CN106950611A - 用于磁测井仪的检定装置及检定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于磁测井仪的检定装置及检定方法，其包括：螺线管，其将磁感应探头罩设在内且磁感应探头可拆卸的垂直固定于螺线管内的中心位置；可调节电流的直流电源，其为螺线管供电；电流表，其串联于螺线管与直流电源之间。本发明能达到对磁测井仪各主要技术参数检定校准的目的，装置及方法结构简单、可操作性强，将促进磁测井仪的生产、使用与管理工作的完善，实现规范化管理，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

用于磁测井仪的检定装置及检定方法

技术领域

本发明涉及勘测装置领域。更具体地说，本发明涉及一种用于磁测井仪的检定装置及检定方法。

背景技术

磁测井仪作为岩土工程检测的一种仪器设备，广泛应用于既有钢桩，如板桩墙、H型桩、管桩、带护筒的钻孔桩，以及灌注桩、PHC桩等基桩钢筋笼长度的检测，主要由主机、磁感应探头、深度计数器等组成。它通过磁场采集的方法，测定出桩身附近沿桩长方向地磁场垂直强度值的大小以及变化，经过分析、计算、处理后即可判断出磁场的分布规律，绘制磁场强度沿桩长方向的变化曲线，通过对曲线突变点的拾取，综合判断出钢筋笼的长度。

随着地球物理勘探技术的发展，磁测井仪研究取得长足进步，各种厂家不同型号规格的仪器设备应用而生，但是各种仪器质量参差不齐，仪器精度及测试范围没有一个统一的标准，而且工地现场检测环境较差，使用期间可能由于使用不当或恶劣环境造成仪器设备的损坏或主要性能参数，如测量范围、磁敏元件精度等发生变化，目前尚无相关的检定或校准方法，无法保证测试数据的精确度与测试结果的可靠性。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种用于磁测井仪的检定装置，通过在磁感应探头外罩设一个螺线管，产生一个稳恒弱磁场，检定磁测井仪的测量范围、磁敏元件精度以及转向差，并通过高精度磁法仪实测值验证其可靠性，从而保证磁测井仪的测量精度和准确度。

本发明还有一个目的是提供一种用于磁测井仪的检定装置的检定方法，通过在磁感应探头外罩设螺线管的检定装置进行检定，方法可操作性强，具有良好的经济效益和社会效益。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于磁测井仪的检定装置，包括：

螺线管，其将磁测井仪的磁感应探头罩设在内且所述磁感应探头可拆卸的垂直固定于所述螺线管内的中心位置，所述螺线管的长度不小于其直径的5倍；

可调节电流的直流电源，其为所述螺线管供电；

电流表，其串联于所述螺线管与直流电源之间。

优选的是，所述螺线管包括：绝缘材质的内筒、缠绕在绝缘内筒上的绕线、从绕线上引出的引出导线以及由聚酯薄膜聚酯纤维非织布柔软复合箔制成的绝缘层。

优选的是，所述螺线管的直径为40cm，长度为200cm。

优选的是，还包括：固定装置，其为绝缘材料制成，所述固定装置固定于所述螺线管中，其用于可拆卸的固定所述磁感应探头。

优选的是，所述固定装置为木材材质，其中间设有凹槽，所述凹槽卡设所述磁感应探头。

优选的是，所述电流表中的电流变化不超过1A，所述电流表的调节精度至少为0.01A。

优选的是，所述绕线共6层，每层均为630匝，其中在所述绕线的1500匝、2500以及3780匝处分别设置所述引出导线。

本发明还提供了一种用于磁测井仪的检定装置的检定方法，包括以下步骤：

1)测量范围的检定：增大通入螺线管中的电流，至磁测井仪主机显示数据不变，得到的第一磁场值即为最大测量值，将电流反向，至磁测井仪主机显示数据不变，得到的第二磁场值即为最小测量值；

2)磁敏元件精度的检定：在螺线管中通入恒定电流，测取不小于10组的磁场垂直分量数据；改变电流恒定值，再测取同样组数的磁场垂直分量数据，重复以上步骤，测得在每种恒定电流下的磁场平均值，分别与其理论值比较，计算得到磁敏元件精度；

