Кабельный инклинометр Советский патент 1987 года по МПК E21B47/02 

13

и Uft, передающие в совокупности последовательный код и тактовые импульсы (И), Сформированные И управляют работой ключей П и 12, Процессы коммутации ключей 11 и 12 не сказыва™ ются на работе скважнниого блока 6 питания, так как его фильтр гасит кратковременные колебания напряжения. Посредством RC-цепочки 17 произ - водится разделение переменной и постоянной составляющих напряжения. Конденсатор RC-цепочки J 7, подключенный между ключами 11, 12 и назем- ,ным блоком 16-питания, имеет большую

Изобретение относится к проььюло™ вой геофизике и может использоваться для измерения параметров искривления скважин - магнитного азимутаеб , зенитного угла И и визирного угла Р (угла установки отклонителя), а также для ввода измерительной информации непосредственно в ЭВМ или специализированные вычислительные устройства. Кроме того, устройство может служить основой создания много- параметровой телеизмерительной системы на базе одножильного кароталаю- го кабеля о

Целью изобретения является ускорение получения информации путем непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность.

На фиг, 1 приведена функциональная схема кабельного инклинометра; на фиг. 2. - структурная схема дешифратора; на фиг. 3 - временшзге диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 - пример выполнения шифратора; на фиг. 5 - пример выполнения распределителя,

Инклинометр содержит блок 1 датчиков углов, выходы которых подключены к информационным входам коммутатора 2р блок 3 управления с тремя выходами, первый из которых соединен с управляющим входом коммутатора 2, таймер 4 с тремя выходами, первый из которых подключен к входу блока 3 управления, а второй соединен с бло14

емкость и, не внося существенных искажений, пропускает только переменную составляющую напряжения. Она выделяется на нагрузочном резисторе и представляет собой последовательность разнополярных И, поступаю- вщх через компараторы 18 и 19 на де- ПЕнфратор 20. В связи с отсутствием . фазовых искажений минимально возможная длительность передаваемых И определяется только быстродействием . ключей П, 12. Это позволяет довести частоты передаваемых И до 50 - 100 кГц. 5 ил.

O

5

0

5

0

5

ком I датчиков углов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, информационный вход которого связан с выходом коммутатора 2, а управляющий вход - с вторым выходом блока 3 управления, скважинный блок 6 питания„ промежуточный регистр 7 с тремя входами, первый из которых связан с выходом АЦП 5, второй - с третьим выходом таймера 4 и первым входом шифратора 8, второй вход которого подключен к выходу промежуточного . регистра 7, а выходы шифратора через усилители 9 и 10 подключены к управляющим входам ключей 11 и 12, выходы которых (общая точка ключей) соединены каротажным кабелем 13, имеющим общий схемный провод, к которому через параллельно соединенные. ключ 11 и дроссель 14 и через второй ключ 12 подключен вход скважннного блока 6 питания. Общая точка ключей соединена каротажным кабелем 13 через второй дроссель 15 с наземным блоком 16 питания и через КС-цепочку 7 - с общим входом компараторов 18 и 19, выходы которых через дешифратор 20 связаны с блоком 21 памяти.

Дешифратор 20 (фиг. 2) содержит триггер 22, распредилетль 23 и счетчики 24 и 25.

Лифратор 8 (фиг. 4) выполнен на четырех элементах 2И-НЕ. На его входы поступают последовательный код U с „ параллельно-последовательного промежуточного регистра 7 и тактовые им313

пульсы Uj, по заднему фронту которых формируется последовательный код U, В результате на выходе шифратора 3 образуются две последовательности импульсов Ug и и, передающие одно- временно код и тактовую частоту, Сформированные импульсы управляют работой ключей 11 и 12.

Распределитель 23 (фиг, 5) представляет собой два логических ключи, которые по сигналу счетчика 24 попеременно подключают вход триггера 22 (фиг. 2) к входам регистров блока 21 памяти, в результате последовательный код записывается в тот или другой регистр с частотой тактовых импульсов Ug,

Назначение блока управления состоит в создании временного и пространственного распределения сигналов, необходимого для управления функциональными блоками устройства. Блок управления включает в себя последовательные сдвиговые регистры и управляемые ими логические ключи, реализа ция которых известна и зависит лишь от типа используемых микросхем.

