SU1615347A1 - Преобразователь азимута - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к промысловой геофизике и предназначено дл  определени  магнитного азимута. Цель - повышение точности за счет исключени  вли ни  на результат измерени  азимута разности фаз между сигналами феррозондов и опорным сигналом. Преобразователь азимута содержит синусно-косинусный датчик 1 в виде двух ортогональных феррозондов 1-1 и 1-2, с входами возбуждени  которых через делитель 3 частоты св зан первый вход генератора 2. Сигнальные выходы феррозондов подключены к первому и второму входам коммутатора 4, третий вход которого соединен с общим проводом, а выход - с первым входом фазовращател  (Ф) 5. Кроме того, преобразователь содержит избирательный усилитель 6, блок (Б) 7 интервалов времени, Б 8 управлени  и фазовый манипул тор (М) 9. Первый выход Б 8 подключен к управл ющим входам коммутатора 4 и Б 7. С вторым выходом генератора 2 соединен вход М 9, управл ющий вход которого подключен к второму выходу Б 8. На второй вход Ф 5 подаетс  опорный сигнал, фаза которого измен етс  М 9. Усилителем 6 выдел етс  информационна  гармоника, фаза которой определ етс  отношением входных сигналов Ф 5 и преобразуетс  в пропорциональную длительность импульса в Б 7. По величине измеренной длительности определ ют азимут. 4 ил.

Description

sinZCjJ sin2Cf(-cosC + sinV) . (5)

Щ arctg u 7u rK cSsif - o725 sin2tp з1п2с Тсозф+ sin(j))

или при малых q (в пределах 0-tO) &W 0,5 .K sin2W(-cosl,J+

Iи vTi

+ sin(|J)cos Cf ut

.Зако« изменени  погрешности достаточно сложен и зависит от отношени  амплитуд сигналов датчиков и опорного сигнала, от расстройки фазовращател  (), а также от величины самого измер емого угла, причем перечисленные параметры существенно завис т от температуры, поэтому указанную погрешность скомпенсировать весьма сложно.

25 налом генератора. Допустим, что фаза опорного сигнала на входе RC-фазо вращател  равна В,

о U,

3(

Тогда, при подаче на КС-фазовращатель сигналов датчика U и U фаза его выходного сигнала примет значени 

(7)

(UomK(cosPel K sin 5)+UmsinC})(.:: sintp)

Cps arctg OjKCrco s o-sinjj;)-U;sinV(cosq 4- К sinCf)

y6mK(cos oi K sin§o)+UmCOS(K cosCf- sint).

j-V ---I f

Ц)р arctg )Если теперь измерить значени  фазы выходного сигнала RC-фазовращател  по отношению к нулевой фазе сигнала генератора, т.е. опорного сигнала, определить разности (Cfg-Ч) tPs

Up,cos(jJ(cosq 4- к sinCl)

(8)

(tp(,-(pp), (CPi-tf) и решить совместно Зфавнени  дл  первой и второй пары разностей, то в результате можно оп д« ределить относительные значени  сиг налов синусно-косинусного датчика

Umsin(i К sinJpв - ts(( . и;; tg( - tg((,)4-4,)

Um2°s - -5 . sia& ±-tSi lMltSl lM 2§ -0 Un«sinU 4-„ЛР 10- - t- (№-(OJ

Ч tgCCJ c-M o) - tg jffe o

(9)

(10)

которые однозначно определ ют иско- мую величину угла поворота датчика CsinPo-b ts(tp5iq o)-ts(tf5-M 2 EflirtSl s. dD

arctg - ;-;--; g() tg()cosp,tg(q),-(f,)-tge{.L-cp,)

В предлагаемом преобразователе производитс  измерение фазы опорного

20 сигнала, поступающего на RC-фазовращатель . При этом фаза опорного сигнала , подаваемого на блок 7 интервалов времени, остаетс  неизменной и равной нулю. Опорный сигнал синфазен с налом генератора. Допустим, что фаза опорного сигнала на входе RC-фазо- вращател  равна В,

о U,

3(

Тогда, при подаче на КС-фазовращатель сигналов датчика U и U фаза его выходного сигнала примет значени 

(7)

sinC})(.:: sintp)

UmCOS(K cosCf- sint).