其中，理论值的计算方法为：

式中:B₀—螺线管内部磁感应强度(T)；

μ₀—系数，4π×10^-7；

j—连续分布的电流密度

N—总匝数；

I—电流(A)；

l—螺线管长度(m)；

R₂—外半径(m)；

R₁—内半径(m)；

γ—螺线管的约化半长度

α—螺线管的约化外半径

3)转向差的检定：转动磁感应探头一周，测取磁场强度值在多组角度下的变化，磁感应探头在同一位置前后磁场强度值的差值为其转向差。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明的用于磁测井仪的检定装置及检定方法对磁测井仪的关键控制参数进行检定，通过在磁感应探头外罩设一个螺线管，外接一个稳恒弱磁场，通过将此稳恒弱磁场的理论计算值、磁测井仪的检测值对比来检定磁测井仪的测量范围、磁敏元件精度以及转向差，并通过高精度磁法仪实测值验证其可靠性，从而保证磁测井仪的测量精度和准确度，使用前对磁测井仪进行检定，将促进磁测井仪的生产、使用与管理工作的规范与完善，本发明的检定装置结构简单，方法可操作性强，具有良好的经济效益和社会效益。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的用于磁测井仪的检定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供一种用于磁测井仪的检定装置，包括：磁测井仪主机和与磁测井仪主机分别连接的磁感应探头和深度计数器，还包括：

螺线管1，其将磁测井仪的磁感应探头2罩设在内且所述磁感应探头2可拆卸的垂直固定于所述螺线管1内的中心位置，所述螺线管1的长度不小于其直径的5倍；

可调节电流的直流电源3，其为所述螺线管1供电；

电流表4，其串联于所述螺线管1与直流电源3之间。

根据电磁学载流螺线管中的磁场强度计算理论，当螺线管1的长度远远大于其直径时，认为密绕的无限长螺线管内部空间磁场是均匀的，产生一个匀强磁场。按照电磁学载流螺线管1中磁场均匀的条件，设定螺线管1的长度高出其直径5倍以上时，此时螺线管1中部产生的磁场均匀，具体可配合磁通门磁强计读取磁场强度。

在磁测井仪正式使用前检定磁测井仪的测量范围、磁敏元件精度以及转向差，通过将此稳恒弱磁场的理论计算值、磁测井仪的检测值对比，并通过高精度磁法仪实测值验证其可靠性，从而保证磁测井仪的测量精度和准确度，能预先发现因使用不当或恶劣环境造成的仪器设备的损坏或主要性能参数的变化，将促进磁测井仪的生产、使用与管理工作的规范与完善，检定装置结构简单，方法可操作性强，具有良好的经济效益和社会效益。

在另一种技术方案中，所述螺线管1包括：绝缘材质的内筒、缠绕在绝缘内筒上的绕线、从绕线上引出的引出导线以及由聚酯薄膜聚酯纤维非织布柔软复合箔制成的绝缘层。

在另一种技术方案中，所述螺线管1的直径为40cm，长度为200cm。此数据为基于磁感应探头的尺寸等综合考虑得到，且长度为直径的5倍容易加工得到。

在另一种技术方案中，还包括：固定装置，其为绝缘材料制成，所述固定装置固定于所述螺线管中，其用于可拆卸的固定所述磁感应探头。

在另一种技术方案中，所述固定装置为木材材质，其中间设有凹槽，所述凹槽卡设所述磁感应探头。木质凹槽的设置使用方便且成本低廉。

在另一种技术方案中，所述电流表4中的电流变化不超过1A，所述电流表4的调节精度至少为0.01A。具体可通过连接滑动变阻器等实现对电流的调节，由于磁感应探头有效测量范围为±2Gauss(±200000nT)，换算到电流变化不超过1A，属于弱磁场环境，微弱的电流变化就会造成线圈内磁场强度大幅度变化。因此，直流电源3的调节精度要求很高，串联一个电流表4，螺线管内部磁场强度理论计算的电流取值以电流表实测结果为准。

在另一种技术方案中，所述绕线共6层，每层均为630匝，其中在1500匝、2500匝、3780匝处分别引出所述引出导线。同时可设置漆包线直径0.8mm，其截面积：0.502mm²。

一种用于磁测井仪的检定装置的检定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量范围的检定：增大通入螺线管1中的电流，至磁测井仪主机显示数据不变，得到的第一磁场值即为最大测量值，将电流反向，至磁测井仪主机显示数据不变，得到的第二磁场值即为最小测量值；

2)磁敏元件精度的检定：钢筋笼长度测定仪是通过测量磁场强度突变值与其梯度峰值结合来识别钢筋笼长度的方法。在螺线管1中通入恒定电流，测取不小于10组的磁场垂直分量数据；改变电流恒定值，再测取同样组数的磁场垂直分量数据，重复以上步骤，测得在每种恒定电流下的磁场平均值，分别与其理论值比较，计算得到磁敏元件精度；

