрузкой сигнальных обмоток датчика. фаза опорного сигнала принята раВной нулю, так как относи - тельно опорного сигнала формируется временной интервал на выходе преобразователя.Фаза сигнала на выходе КС-фазовращателя при последовательной работе ключей коммутатора принимает значения сбответственноУрдК+П(К созЧ- зп)К П ( У+ К У)ПордК+Псп(К созЧ- з 1 п)Юс У К-П (соя+ К зж(2)ф = агсв 1/Кгде К =ЯКС;к и С - параметры элементовКС-фазовращателя.Проанализируем работу известного устройства, полагая, что в его схеме действуют сигналы вида (1), и принимая во внимание равенства У= = П з 1 пр П = соЫ, где П, - максимальный размах сигналов синуснокосинусного датчика, а- угол поворота чувствительного элемента дат(12) Фаза выходного сигнала избирательного усилителя б принимает значениев 1 пЮ + р (13) Ц К + Ц,(К соя 4- ф ( +(д = агсгКЦ К 2 - Ц (соя( + К в 1 п где Ц- собственный сдвиг фазы избиательного усилителя 6, Во втором Ц : Ц вдп(Я +Л )0 ОВ Го тодцикле с помощью Фазового манипулятора 9 изменяется фаза опорного сиг- " а фаза выходного сигнала избиратель- Нала на величину , он принимает вид ного усилителя б становится равнойеЦо,К(совдо+ К впДО)+0,(К сов Ц- я 1 п 9)0 ф:,гя(15)Ц К(К сов 3- выл 3)-Ц (сояЧ + К вхпЪ1 ретий и четвертьп подциклы протека- дается сигнал со второго феррозонЮт аналогично и соответствуют пер- да 1-2. В третьем и четвертом подВому и второму подциклам, однако в циклах работы преобразователя фаза течение их на КС-Фазовращатель 5 по- сигнала на выходе КС-фазовращателя 555 принимает значения соответственно(16Пглученный результат не зависит нит расстройки КС-Фазвращателя, ниот Фазового сдвига Ц 7 между сигнала 1ми и, следовательно, инвариантен к их температурным изменениям, Тем са 5 мым достигается цель изобретения - повышение точности измерения.В отличие от известных устройств в 1предлагаемом преобразователе азимута 1 О производится измерение и преобразование сигналов синусно-косинусного, датчика при изменении Фазы опорного, ;сигнала, что дает возможность получить большую точность измерения путем 15исключения из результата влияющих , факторов. Это стало возможным за счет введения в схему преобразователяфа-эового манипулятора, который по сигна. лам блока управления скачкообразно 20 изменяет Фазу опорного сигнала, поступающего на КС-Фазовращатель.Преобразователь азимута работает следующим образом,Генератор 2 (Фиг.1) вырабатывает 25 непрерывный периодический сигнал прямоугольной или синусоидальной формы. ,Частота основной гармоники генератора 2 с помощью делителя 3 частоты делится на два, В делителе 3 частоты ЗО ,сигнал также усиливается до получения мощности, необходимой для возбуж- дения Ферроэондов 1-1 и 1-2. Феррозонды вырабатывают полигармонические сигналы, в составе которых вторая 35 гармоника имеет информационный характер и выделяется избирательным усилителем 6. Последний кроме того, выделяет основную гармонику опорного сигнала, подаваемого на вход КС-Фаэовращателя с выхода фазового манипулятора 9, в результате чего на выходе избирательного усилителя 6 возникает синусоидальный сигнал, фаза которого по отношению к фазе оноворного сигнала, поступающего на вход блока 7 интервалов времени, содержит измерительную информацию. В блоке 7 интервалов времени разность фаз между выходным сигналом избирательного усилителя 6 и опорным сигналом преобразуется во временные интервалы, поступающие на выход преобразователя,Процесс работы преобразователя состоит из одинаковых циклов, каждый из которых делится на шесть подциклов. Смена подциклов осуществляется с помощью блока 8 управления. В первом подцикле коммутатор 4 по сигналу с блока 8 управления соединяет сигнальную обмотку Феррозонда с КС-фазовращателем 5, на второй вход которого поступает опорный сигнал с нулевой фазой (Д = 0). Информационная гармоника ФеррЬзонда и опорный сигнал, приведенные к выходу избирательного усилителя 6, имеют вид соответственно2 ное состояние. На вход 8 этого триг-,гера поступают импульсы с дешифратора21 блока 8 управления, временной промежуток между которьви равен девятипериодам генератора 2, что обеспечивает завершение переходных процессовв схеме, преобразователя,. Каждый импульс устанавливает триггер 32 в состояние "1", из которого он выводится каждым следующим импульсом последовательностей, подаваемых на вход К,поэтому длительность импульсов на выходе триггера 32 пропорциональнафазовому сдвигу между сигналами генератора 2 и выходными сигналамиизбирательного усилителя б и фазо вого манипулятора 9 соответственнономеру подцикла работы преобразователя.