Устройство измерения зенитного угла для телеметрической системы Советский патент 1983 года по МПК E21B47/02 

ел

4

:л

DO X)

Изобрет шю относится к промьшпово геофизическим йссдедованиям буровых скважин и предназначено дпя яспопьао. вания в геофиэшесккх; телеметрических системах в качестве отдепьного бпока, а такжеможет кспопьаоваться в автономных и кабепьных шпсдинометрах.

Известно устройство дпя контрогш компдекса параметров траектории сква жины, содержащее датч.шс кривизны, aat чик азимута, преобразователь угла пово- рота, выполненный в виде синусно-косинусного вратцающегося трансформатора, при этом аыходшя обмотка датчика кривизны соеаинеиа с ,. ..входной обмоткой датчика азимута fll

I- J . ,

. Недостатком известного устройства является невозможность определения па- раметров. траектории С1даажины без вве дения дополнительных преобразующих устройств.

Извастйо устройство для определения координат траектории скважины, содержащее блок аычиспен1га приращений KOOJ дйнат, первые входа: которого подключены к выходам блока синусно косинуснык преобразователей, выходы - к наканпивающим. сумматорам коордитт, а управляющий . вход -к выходу схемы сравнения,. пер. вый вход-которой соединен со счетчиком, проходки, блок возведения в квадрат, блок умножения, сумматор, блок взвле чения квадратного корня, блок целения, . при этом первый выход блока синусно-ко . синусных преобразователей подключен

через блок возведения в квадрат к перво-i му входу блока умножения, второй вход которого подсоединен к первому выходу блока уставок, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого подкшочен к второму блока уставок,, а. ВЫ5СОД через блок извлечения квадратного корня - к первсйлу входу блока деления, второй вход которого соединен с третьим выходом бпока уставок, а выход - с вторым входом схемы сравнения и вторым входом бпока вычисления приращений координат 2.

Недостатком данного устройства является спожшсть кояструкцш и, в связи, с этвм, большие габариты скважкнной части и зиачитепьдая мощность потребляемая устройством.

Наибопее бпизктш к изобрютению является скважинный и шпанометр, содержаший генераторы, (.1}азорас1цепитель, датникй, детекторы, шаговый коммутатчэр.

усилители, фильтры, модуляторы, дешиф-у ратор, кшочи, интеграторы и измерители, при этом фазорасщепитель подключен к модуляторам, каждый из которых соединен с г нераторгал частоты .заполнения, а выходы датчиков связаны с шаговым KOiviMyraTopoM через синхронные детекторы з.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции эпектро ной части и низкая точность измерения параметров, определяемая амплитудными и фазовыми температурными дрейфами фильтров и.фазорасщепитепя, которые располол ены в скважинном приборе.

Цель изобретения - повышение точноо ти измерения путем исключения влияния температуры окружающей среды на результат изме.рения и упрощение конст рукиии устуюйства. .,

Поставленная цель достигается тем, что устройство измерения зенитного угла для телеметрической системы, содержащее датчик зенитного угла, выполненный в виде синусно-косинуеного трансформатора, усилитель, подключенный к обмотке возбуждения синусно-косинусного трансформатора, четыре ключа,. масштабный усилнтепь и коммутатор,снабжено формирователем тактовых импульсов, преобразователем амплитуда - временной интервал и ограничителем тока, при V&TOM два ключа включены между сигнальными обмопсами синусно-косинусного трансформатора и масштабным усилителем, вход которого че|рез третий ключ и ограничитель тока подключен также к общему . проводу схемы, четвертый ключ включен между масштабным усилителем и преобразователем амплитуда - временной и тервал, выход формирователи тактовых импульсов подключен к преобразователю амплитуда-временйой интервал и кс лмутатору, а выходы последнего соединены с управляющими входами ключей, На фиг. 1 представлена функциональная- схема устройства измерения зенитного угла; на фиг. 2 - временные дшграммы поясняющие работу устройства.

Устройство содержит усилитель 1, датчик 2 зенитного угла (синусно-косинусный трансформатор СКТ), подключенный o&v oткoй возбуждения к выходу усилителя 1, формирователь 3 тактовых импупьсов, подключенный входом к входу усилителя 1, а выходом - к коммутатору 4. Выходы коммутатора 4 соединены с управляюиими входами ключей 5-8,

ри этом вход масштабного усипитепя 9 оединен счерез кгаючи 5 и 6 с сигнальыми обмотками СКТ 2 и через кпюч 7 ограннчитепь 10 тока с общим провоом схемы, а выход через кпюч 8 под- 5 лючей к входу преобразователя амплитуда - временной интервал 11, второй ход последнего соединен с выходом формирователя 3 тактовь1х импульсов, а выход является выходом устройства.10

Устройство работает, следующим образом.

