SU1002547A1 - Преобразователь азимута инклинометра - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к промысловой геофизике и может использоватьс  в автономных и кабельных инклинометрах дл  определени  магнитного азимута искривленных скважин.

Известен индукционный датчик магнитного курса, содержащий два ортогональных феррозонда

Недостатком данного датчика  вл етс  невозможность непосредственного определени  азимута без дополнительных вычислений.

Известен также цифровой компас, содержащий генератор, магнитомодул ционный датчик, фазовращатель, сумматор , подключенный к выходам датчика и фазовращател , формирователи импульсов, подключенные входами к сумматору и генератору, а выходами к преобразователю фаза-временной интервал , и подключенный к выходу последнего счетчик С21.

Недостатком этого устройства  вл етс  то, что при применении в нем в качестве магнитомодул ционного датчика ортогональных феррозондов дл  выделени  второй информационной гармонику в схему необходимо ввести избирательный усилитель, настроенный на частоту второй гармоники генератора , включив его после или в состав сумматора, в противном случае схема  вл етс  неработоспособной, так как с выхода сумматора снимаетс  широкий спектр гармоник. При этсэм изменение фазы и коэффициента усилени  избирательного усилител  от воздействи  температуры окружакпцей среды приводит к значительной ошибке

10 в измерении магнитного курса (азимута ). К ошибке приводит воздействие температуры на фазовращатель. Кроме этого, поворот фазы сигнала со стороны сигнальных обмоток феррозондов

15 реально выполн етс  с меньшей точностью , чем со стороны питающей феррозонды цепи.

Наиболее близким к изобр.етению  вл етс  электронный компас, содержа20 щий магнитомодул ционный датчик, представл нхций собой феррозонд кольцевого типа, генератор, удвоитель частоты, два избирательных усилител , два фазовых детектора, два усилител  25 и индикатор 3.

Claims (4)