С целью упрощения вычислений приобработке измерительной информацииФазу опорного сигнала в фазовом ма нипуляторе 9 целесообразно сдвигатьна 90 (/ си 90 ф). В этом случае алгоритм обработки, принимает вид 11, 16.1 534Ня вход "1" блока 8 управления (фиг.З) поступает сигнал от генератсра 2. Счетчик 19 И дешифратор 21 выполняют функцию задержки импульсов так, что каждый десятый входной импульс переключает подцикл работы преобразователя, поступая на. вход стчиаа 20. Каилеай импульс, сиимаемь" с выхода "8" дешифратора 21, заи кает блок 7 интервалов времени (в пс. "2"). Девщфратор 22 по сигна". л счетчика 20 управляет коммутаторо 4, включая последовательно во вр мани его ключи,и фазовьи манип 1 ля ором 9 с, выхода логического злеме та 26, С выхода "6" дешифратора 22 сн мается импульс, переключающий блох 7 нтервалов времени с выхода изби ра ельного усилителя б на вход фаэово о манипулятора 9.На вход "1" блока 7 интервалов вр мени (фиг.4) подается синусоидальны сигнал с выхода избирательного ус ителя бу который по переходам че ез нуль йреобраэуется,компарато-. ро 27 в последовательность прямоуг,льных импульсов. Вход "2" блока 7 интервалов времени подключен к выходу "3" фазового манйпуЛятора 9, а входы "3" и "4" - .соответственно к . вьфодам "2" н "3" блока 8 управления. 7По сигналам блока 8 управления, поступающимна вход "2" блока 7 интер " валов. времени, последовательности импульсов с выхода компаратора 27 и выхода фазового манипулятора 9 попеременно подаются на вход К триггера 32, который устанавливается в исход Г 1+м(Ф -Ф) ГЕаМ -У)- С= агс 1 -- - -- И,й 2ещР+К(У-У,)ГЕ 8(Ф,-У)- я Существенно упрощается по сравнению с алгоритмом (21)Предлагаемый преобразователь азимута в сравнении с известным имеет бойеевысокую точность, так как в неМ исключается влияние на реэультат измерения азимута разности фаз между опорным сигналом и сигналами синус- но-косинусного датчика, поступающими на КС-фазовращатель, т.е. исключается погрешность вида (5), обусловленная фазовым сдвигом ф и соответствующая дополнительная температурная погрешностье Кроме того, принципиально исключается погрешность, вызван" ная расстройкой .и температурным дрейфом параметров КС-фаэовращателя, и погрешность, обусловленная наличием и;,.ьейфом фазового сдвига, вносимого, избчрательным усилителем. Температурная погрешность преобразователя азимута обусловлена практически только дрейфом параметров ферроэондового фД(Фа-Ж)1Е 8(Ф "Ф)(24)1датчика и при .температуре 180 С составляет 0 02. 40 формла изобре.тенияцреобраэователь азимутасодержащий синусно"косннусный датчик в виде двух ортогональных феррозондов,генератор, первый. выход которого 45 через делитель частоты связан с входами возбуждения феррозондов, сигнальные выходы которых подключены к первому и второму входам коммутатора,третий вход которого соединен с общим проводом, выход коммутатора подключен к первому входу фаэовращателя,выход которого через избирательныйусилитель связан с блоком интерваловвремени, и блок управления, вход котороГо соединен с вторым выходом генератора, а первый выход соединен суправляющим входом блока интерваловвремени, о т л и ч а ю щ й й с ятем, что, с целью повышения точностиза счет исключения влияния на результат измерения азимута разности фазмежду сигналами феррозондов и опорным сигналом, он снабжен фазовым мани- -пулятором, вход которого соединен свторым выходом генератора, управляющий вход подключен к второму выходублока управления, а выход соединен свторь входом фазовращателя и входомблока интервалов времени, при этомпервый выход блока управления подключен к управляющему входу коммутатора,, Заквз 397) Тираж 48 одписн ВНИЙП а по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС Ж, Раушская наб д. 4/5 оиэводственно-издательский комбинат "Патент осударственног 113035