NO178641B - Dynamometrisk måleinnretning for borerör - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen omhandler en dynamometrisk måleinnretning for boreror omfattende sensorer (20,0,6,70) tildannet i ett med det roterende boreroret, og en forste elektronisk krets (3) til behandling av signalene fra sensorene, idet den elektroniske kretsen (3) er festet til de roterende deler (1), samtidig som sensoren er anordnet i et spor (1) og målesignaler blir overfort til en fiksert del (110,9,81) vha. en sammenstilling av en roterende kollektor (80) og en stasjonær borste, og idet overforingen via sammenstillingen av kollektor (80) og borste (81) finner sted ved null stram.

Description

Dynamometrisk måleinnretning for borerør.

Den foreliggende oppfinnelsen omhandler en dynamometrisk måleinnretning for borerør.

Under- fremskaffelse av en dynamometrisk måleinnretning for å måle krefter og spenninger som påføres et borerør, består ikke hovedproblemet i å gjøre målingene, men derimot å overføre disse under optimale forhold til datainnsamlingsen-heten som foretar behandlingen av dem. Tatt i betraktning lengden av kablene som knytter måleenheten til datainn-samlingsenheten, er det således essensielt å beskytte seg mot alle tenkelig årsaker til forringelse av de signalene som skal overføres.

Det er videre nødvendig å overføre de elektriske signalene fra den roterende sammenstillingen som utgjøres av.bore-strengen, til et stasjonært referansepunkt som utgjøres av masten.

Og endelig er det nødvendig å gjøre foranstaltninger for å forhindre de overførte signalene fra å bli forstyrret under overgangen fra de bevegelige delene til de fastholdte delene.

Et første formål med oppfinnelsen er derfor å imøtegå i det minste en av disse ulempene.

Dette formålet oppnås ved at den dynamometriske måleinnretningen for et borerør bmfatter sensorer som er festet til det roterende røret, og elektronikk for behandling av signalene fra disse sensorene, idet denne elektronikken er festet til de roterende delene, sensorene er plassert i et spor og målesignalene blir overført til en fastholdt del vha. en sammenstilling av en roterende kommutator-fastholdt børste, idet overføringen via kommutator-børste-sammenstillingen utføres ved null strøm.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen blir målesignalene fra hver sensor overført vha. en kanal som utgjøres av et uavhengig spor og et jordet spor, idet hver av de to sporene er i kontakt med et dobbelt børstepar, hvor hver børste har en karakteristisk resonansfrekvens.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen omfatter anordningen sensorer for måling av trekkraft, torsjon, langsgående og tverrgående akselerasjoner, temperatur og borerørets rotasj onshastighet.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å besørge et kompromiss mellom manøvrerbarhet og plassering av elektronikken.

Dette formålet oppnås vha. det faktum at elektronikken som er festet til de roterende delene og koblet mellom sensorene og den roterende kommutatoren, ved hver målekanal utgjøres av forsterkerledd med lav utgangsimpedans.

Ifølge et annet trekk besørges kraftforsyningen til den rotasjonsdrevne elektronikken vha. to tilleggskanaler.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å oppnå en signifikant forbedring av den sensorinformasjon som kan utnyttes.

Dette formålet oppnås vha. det faktum at en andre elektronisk krets monteres på den fastholdte delen som er forbundet med børstene, idet denne elektroniske kretsen ved utgangssiden av hver børste omfatter et ledd med følgeforsterkere med meget høy inngangsimpedans.

Et annet formål med oppfinnelsen er å begrense antallet kompatible kanaler til et minimum mens høyeste kvalitet på signalanalysen opprettholdes.

Dette formålet oppnås vha. det faktum at den andre elektroniske kretsen ved utgangssiden av hver følgeforsterker omfatter en utskillingskrets for DC-komponenten og en

utskillingskrets for AC-komponenten til signalet.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen omfatter utskillings-kanalen for DC-komponenten et lavpassfilter med grensefrekvens på 10 kHz, i serie med en linjeforsterker.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen omfatter utskillings-kanalen for AC-komponenten en kondensator for fjerning av DC-komponenten, i serie med et variabelt båndpassfilter med en grensefrekvens på mellom 0,1 Hz og 1 kHz, i serie med linjeforsterkeren.

Et formål med oppfinnelsen er å danne en anordning som er pålitelig, tett og flammebeskyttet.

Dette formålet oppnås ved at sammenstillingen er montert i et område som er avgrenset ved sine ender vha. øvre og nedre ringer som er montert slik at de kan rotere mht. borerøret og danner en tetning, og en sylinderformet kappe med en lengde tilsvarende avstanden mellom nedre og øvre ring, slik at det dannes et tett ringformet rom mellom borerøret og kappens inns ide.

