CN113075606A - 一种旋转磁场模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及旋转磁场模拟技术领域，公开了一种旋转磁场模拟装置，包括：磁场旋转发生装置，用于产生旋转磁场所需的电流信号；四个感应线圈极板，均匀等间距可拆卸设置在被测探管的周向，感应线圈极板上分别设有感应线圈，感应线圈通过第一线缆连接磁场旋转发生装置，产生旋转磁场,还包括固定工装，被测探管可拆卸设置在固定工装上，感应线圈极板设置在固定工装上，这种旋转磁场模拟装置，能够产生旋转磁场，方便石油勘探现场对被测探管磁传感器的检测及校准，节省成本，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及旋转磁场模拟技术领域，特别涉及一种旋转磁场模拟装置。
背景技术
在石油勘探中被测探管的钻头安装有磁传感器，其随着钻头旋转实时采集地磁场的变化，通过磁场大小及扇区数值分析可以对钻头的转速及工作状态实时监测，确保设备的正常运行。
目前对于钻头中的磁传感器没有有效的检测及校准设备，虽然可将被测探管中的磁传感器通过矩形三维亥姆赫兹线圈进行磁场校准，但其需要将设备运回室内或送检中心进行校准，维护检测费用极高，不适合现场众多设备的检测及校准，且不能对被测探管的转速进行准确的校准。因此，目前没有良好的检测方法对被测探管进行转速、总磁场及磁场扇区变化的检测及校准。
针对目前石油勘探中被测探管设备的磁场检测及校准没有良好的方法，采用三维亥姆赫兹线圈进行磁场校准也只能检测磁场大小，不能对转速及扇区磁场进行有效的检测及校准，并且被测探管设备笨重，三维亥姆赫兹线圈尺寸大，部分功能检测极其不方便，成本很高，不适用于不同被测探管设备的检测校准。
发明内容
本发明提供一种旋转磁场模拟装置，能够产生旋转磁场，方便石油勘探现场对被测探管中磁传感器模块的检测及校准，节省成本，使用方便。
本发明提供了一种旋转磁场模拟装置，包括：磁场旋转发生装置，用于产生旋转磁场所需的电流信号；
四个感应线圈极板，均匀等间距可拆卸设置在被测探管的周向，感应线圈极板上分别设有感应线圈，感应线圈通过第一线缆连接磁场旋转发生装置，产生旋转磁场。
还包括固定工装，被测探管可拆卸设置在固定工装上，感应线圈极板设置在固定工装上。
所述磁场旋转发生装置包括：
人机交互触摸显示屏，用于设置和显示旋转磁场的参数；
单片机主控板，用于接收并根据设置的旋转磁场的参数产生两路互相正交的电压信号；
信号放大电路，用于接收并放大两路电压信号；
电流驱动电路，将放大的电压信号转换为四个感应线圈极板产生旋转磁场的驱动电流；
电源模块，用于给人机交互触摸显示屏、单片机主控板、信号放大电路和电流驱动电路提供电源。
所述系统参数包括：旋转磁场的转速及正反转方向，旋转磁场的偏置、增益值和强度值。
所述电源模块包括：AC/DC电源模块，用于将220VAC电源转换为直流电源，直流电源包括：直流正电源和直流负电源，人机交互触摸显示屏、单片机主控板和电流驱动电路连接直流正电源，信号放大电路同时连接直流正电源和直流负电源。
所述四个感应线圈极板通过伸缩绑带可拆卸设置在被测探管的周向表面上。
所述四个感应线圈极板上均设有LED指示灯。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明方便拆卸及搬运，安装简便、操作简单、产生磁场及转速精度高、长时间运行稳定。
本发明能够产生旋转磁场，方便石油勘探现场对被测探管中磁传感器模块的检测及校准，节省成本，使用方便。
本发明实现了设备的小型化，可以准确的检测校准被测探管的转速、总磁场及扇区磁场等指标功能。
本发明可以匹配不同尺寸的被测探管设备，小型轻便，工作可靠。
附图说明
图1为本发明提供的一种旋转磁场模拟装置的结构示图。
图2为磁场旋转发生装置的电路原理框图。
附图标记说明：1-磁场旋转发生装置、2-感应线圈极板、3-固定工装、4-第一线缆、5-第二线缆。
具体实施方式
