Феррозондовый датчик азимута Советский патент 1989 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для определения магнитного азимута искривленной скважины.

Целью изобретения является повышение точности и надежности работы датчика.

На фиг. 1 изображена структурная схема феррозондового датчика азимута; на фиг. 2 принципиальная схема возможной реализации блока регистрации информации; на фиг. 3 - возможный вариант выполнения панели индикации блока регистрации информации.

Феррозондовый датчик азимута содержит феррозонд 1 кольцевого типа с расположенными на нем обмоткой 2 возбуждения и сиг- нальными обмотками 3, четыре из которых основные, а четыре дополнительные обмотки, причем каждая пара разнесенных сигнальных обмоток имеет ортогональную себе пару. Обмотка 2 возбуждения.подключена к генератору 4. Каждая пара диаметрально противоположных сигнальных обмоток включена последовательно и встречно и подсоединена к соответствующим входам коммутаторов 5 и б, выходы которых подключены через избирательные усилители 7 и 8, фазовые детекторы 9 и 10, усилители 11 и 12 к входам компараторов 13 и 14 и знаковых компараторов 15 и 16, причем выходы компараторов 13 и 14 подключены через аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 17 и 18 соответственно к первому и второму входам блока 19 регистрации информации, а выходы знаковых компараторов 15 и 16 подключены непосредственно к третьему и четвертому входам блока 19 регистрации информации. Выходы компараторов 13 и 14 также через элемент ИЛИ 20 подключены к запрещающему вхо- ду генератора 21 прямоугольных импульсов, который своим выходом подключен к входу счетчика 22, выход которого подсоединен к управляющим входам коммутаторов 5 и 6 и к пятому входу блока 19 регистрации информации, генератор 4 через удвоитель 23 частоты подключен к тактирующим входам фазовых детекторов 9 и 10.

Феррозондовый датчик азимута работает следующим образом.

Кольцевой феррозонд 1 устанавливается в плоскости горизонта, например, с помощью кинематической схемы (не показана). Обмотка 2 возбуждения феррозонда 1 запи- тывается генератором 4. На сигнальных обмотках 3 появляется напряжение, которое через коммутаторы 5 и 6 поступает на два независимых тракта преобразования сигнала, включающих в себя избирательные усилители 7 и 8, детекторы 9 и 10 и усилители 11 и 12.

Для детектирования второй гармоники сигнала производится тактирование снимаемого напряжения с помоодью генератора 4,

0

г

удвоителя 23 частоты и детекторов 9 и 10. С выхода усилителей 11 и 12 снимается постоянное напряжение, которое описывается выражением

Ufc K-Hsin(cX - КР),(1)

где К- константа преобразования, зависящая от конструкции феррозонда, параметров тракта преобразования; Н - напряженность магнитного поля

Земли;

с. - магнитный азимут; ft. - соответствующий номер пары сигнальной обмотки;

9- угол между элементами расчлененного феррозонда.

Рассмотрим соотнощение с и kp, при котором выполняется условие |oi. -kj)| х. Выберем значение х таким, чтобы выполнялось соотнощение sin);«x.

В этом случае выражение (1) можно переписать как

lUfe| K-H (ot-kp ).(2)

Как видно из выражения (2) выходное напряжение прямопропорционально измеряемому углу о(., т.е. изменяется по линейно.му закону

kf- +

IVfel К-Н

Выходной сигнал 1. подается на входы компараторов 13 и 14, имеющих опорное напряжение-+Uon и -UOT. Эти напряжения равны напряжению возбуждаемой в одной паре сигнальных обмоток при отклонении горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли от оси чувствительности феррозонда соответственно на угол f/2 и - р/2.

Если выходное напряжение лежит в пределах

-Uon U,t -+Uon,

(3)

то срабатывает элемент ИЛИ 20, генератор 21 прямоугольных импульсов отключается, со счетчика 22 снимается информация о номере сигнальной обмотки, с АЦП 17 и 18 - информация о величине выходного напряжения и подается в блок 19 регистрации информации.