Andre trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå tydeligere under lesning av beskrivelsen- som følger nedenfor, under henvisning til de tilføyde tegninger i hvilke: Figur 1 gir et oversiktsriss av den dynamometriske måleinnretning en ; Figur 2 viser et blokkskjema over sammenstillingens elektriske og elektroniske komponenter; Figur 3A viser et diagram for den roterende elektroniske kretsen som befinner seg på inngangssiden til børste-kommutator; Figur 3B viser diagrammet for den stasjonære elektroniske kretsen som befinner seg på utgangssiden til børste-kommutator; Figur 4 viser diagrammet for kraftforsyningsdelen til den elektroniske kretsen.

Den dynamometriske måleinnretningen er plassert på et borerør 1 i et område avgrenset av en øvre ring 110 som vha. et lager 11 er montert slik at den kan rotere og danner en tetning mht. røret. På samme måte er en nedre ring 120 vha. et lager 12 montert på røret 1 slik at den kan rotere. En kappe 100 blir så ført på plass slik at det dannes et tett rom som er avgrenset av den øvre ringen 110, den nedre ringen 120 og kappens 100 innside.

På innsiden av det ringformete rommet mellom kappen 100 og røret 1 er det i et spor 10 på røret 1 plassert trekkraft-målere 60,61, et par målere 70,71 som danner en torsjons-måler, en temperaturmåler 50, et par lengdeakselerometre 20,21, og tre tverrakselerometre 40,41,42. Hver av disse målerne utgjør en målekanal. En elektronisk krets 3 for prosessering av signalene fra disse forskjellige sensorene er montert på innsiden av det området som er avgrenset av ringene, og er festet til borerøret 1. Et sett med- spor som danner en roterende kommutator 80 er festet til røret 1 over sporet 10. Hver målékanal har hvert sitt par med spor. For hvert av parene med spor blir signalene som er fremskaffet av disse, tatt opp av to børstepar som er assosiert med hver. kanal og som har henvisningstallet 81. Innretningen 81 for opplagring av børste er festet til den øvre ringen 110 som selv er festet til den stasjonære delen vha. en roterende stansearm, hvilken stasjonære del utgjøres av boremasten. Børstene er koblet til en andre elektronisk krets for behandling av signaler fra hver av målekanalene, fra hvilke kanaler signalene blir matet via en sammenkobler 90 til en kraftledning bestående av N par som individuelt er skjermet av en ytre skjerm for N/2 målekanaler. Signalene som leveres av sensorene 20,40,70,60 blir matet til en første elektronisk krets 3 som befinner seg på inngangssiden av den roterende kommutator 80 og den stasjonære børstesam-menstillingen 81. Signalene som fanges opp av den stasjonære børsteanordningen 81 blir matet til en elektronisk krets- 9 som befinner seg på utgangssiden av disse signalene, og signalene fra denne elektroniske kretsen blir matet til en ADF-sammenkobler 90 for overføring til den beskyttede kabelen. I tillegg til hver målekanal som utgjøres av et par spor i den roterende kommutatoren, omfatter sammenstillingen av kommutator-børste ytterligere to par spor med det formål å overføre forsyningen fra den stasjonære elektroniske kretsen til sensorene og den roterende elektriske kretsen 3, slik at disse får sitt kraftbehov dekket.

Et første par spor i kommutatoren 80 er sammenkoblet vha. en kondensator 395, som vist i fig. 4. Dette paret med spor frembringer på ene siden en spenning på +12 volt og på den andre siden jordspenning til den roterende elektroniske kretsen. Paret med spor er koblet til et dobbelt par børster 81 som er koblet til endene på en kondensator 955, som selv er koblet i parallell til endene på en kondensator 954. Denne kondensatoren 954 er koblet på den ene siden til utgangen av en reguleringskrets 953 og på den andre siden til en av endene på en kondensator 952, hvis andre_ende er koblet til inngangen på reguleringskretsen 953. En annen kondensator 951 er også koblet i parallell mellom endene til kondensatoren 952. Endelig er en selvbeskyttende anordning 950 koblet i parallell med<s>endene til kondensatoren 951, og fra sammenkobleren 90 mottar den på den ene siden en forsyning på +18 volt, mens den på den andre siden er koblet til jord.

En krets identisk til den som er vist i fig. 4 og som har henvisningsnummeret 96 vil utgjøre den negative forsyningen på -12 volt som er nødvendig for å drive sensorene og den roterende elektroniske kretsen 3.