下面结合附图1-2，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的一种旋转磁场模拟装置，包括：磁场旋转发生装置1，用于产生旋转磁场所需的电流信号；
四个感应线圈极板2，均匀等间距可拆卸设置在被测探管的周向，感应线圈极板2上分别设有感应线圈，相对对称的两个感应线圈串联连接，感应线圈通过第一线缆4连接磁场旋转发生装置1，产生旋转磁场，磁传感器靠近感应线圈极板2设置在被测探管的周向，通过第二线缆5连接磁场旋转发生装置1，用于检测产生旋转磁场的信号。
还包括固定工装3，被测探管可拆卸设置在固定工装3上，感应线圈极板2设置在固定工装3上。
进一步地，如图2所示，所述磁场旋转发生装置包括：
人机交互触摸显示屏，用于设置和显示旋转磁场的参数；
单片机主控板，用于接收并根据设置的旋转磁场的参数产生两路互相正交的电压信号；
信号放大电路，用于接收并放大两路电压信号；
电流驱动电路，将放大的电压信号转换为四个感应线圈极板2产生旋转磁场的驱动电流；
电源模块，用于给人机交互触摸显示屏、单片机主控板、信号放大电路和电流驱动电路提供电源。
所述系统参数包括：旋转磁场的转速及正反转方向，旋转磁场的偏置、增益值和强度值。
如图2所示，所述电源模块包括：AC/DC电源模块，用于将220VAC电源转换为直流电源，直流电源包括：直流正电源和直流负电源，人机交互触摸显示屏、单片机主控板和电流驱动电路连接直流正电源，信号放大电路同时连接直流正电源和直流负电源。
所述四个感应线圈极板通过伸缩绑带可拆卸设置在被测探管的周向表面上。
所述四个感应线圈极板2上均设有LED指示灯。
本发明主要由磁场旋转发生装置1、感应线圈极板2及第一线缆4组装，其中磁场旋转发生装置1主要由人机交互触摸显示屏、单片机主控板、V-I电路板、电源组成。设备硬件连接好后，将感应线圈极板捆绑在被测探管的四周，通过人机交互的触摸屏设置好系统参数，由单片机主控板产生特定的电压信号经过V-I电路板放大后驱动感应线圈极板2产生旋转磁场。被测探管配套的软件可实时采集其内部磁场信号，进而实现被测探管转速、总场及扇区磁场的检测及校准。
本发明磁场旋转模拟器主要由磁场旋转发生装置1、感应线圈极板及连接线缆组成，4个感应线圈极板有4个感应线圈。磁场旋转发生装置1具有电源指示功能、旋转控制功能、转速正反转功能、转速控制功能、磁场偏置设置功能、增益控制功能、转速显示功能、每个感应线圈极板2磁场幅度的显示功能。磁场旋转发生装置1为箱式设备，操作简单；通过伸缩绑带固定感应线圈极板2，感应线圈极板2可通过固定工装3固定在被测探管设备的四周，也可通过绑带直接捆绑在被测探管的四周，极板之间等间距且可调。本装置方便拆卸及搬运，安装简便、操作简单、产生磁场及转速精度高、长时间运行稳定。
本发明通过恒流电源驱动感应线圈极板2中磁场线圈可以产生特定强度的磁场，一对相同的感应线圈极板2彼此互相正交，通以同方向电流，当线圈间距为特定间距时，两个载流方线圈的总磁场在轴的中点附近的较大范围内是均匀的。可以产生极微弱的磁场直至数百Gs的磁场，可用于地球磁场的抵消补偿、检测永磁体特性等。磁场与供电电流有很好的线性关系，使用磁场空间有很宽的均匀区，适于制造一维、二维和三维空间组合磁场。
本发明工作原理是先将4个感应线圈极板2通过固定工装或绑带固定在被测设备上，通过第一线缆连接到磁场旋转发生装置1，装置上电并初始化完成后，用户设定合适的转速、正反转方向、磁场偏置、增益值等参数，并启动磁场旋转模拟，主控板根据设定的参数产生两路互相正交的信号，通过内部两路独立V-I电路处理，驱动4个感应线圈模拟产生旋转磁场。同时，主控板控制每组感应线圈极板2工作时的指示灯亮灭，触摸屏上通过柱状图显示4个极板的磁场强度，显示当前旋转磁场的转速、磁场强度值。
图1中，本装置的操作及显示采用7寸的触摸屏，触摸灵敏，操作简单，开启磁场旋转后，可实时显示每个极板上的磁场强度，当前的转速值。磁场旋转过程中可以根据正反转方向控制极板LED指示灯的转动方向。
本装置可以实现±100uT磁场强度内10～600rpm的转速，转速精度1rpm。