Инклинометр работает следующим образом,

С помощью коммутатора 2 по сигна- лам таймера 4 на вход АЦП 5 последовательно подаются сигналы с синусо косинусных датчиков блока 1 (фиг, 1) После обработки каждого сигнала вход . АЦП 5 подключается к общему проводу схемы, чем учитывается смещение нуля АЦП8 Таким образом, формируются кодированные временные интервалы, соответствующие функциям синуса, косинуса измеряемого углового параметра и смещению нуля в АЦП:

Сд Кз1Пог.+ Оо ; t Kcosot+To ; г.

Временные интервалы заполняются высокочастотными импульсами, посту- пающими с таймера 4, Импульсы под- считываиотся реверсивным счетчиком, входящим в состав АЦП 5, В результате в счетчике АЩ1 последовательно. записываются коды:

N5(o6)fj(C5-t), N,(oi)f,(C,-(:,);

N5(9). N,(б), Ns(cf), N,(tf), (1)

где fg - частота заполнения кодиро-

ванных временных интервалов По сигналам блока управления производится перезапись кодов (1) в промежуточный параллёльно-последова14 4

тельный регистр 7, Последовательный код и, (фиг, 3), считываемый с выхода регистра 7 с частотой тактовых импульсов U-J, а также сами тактовые импульсы поступают на вход шифратора 8, где формируются сигналы Uj и и, передающие в совокупности как последовательный код, так и тактовы импульсы, т,е. цифровая обработка сигналов датчика производится .непосредственно в скважинной части устройства.

Сигнал Uj через усилитель 9 управляет работой ключа 11, Второй Ключ 12 управляется через усилитель 10 последовательностью импульсов и.

В исходном состоянии ключ 11 открыт. Управляющие импульсы закрывают, что приводит к изменению величины тока, протекающего через дроссель 14, Вследствие этого в точке А схемы формируются положительные импульсы с амплитудой, равной

п1 т EilillO

4 dt

(2)

где L,4 - индуктивность дросселя 14; 1, I, - токи, протекающие через дроссель соответственно при открытом и закрытом ключе 11,

При работе ключа 12, который открывается импульсами U, в точке А схемы формируются отрицательные импульсы с амплитудой , равной постоянной составляющей напряжения в точке А - (без учета сопротивления ключа 12 в открытом состоянии

Процессы коммутации ключей не сказываются на работе скважинного блока 6 питания, так как входной фильтр последнего гасит все кратковременные колебания напряжения.

Работа ключа 11 приводит к изменению тока в кабеле 13 в сторону уменьшения, а работа ключа 12 меняе ток в сторону увеличения, Изменение тока в точке А ведет к аналогичному изменению тока в точке Б, которое посредством дросселя 15 транспортируется в колебания напряжения. При этом временная диаграмма напряжения в точке Б (Ug) каче;ственно совпадает с диаграммой напряжения в точке А (Цд), Однако постоянная составляющая напряжения больше, чем и„ , а амплитуды U и Ug соответ- ствуюш тх импульсов меньше.

51

Посредством RC-цепочки 17 произв дится разделение переменной и постоянной составляющих напряжения Ug. Конденсатор С цепочки имеет большзда емкость и, не внося существенных ис- кажений, пропускает только переменну составляющую Uj., которая выделяется на нагрузочном резисторе R и представляет- собой последовательность разнополярных импульсов, .

С помощью коммутаторов 18 и 19 с соответствующими порогами срабатывания осуществляется дискретизация разнополярных импульсов на две последовательности импульсов U. и Ug (фиг, 3) соответствующие сигналам U и U , Последовательности импульсов U и Ug поступают в дешифратор 20, где с помощью триггера 22 и логических элементов (фиг, 2) восстанавливак)тся последовательный код U и последовательность тактовых импульсов Ug, Коэффициент пересчета счетчика

24равен разрядности используемого цифройого кода. Каждый последний им- пульс, вырабатываемый счетчиком 24, сигнализирует об окончании текущей кодовой посылки и управляет распределителем 23, Последний под о ючает выход триггера 22 к входу соответ-. ствзлощего регистра блока 21 памятиj