На вход устройства поступает пер манное напряжение Uex (Фиг. 2) от-.; внешнего генератора, которое усиливает ся усилителем 1, служащим также для согласования внешнего генератора с СКТ. С выхона усилителя 1 переменное наприжение подается на ойротку воабужг; девия СКТ 2, благодаря чему на выходах вторичных обмоток возникают переменные напряжения, пропорциональные по амплиуде синусу и косинусу зенитного угла, . угла, соответствующего повороту , с ротора СКТ под действием эксцентричного груза. Переменное напряжение U ву подается также на вход формирователя 3 тактовых импульсов, который формирует, последовательность тактовь1х импульсов Ifgji 3, соответствующих максимальным значениям и 9Х . Причем, формирователь 3 начинает работу после подачи на него пускового импульса от внешних блоков телесистемы. Тактовые Юv пyльcы с выхода фор 1ирователя 3 поступают на вход коммутатора 4, вырабатывающего напряжения U,jf,p 5 , и ijnp 6 . 1 {пр т , 8 « управляющие работой соответствутощих крюче й 5 - 8 (нуль на диаграммах ра- , боты ключей соответствует открытому состоянию ключа). В момент времени t открываются ключи 5 и 8 по заднему фронту первого тактового импульса ив

интервале времени (2 i ) и вход преобразователя 11 поступает напряжение сивусной охотки СКТ 2, усиленное усипвтепем 9. В интервале ij -ig так оЭЬ1й шпульс с пыхода фордирователя 3 поступает на второй вход преобразователя 11, в котором происходит выборка50 величины сигнала на интервале i , равном длительности тактового импульса ( и на фиг. 2) и преобразование амппитуда импульса - временной интервал . момент t по заднему фрон- 55 ту второго тактового импульса закрывается ключ 5, открывается ключ 6 и на вход преобразователя 11 поступает напряжение уже с косинусной обмотки датчика. Аналогично, в интервале времени 4 , равном длительности тактовых импульсов, в преобразователе 11 производится выборка усиленного напряжения косинусной обмотки датчика и цреобразование выборки во временной интервал -Ugoix . В мсмент времени s закрывается кшоч б и открывается ключ 7, подключающий вход усилителя 9 через ограничитель 1О тока к общему проводу схемы. Ограничитель 10 тока служит дпя ограничения тока переходного процесса; протекающего через ключи 6 И 7 в момент их коммутации, чем ключи 6 и 7 защищаются от пробои. Так квк вход .пителя 9 замкнут на землю, т.е. вхонь ной сигнал отсутствует, то на выходе усилителя 9 возникает напряжение смещения нуля и см , определяемое Hecbanaw сированностью усилителя, причем величина Од/ зависит от температуры окружающей среды, В интервале времени t у Рб делается выборка и преобразование во временной интервал напряжения смещения усилителя 9. В мсмент времени tr,, по заднему фронту четвертого тактового импульса схема приводится в исходное состояние, т.е. все ключи закры ты и на выходе преобразователя 11 н формирователи 3 отсутствуют сигналы. Дшз осуществления нового цикла работы на формирователь 3 необходимо подать пусковой импульс.

Таким образом, устройство измерения зенитного угла выдает последовательность широтно-модулированных импупьсов, соответствующих сигнальным напряжениям датчика и напряжению смещении, которые могут быть переданы и;з скважинной части к наземному пульту по каротажному кабелю известными способами или поданы в запоминающее устройство (для автонсмны систем). Современные телеизмерительные системы снабжены вычислителями, позволяющими получить искомый измеряемый параметр путем вычисления ряда функпий.Дда предлагаемого устройства цепесообразто вычисление обратной функции зенитного уг по соотношению известных функций в и cos в , получаемых в виде сигнальных напряжений датчика

einQ

(1)

8 01гс1б . cos 6

где в - зенитный угол.

В соответствии со структурой схемы длительность импульса, соответствующего

сигнапу синусной обмотки датчика может быть представпена в виде

г - ( ,9-bUcivi)к„ + г,

где К коэффициент усиления усиаитепя l;-K(i - коэффициент трансформации СКТ-2; K(j - коэффициент усипения масштабного усипитепя 9; К коэффициент передачи преобразоватепя амплитудаi временной интервап 11; Um - амплитуда .входного сигнапа Uiji ; д - начальное , Значение временногч) интервапа при tiev ц О.