Up,cos(jJ(cosq 4- к sinCl)

(8)

(tp(,-(pp), (CPi-tf) и решить совместно Зфавнени  дл  первой и второй пары разностей, то в результате можно оп ределить относительные значени  сигналов синусно-косинусного датчика

(9)

(10)

1615347

Полученный результат не зависит шг - от расстройки RC-фазовратател , ни от фазового сдвига Cf; между сигналами и, следовательно, инвариантен к их температурным изменени м. Тем са- мым достигаетс  цель изобретени  - повышение точности измерени ,

В отличие от известных устройств в предпагаемом преобразователе азимута |п производитс  измерение и преобразование сигналов синусно-косинусного датчика при изменении фазы опорного сигнала, что дает возможность полу8

усилителем 6. Последний кроме того, вьщел ет основную гармонику опорного сигнала, подаваемого на вход RC-фазОВРащател  с выхода фазового манипул тора 9, в результате чего на выходе избирательного усилител  6 возникает синусоидальный сигнал, фаза которого по отношению к фазе опорного сигнала, поступающего на вход блока 7 интервалов времени, содержит измерительную информацию. В блоке 7 интервалов времени разность фаз между выходным сигналом избирательного уси --- v ijuii-j пл. najiijn

чить большую точность измерени  путем ,5 лител  6 и опорным сигпалом преоб- исключени  из результата вли ющих разуетс  во временные интервалы, пос- факторов. Это стало возможным за счет тупаюгще на выход преобразовател  введени  в схему преобразовател  фа- Процесс работы преобразовател 

I зового манипул тора, который по сигна- состоит из одинаковых циклов каждый

I лам блока управлени  скачкообразно 20 измен ет фазу опорного сигнала, поступающего на RC-фазовращатель.

Преобразователь азимута работает следующим образом.

Генератор 2 (фиг„1) вырабатывает 25 ную обмотку Феррозонда с кс-фазовГа - непрерывный периодический сигнал пр . Щателем 5, на второй вход которого моугольной или синусоидальной формы, поступает опорный сигнал с нулевой

Частота основной гармоники генератора

2 с помощью делител  3 частоты делитс  на два В делителе 3 частоты ЗО

I сигнал также усиливаетс  до получе|ни  мощности, необходимой дл  возбуж|дени  феррозондов 1-1 и 1-2. Феррозонды вырабатьшают полигармонические

35

из которых делитс  на шесть подцик- лов. Смена подциклов осуществл етс  с помощью блока 8 управлени . В первом подцикле коммутатор 4 по сигналу с блока 8 управлени  соедин ет сигналь , ( .п.1 пал с нулевой

фазой (П 0). Информационна  гармоника феррбзонда и опорный сигнал, приведенные к выходу избирательного усилител  6, имеют вид соответственно

„ sintot +Cf),

;сигналы, в составе которых втора  : гармоника имеет информащюнный ха |рактер и вьщел етс  избирательным

и

VsinCOt.

(12)

Фаза выходного сигнала избирательного усилител  6 принимает значение

(P.M , t|)ь arctg У.«2I5-i- t1 B(K cosCf -lsin(0.

omK - UHn,cos(f + К sin(f)

Фаза выходного ного усилител 

о Uon,«in(0)t ).

(14)

где (Jl(j- собственный сдвиг фазы избирательного усилител  6. Во втором Подцикле с помощью фазового манипул тора 9 измен етс  фаза опорного сиг- 45 фаза выходного сигнала избиратель- Нала на величину ,,, он принимает вид ного усилител  6 становитс  равной

. arctg ii9.(cosf i K sinMiU«ira(K;cos - sM).

(K )-U,,(cos(f 4- к sin(|)

Третий и четвертьт подциклы проте ка-даетс  сигнал со второго феррозон1 т аналогично и соответствуют пер-да 1-2. В третьем и четвертом подвому и второму подциклам, однако вцикдах работы преобразовател  фаза

гечение их на RC-фазовращатель 5 по-сигнала на выходе RC-фазовращател  5

55пЬинимает значени  соответственно

,.Cf, . arctg .m(.(fi ,

Dm

- W.

8

усилителем 6. Последний кроме того, вьщел ет основную гармонику опорного сигнала, подаваемого на вход RC-фазОВРащател  с выхода фазового манипул тора 9, в результате чего на выходе избирательного усилител  6 возникает синусоидальный сигнал, фаза которого по отношению к фазе опорного сигнала, поступающего на вход блока 7 интервалов времени, содержит измерительную информацию. В блоке 7 интервалов времени разность фаз между выходным сигналом избирательного уси--- v ijuii-j пл. najiijn

лител  6 и опорным сигпалом преоб- разуетс  во временные интервалы, пос- тупаюгще на выход преобразовател  Процесс работы преобразовател 

состоит из одинаковых циклов каждый

ную обмотку Феррозонда с кс-фазовГа - Щателем 5, на второй вход которого поступает опорный сигнал с нулевой

из которых делитс  на шесть подцик- лов. Смена подциклов осуществл етс  с помощью блока 8 управлени . В первом подцикле коммутатор 4 по сигналу с блока 8 управлени  соедин ет сигнальную обмотку Феррозонда с кс-фазовГа - Щателем 5, на второй вход которого поступает опорный сигнал с нулевой

, ( .п.1 пал с нулевой

фазой (П 0). Информационна  гармоника феррбзонда и опорный сигнал, приведенные к выходу избирательного усилител  6, имеют вид соответственно

„ sintot +Cf),

и

VsinCOt.