其中，理论值的计算方法为：

式中:B₀—螺线管内部磁感应强度(T)；

μ₀—系数，4π×10^-7；

j—连续分布的电流密度

N—总匝数；

I—电流(A)；

l—螺线管长度(m)；

R₂—外半径(m)；

R₁—内半径(m)；

γ—螺线管的约化半长度

α—螺线管的约化外半径

具体使用时，通过高精度磁法仪实测值验证理论值的可靠性，从而证明了此方法中磁测井仪的测量精度和准确度。

3)转向差的检定：钢筋笼长度测定仪磁感应探头在深入测试孔中进行测量时，其磁感应探头在悬浮的孔中可能会产生转向，Z转向测量差不能对其判断钢筋笼长度的结果产生影响。转动磁感应探头一周，测取多组角度下的磁场强度值，磁感应探头在同一位置前后磁场强度值的差值为其转向差。根据背景磁场约为20000nT，Z转向差不能超过其测量值的5％，参考其他规程的标准值，磁场强度Z分量值变化量应不大于400nT。

此外，可进一步用游标卡尺测量磁测井仪的深度计数转轮直径(计算深度时需要加上电缆直径)计算出圆周长L，在转轮上作一标记，匀速转动转轮,每十周记录一次深度变化值L₁，L₂，……，L₁₀，应满足以下要求:

(L_i-2.5)/L₀x100％≤±0.5％(i＝1…10)

(L₁+L₂+…+L₁₀)/(10xL₀)x100％≤±0.3％；

按此方法对深度测量误差进行检定。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种用于磁测井仪的检定装置，其特征在于，包括：

螺线管，其将磁测井仪的磁感应探头罩设在内且所述磁感应探头可拆卸的垂直固定于所述螺线管内的中心位置，所述螺线管的长度不小于其直径的5倍；

可调节电流的直流电源，其为所述螺线管供电；

电流表，其串联于所述螺线管与直流电源之间。

2.如权利要求1所述的用于磁测井仪的检定装置，其特征在于，所述螺线管包括：绝缘材质的内筒、缠绕在绝缘内筒上的绕线、从绕线上引出的引出导线以及由聚酯薄膜聚酯纤维非织布柔软复合箔制成的绝缘层。

3.如权利要求1所述的用于磁测井仪的检定装置，其特征在于，所述螺线管的直径为40cm，长度为200cm。

4.如权利要求1所述的用于磁测井仪的检定装置，其特征在于，还包括：固定装置，其为绝缘材料制成，所述固定装置固定于所述螺线管中，其用于可拆卸的固定所述磁感应探头。

5.如权利要求4所述的用于磁测井仪的检定装置，其特征在于，所述固定装置为木材材质，其中间设有凹槽，所述凹槽卡设所述磁感应探头。

6.如权利要求1所述的用于磁测井仪的检定装置，其特征在于，所述电流表中的电流变化不超过1A，所述电流表的调节精度至少为0.01A。

7.如权利要求2所述的用于磁测井仪的检定装置，其特征在于，所述绕线共6层，每层均为630匝，其中在所述绕线的1500匝、2500以及3780匝处分别设置所述引出导线。

8.一种如权利要求1所述的用于磁测井仪的检定装置的检定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量范围的检定：增大通入螺线管中的电流，至磁测井仪主机显示数据不变，得到的第一磁场值即为最大测量值，将电流反向，至磁测井仪主机显示数据不变，得到的第二磁场值即为最小测量值；

2)磁敏元件精度的检定：在螺线管中通入恒定电流，测取不小于10组的磁场垂直分量数据；改变电流恒定值，再测取同样组数的磁场垂直分量数据，重复以上步骤，测得在每种恒定电流下的磁场平均值，分别与其理论值比较，计算得到磁敏元件精度；

其中，理论值的计算方法为：

$B_0={\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{jR}}_1\mathrm{\γ}ln\frac{\mathrm{\α}+\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\γ}}^2}}{1+\sqrt{1+{\mathrm{\γ}}^2}}$

式中:B₀—螺线管内部磁感应强度(T)；

μ₀—系数，4π×10^-7；

j—连续分布的电流密度

N—总匝数；

I—电流(A)；

l—螺线管长度(m)；

R₂—外半径(m)；

R₁—内半径(m)；

γ—螺线管的约化半长度

α—螺线管的约化外半径

3)转向差的检定：转动磁感应探头一周，测取多组角度下的磁场强度值，磁感应探头在同一位置前后磁场强度值的差值为其转向差。