SU1579990A1 - Феррозондовый преобразователь угла наклона скважины - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к промысловой геофизике и позвол ет повысить точность определени  угла наклона скважины за счет уменьшени  погрешности от нелинейности преобразовани . Сущность: преобразователь снабжен жестко закрепленными в корпусе двум  дополнительными взаимно перпендикул рными катушками индуктивности, магнитные оси которых расположены под углом 45° относительно магнитных осей основных катушек и размещены с ними в одной плоскости. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к промысловой геофизике и предназначено дл  определени  угла наклона искривленной скважины.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  угла наклона за счет уменьшени  погрешности от нелинейности преобразовани .

На чертеже приведена структурна  схема феррозондового преобразовател  угла наклона скважины.

Феррозондовый преобразователь содержит корпус 1 и установленные в нем наружную 2 и внутреннюю 3 рамки, составл ющие кардакный подвес. На рамках 2 и 3 закреплены ма тники 4 и 5, На внутренней рамке 3 в ее плоскости и перпендикул рно ее оси вращени  размещен феррозонд 6. В корпусе 1 в его пазах (не показаны) жестко закреплены две взаимно перпендикул рные основные катушки 7 и 8 индутивности , магнитные оси которых расположены под углом 45° относительно оси-чувствительности феррозонда 6. Кроме того, в корпусе 1 также в пазах жестко закреплены две взаимно перпендикул рные дополнительные катушки 9 и 10 индуктивности, магнитные оси которых расположены под угло 45е относительно магнитных осей основных катушек 7 и 8 и размещены с , ними в одной плоскости. Таким образом , магнитные оси катушек 7-10 расположены под углом 45 по отношению одна к другой, а магнитна  ось одной из этих катушек всегда совпадает с осью чувствительности феррозонда 6

5

0

5

0

5

0

5

при наклонах на угол, равный К т,

где К 0, 1, 2, 3 - номер катушки.

Обмотка возбуждени  феррозонда 6 подключена к выходу первого усилител  11 мощности, вход которого соединен через полосовой фильтр 12 с первым выходом делител  13 частоты. Вход последнего подключен к выходу генератора 14. Сигнальна  обмотка феррозонда 6 подключена через полосовой фильтр 15, первый фазовый детектор 16, первьй интегратор 17, разделительный конденсатор 38, второй фазовый детектор 19, второй интегратор 20, компаратор 21, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22 к входу светодиодных индикаторов 23, кроме этого, выход второго интегратора 20 непосредственно соединен с входом АЦП 22. Второй выход делител  частоты 1 3 подключен к тактирующему входу первого фазового детектора 16. Третий выход делител  13 частоты подключен к тактирующему входу второго фазового детектора 19 и к входу второго усилител  24 мощности, а четвертый выход подключен к управл ющим входам коммутатора 25. Выход второго усилител  24 мощности подключен чет рез коммутатор 25 к катушкам индуктивности 7-10 и к входу блока 26 индикации сектора измерений.

Преобразователь работает следующим

образом. 1

В наклонной скважине под действием ма тника 4 наружна  рамка 2, поворачива сь , устанавливает ось вращени  внутренней рамки 3 перпендикул рно плоскости наклона скважины. При этом ппоскость внутренней рам- ки 3, на которой закреплен феррозонд 6, с помощью ма тника 5 сохран ет горизонтальное положение. Основные 7 и 8 и дополнительные 9 и 10 катушки индуктивности жестко закрепленные с корпусом 1, измен ют свое положение относительно оси чувствительности феррозонда 6 пропорционально синусу угла наклона скважины.

С выхода делител  13 частоты через второй усилитель 24 мощности низкочастотный ток с частотой f поочередно подаетс  в катушки 7-10 индуктивности , в которых создаетс  переменное магнитное поле, проекци  вектора которого на ось чувствительности феррозонда 6 пропорциональна синусу угла наклона скважины.