(12)

lsin(0.

Фаза выходного сигнала избирательного усилител  6 принимает значение

(13)

о Uon,«in(0)t ).

(14)

аза выходного сигнала избиратель- о усилител  6 становитс  равной

(16

с,,(р„, ..f а.с., j...&l.M M-t-|.I -Se|it:-4 ;u , Cf,, (П,

В п том подцикле коммутатор 4 соедин ет RC-фаэовращатель 5 с общим проводом , при этом фаза опорного сигнала имеет нулевое значение (/3j 0). Фаза сигнала на выходе избирательного усилител  6 становитс  равной

1..

(Р arctg ,

где К G3RG.

В шестом подцикле по сигналу блока 8 управлени  блок 7 интервалов времени переключаетс  с выхода избирательного усилител  6 на выходе фаз ового манипул тора , который снова измен ет фазу опорного сигнала на величину RQ. В этом случае блок 7 интервалов време- . ни воспринимает сигналы с относительным фазовым сдвигом, равным

.

У4(т V.m

arctg

(i-f5)I ts 9 ziAl 22s№tg,()3 ,,,, sin( tg(3-p5)-tg()(,) tg(2-«5f)J

представл ющее собой тангенс некоторого угла. HO, поскольку оси чувствительности феррозондов ортогональны и с помощью, например, подвижных рамок с грузами устанавливаютс  в горизонтальную плоскость, то амплитуды вторых информационных гармоник измен ютс  по законам

«т . и,2,. . (22)

где Oi магнитный азимут, а отношение (21) однозначно определ ет азимут как

Ujim , (23):

6 arctg

и

iZm

Конечный результат не зависит ни от расстройки фазовращател  5, ни от относительного фазового сдвига сигналов феррозондов. Нар ду с этим исключаетс  вли ние фазового сдвига (0, вносимого избирательным усилителем 6, благодар  вычислению разностей

(С ,- Рр, () 3- « Функциональные блоки преобразова - тел  азимута работают следующим образом .

В блоке 7 интервалов времени относительные фазовые сдвиги , - 9 преобразуютс  в длительности импульсов, значение которых определ етс  - по формуле

«; -3654- .

(20)

где i - номер подцикла.

При этом широтно-модулированные импуль15 сы в каждом подцикле поступают на выход блока 7 интервалов времени с некоторой выдержкой времени, задаваемой в блоке 8 управлени  и необходимой дл  завершени  переходных процес20 сов в RC-фазоврагдателе 5 и избирательном усилителе 6. После измерени  длительности выходных импульсов и обработки информации в условных кодах согласно алгоритму (11) определ етс  От25 ношение

На вход 1 фазового манипул тора 9 (фиг,2) поступают пр моугольные импульсы от генератора 2 (скважность равна двум). Формирователь на логи35 ческих элементах 10-12 вьфабатывает узкие тактовые импульсы по передним и задним фронтам входных импульсов, их длительность задаетс  цепочками

. R)« С, It R.J С.Тактовые импульсы запускают одновибратор на триггере 13, который осз ществл ет выдержку времени 6 . котора  соответствует ; фазовому сдвигу „ ,

45

2-ir .

Триггер 14 путем делени  частоты устанавливает скважность сдвинутых одновибратором на триггере 13 импуль ° равную двум. Таким образом, на входе манипул тора 9 и на выходе триггера 14 имеютс  две последовательности пр моугольных импульсов, сдвинутых между собой на угол й.

Эти последовательности попеременно подаютс  на выход 3 манипул тора 9 с помощью логического ключа на элеентах 15-18, управл емого по входу 2 блоком 8 управлени .

. . П . 1615347 На вход 1 блока 8 управлени  (4|иг.З) поступает сигнал от генера12

Tolpa 2. Счетчик 19 rf дешифратор 21 выполн ют функцию задержки чмпуль- сф так, что каждый дес тый входной им|пульс переключает подцикл работы преобразовател  , постуад  на вход счетчика 20. Каждый импульс снимаемый с выхода 8 дешифратора 2Т, запускает блок 7 интервалов времени (вых. 2). Депшфратор 22 по с«гнаг лач счетчика 2П управл ет коммутато- роч А, включа  последовательно во времени его ключи,и фазовьн манипУ л гором 9 с выхода логического эле- MeiTa 26. С выхода 6 дешифратора 22 снимаетс  импульс, переключак |ций блок