чем обеспечивается непосредственная перезапись восстановленного кода U. в регистры блока памяти с частотой тактовых исотз льсов Ug. Диаграммы на фиг, 3 соответствуют использованию в щифраторе и дешифраторе цифровых микросхем управляемых по заднему фронту импульсов, напримерJ серии 155, В резз льтате цифровой код вое- стднавливается со сдвигом в один такт. При использовании микросхем, управляемых по переднему фронту, например, серии 561, восстановление кода происходит синхронно. Счетчик

25подсчитывает число кодовых посылок и вырабатывает сигнал, свидетельствующий об окончании цикла работы инклинометра, при этом в качестве блока памяти может использоваться ОЗУ внешней миниЭВМ,

Малая потребляемая мощность обусловлена тем, что ее потребление происходит лищь во время формирования отрицательных импульсов ключом, соединяющим жилу кабеля с общим приводом схемы. При формировании положительных импульсов расходуется энер14-6

гия, запасенная -в дросселях, и ее часть возвращается в наземный блок питания. Если амплитуды и длительность положительного и отрицательного импульсов равны, то средняя мощность, расходуемая на их формирование, близка к нулю. Последовательность импульсов, возникающая на входе наземной части инклинометра, является реакцией (отголоском) на коммутационные процессы, протекающие на входе скважинной части. Благодаря этому реактивные параметры кабеля не оказывают влияния на форму импульсов, т,е, фазовые искажения отсутствуют. Происходит лишь затухание импульсов. При этом соотношение амплитуд импульсов на входах компараторов и скважинной части инклинометра составляет К/К+Ец,где R - сопротивление резистора RC-цепочки, R - активное сопротивление жилы каротажного кабеля,

В связи с отсутствием фазовых искажений минимально возможная длительность передаваемых импульсов определяется только быстродействием ключей, В среднем она составляет 1-2 МКС, Это позволяет довести частоту передаваемых импульсов до 50 - 100 кГц, что значительно увеличивает скорость передачи информации. При , использовании одной жилы 7-жильногО каротажного кабеля типа КСБФ-6 длиной 2,9 км последовательный цифровой код может передаваться со средней скоростью 8-10 бит/с.

Формула изобретения

Кабельный инклинометр, содержащий блок датчиков углов, подключенных к информационным входам коммутатора, выход которого связан с информационным входом.аналого-цифрового преобразователя, таймер с тремя выходами,, один из которых подключен к входу блока упра вления с тремя выходами, первый из которых соединен с управляющим входом коммутатора, сква- лсинный блок питания и блок памяти, отличающийся тем, что, с целью ускорения получения информации за счет непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность, он снабжен промежуточным регистром с тремя выходами, шифратором с двумя входами, двумя усилителями, двумя ключами, двумя дросселями, одножильным, каротажным кабелем с общим схемным проводом, наземным блоком питания, RC-цепочкой, двумя компараторами и дешифратором при этом второй выход таймера соединен с блоком дат- ;чиков, второй ВЫХОД блока управления - с управляющим входом аналого- цифрового преобразователя, а вход скважинного блока питания через параллельно, соединенные ключ и дроссель и через второй ключ подключен К общему проводу схемы, причем выхо анашого-цифрового преобразователя и третий выход блока управления соеди

нены соответственно с первым и вторым входами промежуточного регистра, третий вход которого связан с одним из входов шифратора, и третьимвыхо-/ дом таймера, а выход промежуточного регистра подключен к другому входу шифратора, выходы которого через усилители подключены к управлякнцим входам ключей, выходы которых соединены каротажным кабелем через второй дроссель с наземньм блоком питания и через RC-цепочку с общим входом компараторов, выходы которых через де- . шифратор связаны с блоком памяти, нЬлону21

III I И i мм t

фиг2

иг.4 H S/TOffy21

сраг.

Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет ускорить получение информации за счет непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность. С помощью коммутатора 2 по сигналам таймера 4 на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5 поступает сигнал с блока 1 синусно- косинусных датчиков. На выходе АЦП 5 формируются кодированные временные интервалы, соответствующие-функциям измеряемого параметра и смещению нуля в АЦП 5. Сигнал с выхода АЦП 5 поступает через регистр 7 на шифратор 8. В нем формируются сигналы U i (Л