Анагюгично, цпя косинусной

датчика .v v .

-tc ( K -KgUf«co5e +истм).З) 9.о. ... Itni CtQ . ° -с t-CM Hoi ырамсеНИЯ (5) следует, что получаемые значения угла не зависят от ковффиииеитов преобразования элементов схемы и от температуры окружающей ереды. Поэтому, точность устройства целиком определяется точностью применяемого датчика, а именно, степенью приближения огибающих выходных напряжений датчика к синусоидальному закону, Предлагаемое устройство измерения зенитного угла обладает повьшенной точностью измерения, так как выдает сигнал, соответствующий аддитивной погрешности, которьтй позволяет устранить указанную погрешность при вычислении (5), Необходимо отметить, что изменение шинрины тактовых импульсов или времени выборки, еспи оно значительно меньше периода напряжения И вх i также не влияет на результат измерения, так как при этом изменяется лишь коэффициент пере-г дачи преЪбразователя 11-К .Устройство обладает рядом отличительных преиму- . щестВо Это, прежде всего, высокое быстродействие, что является результатом аналого-цифрового преобразования на основе выборки информационного .сигнала путем строьированйя узким тактовым импульсом Время работы устройства составляет всего три териода входного напряжения, чаотота которого может быть изменена без

Дпитепьность импупьса, соответствующего Up , равна

С(Л

+ 2,

(4)

СМ

Величины и см , зависят от 1пврату н 1 окружающей среды и медленно меняются с ее изменением, по8то |у в интервале времени работы устройства t7-t4 их можно, этитать постоянными. В вычислителе телесистемы временные интервалы преобразуются в код путем заполнении импульсами высокой частоты и подсчетом послецних и вычисляется зенитный угол по формуле, учеты вающей выражения (2,3 и 4) . )У « оЧи ;длКн -г -) .. .-.IN--..-.--....-..--.....I..-II .1.II....- -..II..-......I I . I, , .... , ,/C «2 qU COSefUc K -V() перестройки схемы в пределах 100400О Гц. Кроме того, напряжение может иметь не синусоидальную форму, а треугольную, прямоугольную или меандр, так как СКТ имеет широкую полосу пропускания и позволяет трансформировать напряжения бед искажений, и малое время выборки дает независимость резупьгтата измерения от формы входного напряжении,. Все это расширяет областв применения, устройства и позволяет пр«шевать его в ряде геофизических систем без перестроек. i Предлагаемое устройство обладает значительной простотой конструкции, определяющей высокую экономичность и малый объем для раамешенвя схемы, что объясняется отсутствием громоздких фипьтров, а также наличием бесконтактных электронных ключей, коммутирующих сигнальные напряжения. Предлагаемое устройство испытано в лаборатории ВНИИнефтепромгеофизики с целью использования его в агрегатирован ной системе скважинных геофизических приборов (АСГП). Предварительные испытания показали, что точность измере- ния зенитного угла при использовании датчика СКТ 232 Б (кл. 0,3) составляет is в диап&зоне 0-13О°С.

g,

d

yffisB

f9p

УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЗЕНИТНОЮ УГЛА ДЛЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕО КОЙ СИСТЕМЫ, содержащее датчик зенитного угпа, выпопненный в виде синуоно-косинусного трансформатора, усипитепь, тюдкпюченкый к обмотке возбуждения с№нусвю-косинусного трансформатора, четыре ключа, масштабный усипвтепь в комму татор, отпнчающееся тем, что, с цепью повышения точности путем иск точения впияния томперату1н окружавашей среды на результат измереввя в уйрошения $ конструкции,оно фо1ыироватепем тактовых импупьсов, ооразоватепем амппитуаа-времеиной интервап и ограничитепем тока, при том два ключа включены между сигнальными обмотками синусно-косинусного траасфор матора и масштабным усилЕтепем, вход которого через третий ключ и ограничите ль тока подключен .также к общему проводу-схемы, четвертый ключ вклкмев между масштабным усилителем и преобразователем аМппитуда-временной иоО) тервал, выход формирователя тактовых импульсов подключен к преобразователю с амплитуда-временной интервал в ко1 мутатору, а выходы последнего соединены с управляющими входами ключей.

y/5.7

X XI

///

г/.

м

tf

$ш.Г/

ГТ

V

-у

n

ф1/г.2