磁场旋转方向可通过设置修改，既可以正向旋转，也可以反向旋转，可支持匀速旋转，也可以非均匀旋转，满足不同设备的磁场旋转需求。同时，本装置可以产生恒定的磁场强度，抵消当前地磁场的分量。通过设置合理的两个轴向的磁场偏置值，可以实现合成磁场在不同扇区内的模拟。
如图1所示，本装置磁场旋转发生装置箱体外形结构尺寸为473mm*372mm*191mm，箱体防振、防尘，散热良好，携带方便。本装置感应线圈极板的外形结构尺寸为450mm*90mm*15mm，采用伸缩绑带通过感应线圈极板的线槽将四个感应线圈极板2串联起来，适配不同管径的被测探管检测需求。
本发明是一种对方位成像仪、方位伽马、密度等仪器检测校准的装置；
本装置尺寸小、重量轻，通过伸缩绑带方式串联极板，可适配不同管径被测探管设备的检测及校准；
本装置产生两路互相正交的信号，通过V-I电路驱动感应线圈极板2，模拟被测探管设备工作时的正反转，且转速可调，增益可设；
本装置产生的磁场旋转可以均匀旋转，也可以非均匀旋转；
本装置可以产生恒定的磁场，抵消感应线圈极板中心区的地磁；
本装置可以通过设置两个轴向的增益，控制合成总场在不同扇区的模拟。本装置的结构尺寸小，磁场旋转发生装置箱体尺寸为473mm*372mm*191mm，感应线圈极板的结构尺寸为450mm*90mm*15mm，总重量不大于22kg。便于携带，满足现场的不同管径设备的检测及校准。
本装置操作简单，磁场旋转转速精度高，磁场模拟稳定。
本发明主控电路不局限于嵌入式电路，也可是PC机结合上位机软件实现。
本发明感应线圈极板不局限于本方案中的结构样式，也可以扩展为方形结构尺寸。
本发明一种旋转磁场模拟装置能够产生旋转磁场，实现了对不同尺寸被测探管设备转速及磁场扇区工作状态的检测及校准，方便石油勘探现场对被测探管中磁传感器模块的检测及校准，节省成本，使用方便。
本发明可以匹配不同尺寸的被测探管设备，小型轻便，工作可靠。
本发明实现了设备的小型化，可以准确的检测校准被测探管的转速、总场及扇区磁场等指标功能。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种旋转磁场模拟装置，其特征在于，包括：
磁场旋转发生装置(1)，用于产生旋转磁场所需的电流信号；
四个感应线圈极板(2)，均匀等间距可拆卸设置在被测探管的周向，感应线圈极板(2)上分别设有感应线圈，感应线圈通过第一线缆(4)连接磁场旋转发生装置(1)，产生旋转磁场。
2.如权利要求1所述的旋转磁场模拟装置，其特征在于，还包括固定工装(3)，被测探管可拆卸设置在固定工装(3)上，感应线圈极板(2)设置在固定工装(3)上。
3.如权利要求1所述的旋转磁场模拟装置，其特征在于，所述磁场旋转发生装置包括：
人机交互触摸显示屏，用于设置和显示旋转磁场的参数；
单片机主控板，用于接收并根据设置的旋转磁场的参数产生两路互相正交的电压信号；
信号放大电路，用于接收并放大两路电压信号；
电流驱动电路，将放大的电压信号转换为四个感应线圈极板(2)产生旋转磁场的驱动电流；
电源模块，用于给人机交互触摸显示屏、单片机主控板、信号放大电路和电流驱动电路提供电源。
4.如权利要求3所述的旋转磁场模拟装置，其特征在于，所述系统参数包括：旋转磁场的转速及正反转方向，旋转磁场的偏置、增益值和强度值。
5.如权利要求3所述的旋转磁场模拟装置，其特征在于，所述电源模块包括：AC/DC电源模块，用于将220VAC电源转换为直流电源，直流电源包括：直流正电源和直流负电源，人机交互触摸显示屏、单片机主控板和电流驱动电路连接直流正电源，信号放大电路同时连接直流正电源和直流负电源。
6.如权利要求1所述的旋转磁场模拟装置，其特征在于，所述四个感应线圈极板(2)通过伸缩绑带可拆卸设置在被测探管的周向表面上。
7.如权利要求1所述的旋转磁场模拟装置，其特征在于，所述四个感应线圈极板(2)上均设有LED指示灯。
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