CN102538787A

CN102538787A - 一种数字式定向参数测量装置

Info

Publication number: CN102538787A
Application number: CN2012100103719A
Authority: CN
Inventors: 石岩峰; 常永旺; 石峻峰; 刘海; 冯泽东; 王聪
Original assignee: GOALTECH CO Ltd
Current assignee: GOALTECH CO Ltd
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明实施例公开了一种数字式定向参数测量装置。所述装置包括测量骨架，三支加速度计传感器，三支磁通门传感器和测量电路，其中：所述三支加速度计传感器以互相正交的方式安装于所述测量骨架上，用于测量井斜角、工具面角、重力场总量等定向参数；所述三支磁通门传感器以互相正交的方式安装于所述测量骨架，且所述三支磁通门传感器与所述三支加速度计传感器的对应轴线平行安装，通过所述三支磁通门传感器配合所述三支加速度计传感器测量方位角、磁性工具面角、地磁场总量等定向参数；并根据所述三支加速度计传感器和所述三支磁通门传感器的输出值获得待测量模块载体在空间的位置参数。能够实现在高温条件下及振动条件下的高精度测量，提高定向参数测量精度。所述定向参数测量装置提供数字串行通讯接口，接口简单、方便。

Description

一种数字式定向参数测量装置

技术领域

本发明涉及定向参数测量技术领域，尤其涉及一种数字式定向参数测量装置。

背景技术

目前，在定向参数测量技术领域中，各种姿态角度的测量过程中，需要使用加速度计和磁测量传感器来实现重力场及地磁场的测量，并通过一定的数学模型方法实现定向参数测量，即井斜角、方位角、工具面角、磁性工具面角、重立场总量、地磁场总量的测量。

现有技术采用加速度计和磁通门传感器的模拟输出作为用户接口，没有集成高温条件下的温度补偿，且没有集成振动条件下的滤波处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字式定向参数测量装置，将传感器、传感器测量电路、温度补偿功能、消除振动影响的滤波功能集成在该装置内，实现了在高温条件下及振动条件下的高精度测量，提高了定向参数测量精度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种数字式定向参数测量装置，所述装置包括测量骨架，三支加速度计传感器，三支磁通门传感器和测量电路，其中：

所述三支加速度计传感器以互相正交的方式安装于所述测量骨架上，用于测量井斜角、工具面角、重力场总量定向参数；

所述三支磁通门传感器以互相正交的方式安装于所述测量骨架，且所述三支磁通门传感器与所述三支加速度计传感器的对应轴线平行安装，通过所述三支磁通门传感器配合所述三支加速度计传感器测量方位角、磁性工具面角、地磁场总量定向参数；

所述测量电路安装于所述测量骨架的中间部位，用于对所述三支加速度计及三支磁通门传感器的输出进行调理，对调理后的信号进行模数AD变换，并对AD变换后的数据进行温度补偿、安装位置误差补偿操作。

所述装置包括数字接口，该数字接口用于完成把补偿后的加速度计测量数据、磁通门测量数据、温度以及经计算得出的井斜角、方位角、工具面角等定向参数通过数字接口提供给用户。

所述装置还包括温度传感器，通过所述温度传感器进行温度测量，并通过温度补偿方法对所述装置实现温度补偿。

所述装置还包括硬件滤波模块和软件滤波模块，用于消除振动对于所述定向参数测量装置测量精度的影响。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述装置包括测量骨架，三支加速度计传感器，三支磁通门传感器和测量电路，其中：所述三支加速度计传感器以互相正交的方式安装于所述测量骨架上，用于测量井斜角、工具面角、重力场总量定向参数；所述三支磁通门传感器以互相正交的方式安装于所述测量骨架，且所述三支磁通门传感器与所述三支加速度计传感器的对应轴线平行安装，通过所述三支磁通门传感器配合所述三支加速度计传感器测量方位角、磁性工具面角、地磁场总量定向参数；并根据所述三支加速度计传感器和所述三支磁通门传感器的输出值计算后获得所述数字式井下定向数据测量装置在空间的位置参数，包括井斜角、方位角及工具面角。能够实现在高温条件下及振动条件下的高精度测量，提高定向参数测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供数字式定向参数测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所举具体实例中硬件滤波模块的电路示意图；

图3为本发明实施例所提供具体实例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种数字式定向参数测量装置，将传感器、传感器测量电路、温度补偿功能、消除振动影响的滤波功能集成在所述数字式定向数据测量装置内，所述定向参数测量装置通过所安装的加速度计及磁通门传感器实现对重力场及地磁场的测量，从而实现对井斜角、方位角、工具面角、磁性工具面角、重力场总量及地磁场总量的测量，下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供数字式定向参数测量装置的结构示意图，所述装置包括测量骨架，三支加速度计传感器，三支磁通门传感器和测量电路，其中：

所述三支加速度计传感器以互相正交的方式安装于所述测量骨架上，用于测量井斜角、工具面角、重力场总量等定向参数；

所述三支磁通门传感器以互相正交的方式安装于所述测量骨架上，且所述三支磁通门传感器与所述三支加速度计传感器的对应轴线平行安装，通过所述三支磁通门传感器配合所述三支加速度计传感器测量方位角、磁性工具面角、地磁场总量等定向参数；

所述测量电路安装于所述测量骨架的中间部位，用于对所述三支加速度计及三支磁通门传感器的输出进行调理，对调理后的信号进行模数AD变换，并对AD变换后的数据进行温度补偿、安装位置误差补偿等操作。