En målekanal i anordningen som utgjør den elektroniske kretsen 3 som befinner seg på inngangssiden er vist i fig. 3A. Denne målekanalen omfatter en måler 20 som f.eks. er dannet av en Wheatstone bro som igjen er dannet av en kombinasjon av fire motstander 20,31,32,33. Denne broens diagonal er på den ene siden koblet til den positive enden, og på den andre siden til den negative enden av en differensialforsterker 34, mens den andre diagonalen til denne Wheatstone broen på den ene siden er koblet til en +12 volt forsyning og på den andre siden til en -12 volt forsyning. Differensialforsterkerens 34 utgang er koblet til den positive inngangen på en andre differensialforsterker 35 fra hvilken utgangen er koblet i sløyfe tilbake til forsterkerens negative inngang. Denne andre forsterker 35 utgjør et følgeledd med meget lav utgangsimpedans. Utgangen fra denne forsterkeren 35 mates inn på en ring i kommutatorsammenstil-1ingen 80, idet den andre ringen til kommutatoren som danner målekanalen er koblet til jord.

Signalet som fremskaffes av ringparet blir tatt opp av et dobbelt børstepar 81, se fig. 3B, og blir matet til den positive inngangen på en differensialforsterker 91 fra hvilken utgangen føres i sløyfe tilbake til sin negative inngang. Utgangen fra denne forsterkeren 91 mates på den ene siden til en krets 92 for utskillelse av DC-komponenten, og på den andre siden til en krets 94 for utskillelse av AC-komponenten til målesignalet. Disse leddene følges av en linjeforsterker og et beskyttelsesledd. Forsterkeren 91 danner et følgeledd med meget høy inngangsimpedans. Kombinasjonen av følgeledd med lav utgangsimpedans og følgeledd med meget høy inngangsimpedans plassert hen-holdsvis på inngangs- og utgangssiden av sammenstillingen av kommutator-børste, sikrer at overføringen av målesignaler skjer ved null strøm. Dette muliggjør bruken av et relativt bredt passbånd og nøyaktigheten av målingene opprettholdes, skjønt den vesentligste støykilden i den dynamometriske måleinnretningen utgjøres av i hvilken grad skivene og børstene til kommutatoren er urene eller slitte. Videre vil utskillelsen av DC-komponentene og AC-komponentene og den endelige forsterkningen av den sistnevnte før overføring muliggjøre en signifikant forbedring av den informasjonen som senere skal utnyttes. Utskillingsdelen for DC-komponentene til målesignalene utgjøres av en integrerende krets som er dannet av en motstand 920 koblet i serie med en kondensator 921 mellom utgangen til forsterkeren 91 og jord. Sammenkoblingspunktet til motstanden 920 og kondensatoren 921 er koblet til den positive inngangen på en linjeforsterker 930 fra hvilken utgangen er koblet i sløyfe tilbake til forsterkerens negative inngang. Utgangen fra linjeforsterkeren mates til en motstand 931 fra hvilken utgangen er koblet på den ene siden til sammenkobleren 90 og på den andre siden til jord via et beskyttelseselement 932, slik som f.eks. en Zener diode. Kretsen 94 for utskillelse av AC-komponenten er dannet av en kondensator 940 som er koblet til utgangen fra forsterkeren 91. Den andre siden av denne kondensatoren 940 er koblet til jord gjennom en krets som er dannet av en motstand 941 i serie med en kondensator 943. Sammenkoblingspunktet til motstanden 941 og kondensatoren 943 er på den ene side koblet gjennom en motstand 942 til den negative inngangen til en differnsialforsterker 945, og på den andre side koblet gjennom en motstand 947 til utgangen fra denne forsterkeren 945. Utgangen fra forsterkeren 945 er også gjennom en kondensator 946 koblet_i sløyfe tilbake til forsterkerens negative inngang. Den positive inngangen til forsterkeren 945 er gjennom en motstand 944 koblet til jord. Utgangen fra denne forsterkeren 945 mates til et lavpassfilter som er dannet av en motstand 922 koblet gjennom en kondensator 923 til jord. Sammenkoblingspunktet til motstanden 922 og kondensatoren 923 er koblet til den positive inngangen på en linjeforsterker 930 hvis utgang er koblet i sløyfe tilbake til forsterkerens negative inngang. Utgangen fra denne forsterkeren mates til en motstand 931 som på den ene siden er koblet til sammenkobleren 90, og på den andre siden er koblet til jord gjennom en sikring 932. Kondensatoren 940 gjør det mulig å eliminere DC-komponenten til signalene, og kretsen som dannes av forsterkeren 945 , motstandene 941,942,944,947 og kondensatorene 943,946 danner et båndpassfilter hvis grensefrekvens ligger mellom 0,1 Hz og 1 kHz.