Если выходной сигнал не удовлетворяет неравенству (3), генератор 21 прямоугольных импульсов и счетчик 22 производят коммутацию следующих двух ортогональных сигнальных обмоток.

В рассматриваемом случае имеем четыре элемента расчлененного феррозонда. Счедо- вательно, угол р определяется из соотношения

55

). 45°,

где-к-количество элементов расчлененного феррозонда.

Тогда погрешность измерения ды, обусловленная аппроксимацией функции sin /2, равна

Лс«. р/2 - sin f/2 3423

Задаваясь погретностьк лсх. можно определить необходимое количество элементов сигнальных обмоток.

Так как азимут изменяется в пределах от 0° до 360°, то для однозначного его определения необходимо использовать информацию о знаках полярности напряжений, снимаемых с двух ортогонально расположенных феррозондов. Для этой цели выходные сигналы Uft и Utt+z с усилителей И и 12 подаются на входы знаковых компараторов 15 и 16, выходы которых соединены с третьим и четвертым входами блока регистрации информации.

В таблице даны значения угла

Коммутаторы, избирательные усилители, фазовые детекторы, усилители, компараторы, знаковые компараторы, АЦП, элементы ИЛИ, счетчик, удвоитель частоты и генератор прямоугольных импульсов являются стандартными устройствами и поэтому особенностей не имеют.

Рассмотрим возможную реализацию блока регистрации информации.

Блок регистрации информации может быть реализован на дешифраторе типа К155ИДЗ, логических элементах «НЕ с открытым коллекторным выходом типа К155ЛН2, светодиодных семисегментных индикаторах серии АЛС 311А, светодиодах серии АЛ 102Б.

Код аналого-цифрового преобразователя, соответствующий снимаемому напряжению, подается на входы светодиодных индикаторов HI-НЗ. С цифровых индикаторов информация считывается непосредственно в угловой мере, где HI - десятки градусов, Н2 - единицы градусов; НЗ - десятые доли градусов.

На информационные входы дешифратора DD1 поступает сигнал логического «О или логической «1, в зависимости от знака полярности напряжений Ui. и Ufe+t, и код, соответствующий номеру включаемого элемента расчлененного феррозонда. К выходам дешифратора через элементы НЕ DD2- DD4.4 подключены светодиоды VD1-VD16. Элементы НЕ играют роль инверсного повторителя, так как выходной ток дешифратора мал для включения диодов. Если светодиоды - расположить в соответствующих секторах окружности (см. таблицу), то можно визуально зафиксировать, в каком секторе находится измеряемый азимут.

Для определения истинного значения зимута необходимо либо прибавить значение азимута, снятое со светодиодных инди0

5

каторов к нижней угловой границе сектора, либо вычесть его из верхней границы.

Суммирование необходимо производить в том случае, когда на информационном входе второго разряда дешифратора DD1 установится логическая «1 независимо от комбинации кодов на других информационных входах. Для однозначного определения необходимого арифметического действия к второму входу дешифратора DD1 через элемент НЕ DD4.5 подключен светодиод VD17. Если диод светится, производят суммирование, если нет - вычитание. Резисторы R1 - R17 подбираются исходя из требуемого тока светодиодов VD1-VD17.

25

Совместное использование четырех основных и четырех дополнительных сигнальных обмоток, компараторов, знаковых компараторов, счетчика и коммутаторов обеспечива- 2Q ет работу феррозонда в зоне максимальной чувствительности, что повышает точность измерений Кроме того, при этом отпадает необходимость использования вычислительного узла, что упрощает конструкцию и по- выщает надежность работы датчика.