1. Недостатком известного устройства  вл етс  больша  погрешность измерени  магнитного курса (азимута ) из-за разброса параметров каждой пары из30 бирательных усилителей, фазовых детекторов , усилителей, так как практ чески невозможно сделать эти пары элементов идентичными. В св зи с эт пары элементов имеют разные темпера турнйе уходы, что также ведет к таиибке в определении курса. Кроме этого, к недостаткам можно отнести наличие стрелочного индикатора курс дающего низкую точность индикации и за наличи  трени  в опорах механических узлов и низкую надежность, а также отсутствие цифрового выхода дл  непосредственного подключени  к ЭВМ. Цель изобретени  - повышение точ ности измерени  азимута, Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство снабжено фазовращателем , сумматором, управл емым генератором , преобразователем фазавременной интервал и счетчиком, при этом магнитомодул ционный датчик выполнен в виде двух ортогональных феррозондов, фазовращатель включен между генератором и одним из феррозондов , а сук натор - между сигнальными обмотками феррозондов и фазовь детектором, вход управл емого генератора соединен с выходом усилител  а выходы подключены к фазовому детектору и выходу преобразовател  фаза-временной интервал, второй вхо последнего подключен к удвоителю частоты, а выход - к счетчику. На чертеже представлена функциональна  схема преобразовател  азимута инклинометра. Преобразователь азимута Включает магнитомодул ционный датчик, выполненный в виде двух ортогональных . феррозондов 1 и 2, генератор 3, к выходу «оторого подключен фазовращатель 4, обмотка возбуждени  одног из феррозондов и удвоитель частоты сумматор б, подключенный входами к сигнальным обмоткс1м феррозондов 2 и 1, а ВЫХОДОМ - к фазовому детекто ру 7. Усилитель 8, включенный между фазовым детектором 7 и управл емым генератором 9, один из выходов, кото рого соединен с вторым входом файового детектора 7, преобразователь фаза-временной интервал 10, подключенный входами к удвоителю 5 и гене ратору 9, а - к счетчику 11 Преобразователь азимута работает следующим образом. Генератор 3 возбуждает феррозонды 1 и 2, при ЭТСФ1 обмотка возбужде ни  одного из феррозондов подключена к генератору 3 через фазовращатёЛь 4, осуществл ющий сдвиг сигмал генератора на 45°, Вследствие того, что оси чувствительности феррЬзЬндов взаимно перпендикул рны, ЭДС второй гармоники, навод щиес  в сиг нгшьных обмотках феррозондов под действием переменного магнитного по тока ( от генератора 3 ) и посто нной горизонтальной составл ющей магнитного пол  Земли, пропорциональны по амплитуде синусу и косинусу азимута, причем, так как напр жени  возбуждени  феррозондов 1 и 2 сдвинуты на 45°, ЭДС второй гармоники феррозондов сдвинуты на 90. Напр жени  сигнальных обмоток феррозондов суммируютс  с помощью сумматора б. В результате на выходе сумматора 6 возникает сигнал, который можно представить , учитыва  только вторую гар монику: ЕSf поС sin 2ш-Ь+Е cosot3 nCZ(jut+90°)-ЕCOS(Zu)-t-о(.;, где d - азимут; U) - частота генератор 3/ Е - амплитуда напр жени  второй гармоники. Из выражени  следует, что после сумматора б информацию об азимуте несет не амплитуда, а фаза второй гармоники. Так как в сигнальных обмотках феррозондов 1 и 2, кроме ЭДС второй гармоники, присутствуют ЭДС первой и высыих гармоник, то и сигнал На выходе сумматора представл ет собой сумму гармоник. Дл  выделе-ни  информационного сигнала из спектра гармоник предназначены фазовый детектор 7, усилитель посто нного тока 8, управл емый генератор 9. При отсутствии сигнала на выходе сумматора б выходное напр жение фазового детектора 7 равно нулю, при этом в усилителе 8 вводитс  посто нное смещение выходного сигнала, которое задает некоторую начальную частоту генератора 9, близкую к частоте второй гарлгоники. При подаче сигнала на вход фазового детектора 7, последний сравнивает частоту и фазу входного сигнала с частотой и фазой управл емого генератора 9 и вырабатывает напр жение рассогласо-. вани , св занное с разностью фаз и частот двух сигналов. Напр жение рассогласовани  фильтруетс  интегрирующей цепочкой, вход щей в состав фазового детектора 7 ( н.е показана), усиливаетс  усилителем 8 и поступает на вход управл емого генератора 9. Йод действием управл ющего напр жени  частота генератора 9 измен етс  таким образом, чтобы уменьшилась разность между частотой входного сигнала и начальной частотой генератора 9. Так как начальна  частота генератора 9 достаточно близка к 2 oJ , действие обратной св зи приводит к тому, то управл емый генератор оказываетс  синхронизированным напр жениел второй гармоники, поступающей на вхсЗд фазового детектора 7. После того, как процесс синхронизации закончен, частота гене ратора 9 становитс  равной частоте второД гармоники, а сдвиг фаз между ними имеет конечную малую посто нную величину, необходимую дл  выработки напр жени  рассогласовани , поддерживающего режим синхронизации Таким образом, на выходе генератора 9 воспроизводитс  частота и фаза (. пропорционально азимуту ) полезного сигнала, а сигналы первой и высших гармоник отсутствуют. Напр жени  с выходов удвоител  частоты 5 и генератора 9, фазовый сдвиг между кот рыми пропорционален азимуту, поступают на входы преобразовател  фазавременной интервал 10, который формирует последовательность импульсов с длительностью, пропорциональной азимуту. Импульсы с выхода преобразовател  10 поступают на вход счетчика 11, в котором происходит запол нение временного интервала импульсами высокой частоты с последующим подсчетом последних, а также усреднение , запоминание и регистраци  информации. Предлагаемый преобразователь ази мута инклинометра отличаетс  от известных устройств повышенной точностью измерени  магнитного азимута геофизических скважин за счет введе ни  в него генератора, синхронизируемого с .частотой информационного сигнала. При таком построении схемы температурна  погрешность устройств сводитс  к минимуму и определ етс  лишь конечной фазой между напр жени ми информационной второй гармоники и генератора 9, котора  состав л ет в градусной мере ±0,1-0,15 . Точность устройства определ етс  также точностью фазового сдвига информационных сигналов феррозондов. Как отмечалось, фазовый сдвиг в подобных устройствах можно осуществит более точно со стороны питающей феррозонды цепи, так как реально блок питани  феррозондов строитс  п схеме Генератор-делитель-фазовращатель и дл  повышени  точности может быть выполнен на основе цифровых микросхем, с помощью которых фазовы сдвиг в 45° может быть получен с вы кой точностью и не зависит от часто ты генератора 3, при этом выходные каскады блока питани  могут предста л ть собой усилители-формирователи квазисинусоидальных сигналов С43. Фазовый сдвиг со стороны сигнальной цепи выполн етс  на основе RС-цепочек и имеет большой температурный уход, а следовательно, уменьшает точность устройства. Предлагаемый преобразователь азииута инклинометра, по результатам лабораторных испытаний, измер ет азимут с точностью ±0,6°в интервале .. температур -Ю - . Устройство работоспособно до температуры с сохранением точности при выполнении его на основе широко распространенных элементов. Формула изобретени  Преобразователь азимута инклинометра , содержащий магнитомодул ционный датчик, генератор, удвоитель частоты, фазовый детектор и усилитель, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  азимута, он снабжен фазовращателем, сумматором, управл е ым генератором, преобразователем фаза-временной интервал и счетчиком, при этом магнитомодул ционный датчик выполнен в виде двух ортогональных феррозондов , фазовращатель между генератором и одним из феррозондов, а сумматор - между сигнальными обмотками феррозондов и фазовым детектором , вход управл емого генератора соединен с выходом усилител ,- а выходы подключены к фазовому детектору и преобразователю фаза-временной интервал, второй вход последнего подключен к удвоителю частоты, а выход - к счетчику. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 636480, кл. 01 С 17/30, 1977.
2. 2.Патент США W 3197880, кл. 33-204, опублик. 1965.
3. 3.Авторское свидетельство СССР 495528, кл. 01 С 17/00, 1974.
4. 4.Ломаный В.Д., Ямшанов Ю.А. Применение квазисинусоидального радиочастотного сигнала в квантовыхМ-магнитометрах . - Геофизическа  аппаратура, 1980, вып. 71, с. 9-11.