Преобразователь зенитного угла Советский патент 1984 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к бурению промысловых и геологоразведочных скважин и может быть использовано в составе инклинометрической аппаратуры при определении пространственного положения траектории скважины. Известно устройство для измерения зенитного угла, содержащее измерительную цепь с электродами, которые расположены внутри тороидальной полости, заполненной двумя несмешиваюпдимися жидкостями с разной диэлектрической проницаемостью 1. Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, обусловленная изменением диэлектрических свойств жидкостей при вариациях температуры в скважине. Кроме того, для обеспечения передачи информации без искажений по каналу связи (либо записи в память при автономном варианте), а также для сопряжения с вычислителем наземной части или ЭВМ автоматизированной системы управления бурением в данном устройстве необходимо аналого-цифровое преобразование информации. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь зенитного угла, содержащий датчик угла, включающий кольцевую полость, на внутренних стенках которой установлены электроды, заполненную двумя несмещивающимися жидкостями, одна из которых электропроводящая, другая - диэлектрик, и измерительный узел 2. К недостаткам преобразователя относится низкая точность измерения, обусловленная погрещностью преобразования емкости электродов в электрический сигнал или форму, удобную для передачи и обработки информации, например, цифровой код. Кроме того, аналого-цифровое преобразование необходимо для сопряжения прототипа с ЭВМ наземной части аппаратуры. Цель изобретения - повыщение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что преобразователь зенитного угла, содержащий датчик угла, включающий кольцевую полость, на внутренних стенках которой установлены электроды, заполненную двумя несмещивающимися жидкостями, одна из которых электропроводящая, а другая - диэлектрик, и измерительный узел, снабжен мультиплексором, RS-триггером, генератором тактовых импульсов, делителем частоты на два, двумя логическими элементами 22И-ИЛИ и двумя счетчиками, причем выходы электродов подключены к информационным входам мультиплексора, инвертирующий выход которого подключен к R-входу RS-триггера и четвертым входам логических элементов, выход RS-триггера подключен к первым входам логических элементов, выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым и третьим входами первого логического элемента, с вторым входом второго 10 0 логического элемента и с входом делителя частоты на два, выход последнего подключен на третий вход второго логического элемента, а выходы логических элементов подключены к счетным входам счетчиков, R-входы которых соединены с S-входом RS-триггера и подключены к управляюцдему входу всей схемы, а выход первого счетчика подключен на управляющий вход мультиплексора. При этом каждый электрод выполнен в виде витка с выводом, все электроды уложены виток к витку и электрически связаны только через электропроводящую жидкость, к которой подведен «Плюс, с источником питания. Па фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя зенитного угла; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Преобразователь зенитного угла содержит кольцевую полость 1, заполненную двумя несмещивающимися жидкостями, одна из которых 2 электропроводящая, а вторая 3 - диэлектрик, электроды 4, установленные на внутренних стенках кольцевой полости 1, и электрод 5, мультиплексор б, RS-триггер 7, генератор тактовых импульсов 8, делитель 9 частоты на два, логические элементы 2-2П Ю И и счетчики 12 и 13, причем каждый электрод выполнен в виде витка с выводом, все электроды уложены виток к витку и электрически связаны только через электропроводящую жидкость 2. Па фиг; 2й показан импульс «Начало измерения, на фиг. 26 - импульсы тактовой частоты генератора 8; на фиг. 2в - временная диаграмма работы мультиплексора 6; на фиг. 2г - диаграмма выхода триггера 7; на фиг. 2(3 - диаграмма входа первого счетчика 12; на фиг. 2е - диаграмма входа счетчика 13. В исходном состоянии tfl триггер 7 и счетчики 12 и 13 установлены в нулевом положении. При подаче импульса «Начало измерения в момент времени ti (фиг. 2а) на S-входе триггера 7, на первом входе логического элемента 10 устанавливается уровень логической единицы (фиг. 2г), и на счетный вход С счетчика 12 через второй вход элемента 10 поступают импульсы тактовой частоты (фиг. 