具体实现中，该装置还包括数字接口，该数字接口用于完成把补偿后的加速度计测量数据、磁通门测量数据、温度以及经计算得出的井斜角、方位角、工具面角、磁性工具面角等参数通过数字接口提供给用户。

所述装置还包括温度传感器，通过所述温度传感器进行温度测量，并通过一定的温度补偿方法对所述装置实现温度补偿，从而在0-150摄氏度温度条件下都可以实现高精度测量。

上述温度补偿方法具体可采用二次曲线法，在0-150摄氏度范围内，每隔10摄氏度测量一次传感器的零偏及标度因数两工作参数，并采用最小二乘法分别拟合零偏二次曲线及标度因数二次曲线。零偏二次曲线及标度因数的二次曲线的系数下装到所述装置的内部非易失存储器内，所述装置上电后，程序读取非易失存储器内的数据，并在程序运行过程中使用这些数据进行零偏和标度因数的计算。

所述装置还包括硬件滤波模块和软件滤波模块，用于消除振动对于所述定向参数测量装置测量精度的影响，使得数字式定向参数测量装置在5g(20-200Hz)振动条件下可以实现高精度测量。

具体来说，硬件滤波模块采用简便有效的RC滤波方式，如图2所示为本发明实施例所举具体实例中硬件滤波模块的电路示意图，图2中：Vi为加速度计的输出信号，输入到滤波电路，Vo为滤波输出信号。在振动条件下，加速度计的输出信号包含直流分量及交流分量，其中直流分量为有用的信号分量，交流分量为噪音信号；经过RC滤波后，由振动引起的交流噪音信号可以得到有效的衰减，而直流分量保持不变。上述软件滤波模块可采用去极值平均值的方式滤波，对于3支加速度计传感器的AD采样值及3支磁通门传感器的AD采样值采用同样的滤波方法，具体可对6支传感器的测量输出值，分别各采样16个数据，去掉最大值与最小值，并取其余14个点的数据做算术平均值滤波，滤波结果作为定向参数的计算数据，公式如下：

下面以具体的实施例来对上述装置的各个部件进行说明，如图3所示为本发明实施例所提供具体实例的结构示意图，图3中：

1为Z轴加速度计，2为Y轴加速度计，3为X轴加速度计，4为定向参数测量装置的测量骨架，5为测量电路，6为Z轴磁通门传感器、7为Y轴磁通门传感器，8为X轴磁通门传感器，其中：

1、2、3分别为Z轴加速度计、Y轴加速度计和X轴加速度计，三支加速度计以互相正交的方式安装于定向参数测量装置的骨架4上，为了达到高精度测量，三支加速度计都以一定的方法安装到骨架4上，并要求安装精度达到0.05度以内；三支加速度计用于测量计算井斜角、工具面角、重力场总量等定向参数。

具体实现中，由于三支加速度计的特性参数并不一致，需要在定向参数测量装置软件上设计标定模块，用于对特性参数进行标定。加速度计的零位参数及标度因数参数，通过所述装置的串行接口下装到装置内部的非易失存储器内。所述装置下装参数后再次上电，程序读取非易失存储器内的零位参数及标度因数参数数据，并在程序运行过程中使用这些参数。

6、7、8分别为Z轴磁通门传感器、Y轴磁通门传感器、X轴磁通门传感器，三支磁通门传感器以互相正交的方式安装于定向参数测量模块骨架上，并且三支磁通门传感器与三支加速度计的对应轴线平行安装，为了达到高精度测量，三支磁通门传感器都以一定的方法安装到传感器骨架上，并要求安装精度达到0.5度以内。三支磁通门传感器的测量值在所述定向参数测量装置的单片机内部用于计算磁性工具面角和地磁场总量，三支磁通门传感器与三支加速度计的测量值在所述定向参数测量装置的单片机内部用于计算方位角。

5为测量电路，包括模拟电路与数字电路两部分。模拟电路实现三支加速度计的输出测量与三支磁通门传感器的输出测量；数字电路部分实现对于加速度计测量电路及磁通门测量电路输出模拟电压的AD转换，并且完成修正计算等软件功能，再直接输出结果，使操作方便，较之传统的模拟式接口更加易于操作。

4为定向参数测量装置的骨架，三支加速度计、三支磁通门传感器、模拟电路、数字电路、外部连接结构都安装到定向参数测量装置的骨架4上；定向参数测量装置的骨架4设计为硬铝材料，满足无磁要求；且具有较强的刚性，安装的传感器可以稳定的维持安装精度。

综上所述，该数字式定向参数测量装置将传感器、传感器测量电路、温度补偿功能、消除振动影响的滤波功能集成在该装置内，实现了在高温条件下及振动条件下的高精度测量，提高了定向参数测量精度，并且提供了方便易用的对外数字接口。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种数字式定向参数测量装置，其特征在于，所述装置包括测量骨架，三支加速度计传感器，三支磁通门传感器和测量电路，其中：

2.根据权利要求1所述的数字式定向参数测量装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的数字式定向参数测量装置，其特征在于，所述装置还包括温度传感器，通过所述温度传感器进行温度测量，并通过温度补偿方法对所述装置实现温度补偿。

4.根据权利要求1所述的数字式定向参数测量装置，其特征在于，所述装置还包括硬件滤波模块和软件滤波模块，用于消除振动对于所述定向参数测量装置测量精度的影响。