Utskillelsen av DC-komponentene og AC-komponentene og den endelige forsterkningen av sistnevnte før overføring,

muliggjør en signifikant forbedring av den informasjonen som etter målinger kan forventes å bli utnyttet. F.eks. vil den adskilte transporten av DC-komponenten og AC-komponenten som er forsterket 300 ganger gjøre at man kan forvente et

signal-over-støy forhold som er 300 ganger større etter overføring.

Under antagelse av at denne AC-komponenten senere behandles av en digital enhet, vil dette representere en ikke-neglisjerbar økning i oppløsning, noe som er gjort mulig vha. metoden for å adskille signalets AC- og DC-komponenter.

Adskillelsen av DC- og AC-komponentene utføres ved utgangssiden av kommutatoren for å redusere antallet kommutator-ringer og således anordningens volum og kostnader.

Anordningen som er konstruert på denne måten resulterer i et mindre plassbehov, et minimum antall deler og optimal pålitelighet og målekvalitet.

Endelig vil det faktum at det er like mange linjeforsterk-ere tilstede som det er kanaler til overføring ved inngangssiden til sammenkobleren 90, gjøre det mulig å forbedre de overførte signalers karakteristika og i særdeleshet å redusere støynivået under overføringen, spesielt etter hvert som utstyret eldes. Videre vil de beskyttelsespartier som er anbragt enten ved utgangspartiet, dvs. etter linjefor-sterkerne, eller ved kraftinngangspartiet, beskytte utstyret mot skader i felten eller ganske enkelt mot forstyrrelser som oppstår fra lyn eller fra veksling i store elektriske maskiner som er plassert i nærheten.

Andre utførelsesformer av oppfinnelsen vil innenfor rammen av denne være tilgjengelig for fagmannen.

Claims (10)

1. Dynamometrisk måleinnretning for et borerør omfattende sensorer (20,40,60,70) som er festet til det roterende borerøret (1) og en første elektronisk krets (3) til behandling av signalene fra disse sensorene, karakterisert ved at den elektroniske kretsen (3) er festet til de roterende delene (1), sensorene er plassert i et spor (10), målesignalene overføres til en fastholdt del (110,9,81) vha. en sammenstilling av roterende kommutator (80)-fastholdt børste (81), idet overføringen via kommutator (80)-børste (81)-sammenstillingen utføres ved null strøm.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at signalene fra hver målekanal fremskaffet fra hver sensor eller måler overføres vha. et uavhengig spor i kommutatoren og et jordet spor.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at kraftforsyningen til den rotasjonsdrevne elektronikken (3) besørges vha. to tilleggskanaler.

4. Anordning som angitt i kravene 1 til 3, karakterisert ved at elektronikken som er festet til de roterende delene og tilkoblet mellom sensorene (20,40,60) og den roterende kommutatoren (80), ved hver kanal har et forsterkerledd (35) med lav utgangsimpedans.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at den omfatter sensorer for måling av trekkraften (70,71), torsjonen (20,21), den langsgående akselerasjonen (40,41,42), den tverrgående akselerasjonen (50), temperaturen og borerørets rotasjons-hastighet.

6. Anordning som angitt i et av kravene ovenfor, karakterisert ved at en andre elektronisk krets (9) er montert på den fastholdte delen tilknyttet børstene (81), idet denne elektroniske kretsen ved utgangssiden til hvert av børsteparene (81) omfatter et følgefor-sterker ledd (91) med meget høy inngangsimpedans.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at den andre elektroniske kretsen ved utgangssiden til hver følgeforsterker (91) omfatter en utskillingskrets for DC-komponenten og en utskillingskrets for AC-komponenten til signalet.

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at utskillingskretsen for DC-komponenten omfatter et lavpassfilter (920,921) med grensefrekevens på 10 kHz, i serie med en linjeforsterker (930) og et beskyttelseselement (932).

9. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at utskillingskretsen for signalets AC-komponent omfatter en kondensator (940) til fjerning av DC-komponenten, i serie med et variabelt båndpassfilter med grensefrekvens på mellom 0,1 Hz og 1 kHz, en linjeforsterker (930) og en beskyttelseskrets (932) .

10. Anordning som angitt i et av kravene ovenfor, karakterisert ved at sammenstillingen er montert i et område avgrenset ved sine ender vha. øvre (110) og nedre (120) ringer som er montert slik at de danner en tetning og kan rotere i forhold til borerøret (1), og en sylinderformet kappe (100) med en lengde tilsvarende avstanden mellom den øvre (110) og den nedre (120) ringen slik at det dannes et tett ringformet rom mellom borerøret og innsiden av kappen.