7

во

вр

iнтepвaлoв времени с выхода избиПо сигналам блока 8 управлени , . поступающим Н4 вход 2 блока 7 интервалов , времени, последовательности импульсов с компаратора 27 и выхода фазового манипул тора 9 попеременно подаютс  на вход R триггера 32, который устанавливаетс  в исход- ное состо ние. На вход S этого тригт поступают импульсы с дешифратора 21 блойа В управлени , временной промежуток мёвду которьми равен дев ти периодам генератора 2, что обеспечи- ваёт завершение перезсодны процессов j в схеме, преобразовател .. Каждый импульс устанавливает триггер 32 в сое-- -то ние Г из которого он выводитс  каадым следующим импульсом последовательностей , подаваемых на вход R,

рагельйого усилител  6 на вх од фазо- д поэтому длительность импульсов на вы

- V -.. J..«ъ дъ

О манипул 1тора 9. На вход 1 блока 7- интервалов

гмени (фиг.4) подаетс  синусоидальные сигнал с выхода избирательного усилител  6. который по переходам чеэез нуль преобразуетс  .компаратор- ро л 27 в последовательность пр мо- угэльньгх импульсов. Вход 2 блока 7 Интервалов времени подключен к вы- 3 фазового манИпуЛ тора 9, а вхЬды 3 - .соответственно к . вы|х:одам 2 и 3 блока 8 управлени .

ходе триггера 32 пропорциональна фазовому сдвигу между сигналами генератора 2 и выходными сигналами избирательного усилител  6 и фазо- 2J вого манипул тора 9 соответственно номеру подцикла. преобразовател .

С целью упрощени  вычислений при обработк;е измерительной информации фазу опорного с1игнала в фазовом манипул торе 9 целесообразно сдвигать на 90 (Д 90). В этси случае алгоритм обработки .принимает вид

30

, ,1 ri+ts(,(j,-)-ts()II - )Ktg(

и существенно упрощаетс  по срав.нению датчика и при температуре

с алгоритмом (21).

Предлагаете преобразователь ази- в сравнении с известньм имеет aohee высокую точность, так как в ней исключаетс  вли ние на результ ат измерени  азшчута разности фаз между опЬрным сигналом и сигналами синус- н6 -косинусного датчика, поступающими на RC-фазовращатель, т.е. исключаетс  погрешность вида (5), обусловленна  фа1зовым сдвигом q, и соответствую- ща|  дополнительна  температурна  по|грешность. Кроме того, принципиально исключаетс  погрешность, на|  расстройкой   температурным дрей- фой параметров RC-фазрвращател , и по грешность, обусловленна  наличием и ;1;};айфом фазового сдвига, вносимого ; избирательным ycилитeJ Ieм. Тёмператур- на|.  погрешность преобразовател  азимута ое5условлена практически . только др:ейфом параметров феррозондового

тавл ет 0,02.

« W

40

45

50

55

Claims (1)

1. Формула изобретен Преобразователь азимута, .сод вший синус Ho-Koctfнусный в де двух ортогональных феррозонд генератор, первый выход которог через делитель частоты св зан с ми возбуждени  феррозондов, сиг ные выходы которых подключены к вому и второму входам коммутато третий вход которого соединен с |цим проводом выход коммутатора ключен к первойу входу фазовращ выход которого через избиратель усилитель св зан с блоком интер Времени, и блок управлени , вход торого соединен с вторьм выходом нератора , а первый выход соедин управл ющим входом блока интерва времени, о- т л и ч а ю щ tt и с   тем, что, с целью повышени  точн

   12

   (24)

   датчика и при температуре

   тавл ет 0,02.

   « W

   сос

   ормула изобретени  Преобразователь азимута, .содержавший синус Ho-Koctfнусный в виде двух ортогональных феррозондов, генератор, первый выход которого через делитель частоты св зан с входами возбуждени  феррозондов, сигнальные выходы которых подключены к первому и второму входам коммутатора, третий вход которого соединен с об- |цим проводом выход коммутатора подключен к первойу входу фазовращател , выход которого через избирательный усилитель св зан с блоком интервалов Времени, и блок управлени , вход которого соединен с вторьм выходом генератора , а первый выход соединен с управл ющим входом блока интервалов времени, о- т л и ч а ю щ tt и с   тем, что, с целью повышени  точности

   за счет исключени  вли ни  на результат измерени  азимута разности фаз между сигналами феррозондов и опорным сигналом, он снабжен фазовым манипул тором , вход которого соединен с вторым выходом генератора, управл юпшй вход подключен к второму выходу блока управлени , а выход соединен с вторым входом фазовращател  и входом блока интервалов времени, при этом первый выход блока управлени  подключен к управл ющему входу коммутатора .

   0ifS.