Высокочастотное напр жение с генератора 14 через делитель 13 частоты, полосовой фильтр 12, первый усилитель 11 мощности питает феррозонд с

частотой f

В

Выделение второй

гармоники выходного сигнала осуществл етс  полосовым фильтром 15. Детектирование осуществл етс  первым фазовым детектором 16 тактируемой частотой 2fB. Пульсирующее модулированной частотой fH напр жение сглаживаетс  первым интегратором 17. Посто нна  времени последнего выбираетс  такой, что происходит сглаживание высокочастотного напр жени  второй гармоники , но в то же врем  не подавл етс  низкочастотное напр жение с частотой fH, Затем пульсирующее напр жение с выхода первого интегратора 17 подаетс  через разделительный кондеи - сатор 18, второй фазовый детектор 19, тактируемый низкочастотным напр жени-г ем, на второй интегратор 20, на выхогу де которого устанавливаетс  посто нное напр жение

Uk K-H-sinCQ kp) } (1)

где К - константа преобразовани , завис ща  от конструкции датчика , параметров тракта преобразовани  сигнала, числа витков катушек;

Н -напр женность магнитного пол , создаваемого катушкой;

Г

б - угол наклона; k - номер катушки индуктивности; р - угол между катушками индуктивности .

Рассмотрим такое соотношение Q и при котором выполн етс  условие

0 - k р ё Ы.

Выберем значение х таким, чтобы

выполн лось соотношение:

sin х л х.

В этом случае,выражение (1) можно переписать как

U

k

К

Н-/6- kp/. (2)

Как видно из выражени  (2), выходное напр жение пр мо пропорционально измер емому углу 9

в - Р

Выходной сигнал U . далее подаетс  через АЦП 22 на вход индикаторов 23 и на вход компаратора 21, имеющего

опорные напр жени  -Uоп и +U

oft

Эти

напр жени  равны по величине напр жению , снимаемому с выхода второго интегратора 20 при отклонении вектора напр женности магнитного пол  k-й катушки индуктивности от оси чувствительности феррозонда соответственно на углы -р/2 и р /2,

Если выходное напр жение лежит в пределах -Uon U ё -t U on, то включаетс  компаратор 21, выход которого разрешает работу АЦП 22.

В рассматриваемом случае имеют четыре катушки индуктивности, следовательно , угол р определ етс  из соотношени 

л 360° /

Р -z 45 I 2п )

где п - количество катушек индуктивности .

Погрешность измерени , обусловленна  аппроксимацией функции sinp/2 пр мой линией, равна

А& р/2 - sin р/2 7/8 - - sin 7/8 % 34 23.

Задава сь погрешностью дб , можно определить необходимое количество катушек индуктивности.

Блок 26 индикации сектора измерений представл ют собой п светодиодов и особенностей не имеет.

Индикатор 23 представл ет собой блок семисегментных светодиодных матриц.АЦПс22 может быть выполнен на микросхеме К572ПВ2.

Предлагаемый преобразователь обладает по сравнению с известным повышенной точностью измерени  за счет устранени  зоны нечувствительности1 простотой конструкции, за счет исключени  вычислительного устройства. При увеличении числа дополнительных катушек до четырех или шести , что не представл ет больших трудностей, погрешность от.-нелинейности аппроксимации может быть уменьшена до 10 - 4. Введенные дополнительные элементы  вл ютс  стандартными и незначительно усложн ют схему преобразовани  и при этом позвол ют исключить вычислительное устройство, выполн ю0

5

0

5

щее алгоритм определени  арктангенса от результата операции делени  одного сигнала на другой.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Феррозондовый преобразователь угла наклона скважины, содержащий корпус и установленные в нем наружную и внутреннюю рамки, феррозонд, размещенный на внутренней рамке, две жест ко закрепленные в корпусе взаимно перпендикул рные основные катушки индуктивности , магнитные оси которых расположены под углом 45° относительно оси чувствительности феррозонда, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  угла наклона за счет уменьшени  погрешности от нелинейности преобразовани , он снабжен жестко закрепленными в корпусе двум  дополнительными взаимно перпендикул рными катушками индуктивности , магнитные оси которых расположены под углом 45 относительно магнитных осей основных катушек и размещены с ними в одной плоскости.