2д). Одновременно на первом входе второго логического элемента 11 устанавливается уровень логической единицы и на счетный вход второго счетчика 13 через второй вход логического элемента 11 поступают импульсы тактовой частоты. При этом на выходах счетчиков формируются коды, соответствующие числу поступивщих на их входы импульсов. Счетчик 12 формирует адресный код опроса, который управляет работой мультиплексора 6, и с приходом первого тактового импульса на вход счетчика 12 мультиплексор 6 начинает последовательный опрос сигналов с электродов 4, начиная с первого. При этом код на входе счетчика 13 соответствует числу опрошенных электродов 4, находящихся в одном плече электропроводящей жидкости. В момент времени tj, соответствующий тому, что на i-OM входе мультиплексора 6 появляется уровень логического нуля,.т.е. в момент опроса i-ro электрода с учетом того, что (i-1)-й электрод находился в электропроводящей жидкости, а i-й - в диэлектрике, на выходе мультиплексора 6 устанавливается уровень логической единицы I--л-,-- , (фиг. 2e). При этом на выходе триггера 7 устанавливается уровень логического нуля, а на четвертых входах логических элементов 10 и И - уровень логической единицы. На С-й вход счетчика 12 через третий вход логического элемента 10 продолжают г 1-1------.-- « поступать импульсы тактовой частоты, а на вход С счетчика 13 через третий вход логического элемента 11 поступают импульсы с выхода делителя 9 частотой f,/2. В момент времени tj, соответствующий тому, что на п-м входе мультиплексора 6 вновь появляется уровень логической единицы (т.е. в момент опроса п-го электрода с учетом того, что (п-1) электрод находился в диэлектрике, а п-й в электропроводящей жидкости), на выходе мультиплексора 6 устанавливается уровень логического нуля. При этом прекращается поступление импульсов на входы счетчиков 12 и 13 и на выходе счетчика 13 окончательно сформировывается код, соответствующий зенитному углу где N - число электродов, находящихся в электропроводящей жидкости одного плеча; №- число, электродов, находящихся в диэлектрике. С приходом следующего импульса «На-kjJT , v l vy fl LM it Ч t) . чало измерения на S-вход триггера 7 обнуляются счетчики 12 и 13, и весь цикл измерения повторяется. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять зенитный угол и представлять его непосредственно в цифровом виV, ж ъл -гчжгл i и .к V/ ii V-ll ,V LJ U,rlkl L kj D J IVl D П де без аналого-цифрового преобразователя, Данный цифровой преобразователь зенитного угла обладает более высокой точностью измерения, что обусловлено тем, что на формирование цифрового кода зенитного угла практически не влияют дестабилизирующие факторы, кроме того, для получения кода зенитного угла не требуется аналого-цифровой преобразователь, Так, при внещнем диаметре кольцевой полости 40 мм, а диаметре провода электрола 0,1 мм разрещающая способность и точность составляют ±20.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗЕНИТНОГО УГЛЯ, содержащий датчик угла, включающий кольцевую полость, на внутренних стенках которой установлены электроды, заполненную двумя несмещивающимися жидкостями, одна из которых электропроводящая, а другая - диэлектрик, и измерительный узел, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен мультиплексором, RS-триггером, генератором тактовых импульсов, делителем частоты на два, двумя логическими элементами 2-2И-ИЛИ и двумя счетчиками, причем выходы электродов подключены к информационным входам мультиплексора, инвертирующий выход которого подключен к R-входу RS-триггера и четвертым входам логических элементов, выход RS-триггера соединен с первыми входами логических элементов, выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым и третьим входами первого логического элемента, с вторым входом второго логического элемента и с входом делителя частоты на два, выход последнего подключен к третьему входу второго логического элемента, а выходы логических элементов подключены к счетным входам счетчиков, R-входы которых соединены с S-входами RS-триггера и подключены к управляющему входу всей схемы, а выход первого счетчика подключен к управляющему входу мультиплексора. S (Л 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что каждый электрод выполнен в виде витка с выводом, все электроды уложены виток к витку и электрически связаны только через электропроводящую жидкость, к которой подведен Плюс, с источнииком питания. СХ) со

Рй-г. 7

JiuJUJium

to tit2t

фиг. 2