Формула изобретения

0

Феррозондовый датчик азимута, содержащий феррозонд кольцевого типа с раз0 мещенными на нем обмоткой возбуждения и четырьмя основными сигнальными обмотками, расположенными под углом 90° по отношению одна к другой, удвоитель частоты, генератор, связанный с обмоткой возбуждения, два избирательных усилителя и два

5 фазовых детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы, он снабжен четырьмя дополнительными сигнальными обмотками, расположенными под углом 90° по отношению одна-к другой и под углом 45° по отношению к основным сигнальным обмотка.м, двумя коммутаторами, двумя, усилителями, двумя компараторами, двумя знаковыми компараторами, двумя аналого-цифровыми преобразователями, элементом ИЛИ, генератором прямоугольных и.мпульсов, счетчиком и блоком регистрации информации, при этом каждая пара диаметрально противоположных сигнальных обмоток включена последовательно и встречно и подсоединена к соответствующим входам коммутаторов, выходы которых подключены через изгибательные усилители, фазовые детекторы, усилители к входам компараторов и знаковых компараторов, причем выходы компараторов подк«1ючены через аналого-цифровые преобразователи к первому и второму входам блока регистрации информации, а выходы знаковых компараторов подключены непосредственно к третьему и четвертому входам блока регистра5

0

5

ции информации, выходы компараторов также через элемент ИЛИ подключены к запрещающему входу генератора прямоугольных импульсов, который своим выходом подключен к входу счетчика, выход которого подсоединен к управляющим входам коммутаторов и к пятому входу блока регистрации информации, а генератор через удвоитель частоты подключен к тактирующим входам фазовых детекторов.

Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения магнитного азимута скважины. Цель изобретении - повышение точности и надежности работы. Феррозондовый датчик азимута имеет феррозонд 1 кольцевого типа с размен1енны.ми на не.м обмоткой 2 возбуждения и сигнальными обмотка.ми 3, четыре из которых - основные, а четыре другие - дополнительные обмотки. Основные обмотки расположены под углом 90° друг к другу. Дополнительные обмотки расположены под углом 90° друг к другу и под углом 45° к основным обмоткам. Обмотка 2 связана с генератором (Г) 4, который через удвоитель 23 частоты подключен к тактирующим в.ходам фазовы.х детекторов 9, 10. Каждая пара диаметрально противоположны.х обмоток 3 включена последовательно и встречно и подсоединена к соответствующим входам коммутаторов 5, 6. Выходы последних через избирательные усилители (У) 7 и, 8. фазовые детекторы 9, 10. У И, 12 подклюм-- ны к входам компараторов (К) 13. 14 и -nii ковых К 15, 16. Выходы К 13, 14 подключен,; через аналого-цифровые феобразователп IT 18 к первому и второму входам блока i J регистрации информации. Выходы К 15, l(i подключены к третьему и четвертом) входам блока 19. Выходы К 13, 14 подключены через элемент ИЛИ 20 к запре1цаюп1. входх Г 21 прямоугольных импульсов. Выход Г 2l подключен к вход счетчика 22, выход которого подсоединен к управляющим входам коммутаторов 5. 6 и пятому входу б.чок,- 49. Феррозонд устанавливается в плоскости горизонта. Напряжение с обмоток 3 поступает через коммугаторы 5, 6 на У 7, 8. Производится тактирование снимаемого напряжения Г 4 и удвоителем 23 частоты. Детекторами 9, 10 выделяется вторая гармоника сигнала. При этом с У 11, 12 cinniaeicH постоянное напряжение, пронорциоиа.чьное азимчту. 1 табл. 3 ил. сл ел го со ел N

Примечание.k

- номер элемента расчлененного феррозонда, выходное напряжение которого удовлетворяет условию (3); Vr - знак полярности напряжения, снимаемого с k-ro феррозонда, Уд.2.-знак полярности напряжения, снимаемого с феррозонда, ортогонального k-ому, VDCN) - светодиод, установленный в соответствующем секторе ос, на блоке регистрации информации.

ЛП1

SHil

Фиг.2

337,5

Vff2 О у о

VD7S

27(f

vDg

.

VD7

22S

VD5

202:5

VD3 780 У01

.

ж

MD /7

/// Физ.

22, S УОв

VO 8

67,5

YD ГО

У072

757,5

Н5