Преобразователь азимута инклинометра Советский патент 1992 года по МПК E21B47/02 

ры 5, 6, первый и второй каналы преобразования, каждый из которых состоит из последовательно соединенных избирательного усилителя, фазового детектора и аналого- цифрового преобразователя (АЦП) - соответственно, 8, 9 и 10, 11, 12, сумматор 13, входы которого соединены с выходами источника опорного напряжения (ИОН) 14 и устройства выборки-хранения (УВХ) 15, а выход через резистор 16 подключен к сигнальной обмотке третьего феррозонда 4, а также блок управления 17, подключенный входом к генератору 1, а выходами - объединенным входам управления коммутаторов 5, 6, к объединенным входам управления АЦП 9,12 и ко входу управления УВХ 15. При этом входы 1 коммутаторов 5, 6 подключены к сигнальным обмоткам соответственно первого и второго феррозондов 2, 3, входы 2 объединены и подключены к сигнальной обмотке третьего феррозонда 4, входы з объединены и подключены к общему проводу схемы преобразователя, выходы коммутаторов 5, 6 соединены соответственно со входами избирательных усилителей 7, 10, а выходы фазового детектора 11 второго канала преобразования подключены ко входу УВХ 15 (фиг. 1),

Вариант схемы блока управления 17 включает в себя первый, второй и третий одновибраторы, содержащие соответственно D-триггеры 18-20, резисторы 21 - 23, конденсаторы 24 - 26 и диоды 27 - 29, а также счетчик 30, управляющий дешифратором 31, RS-триггер 32 и логический элемент И 33 (фиг. 2). Принцип построения блока управления не является оригинальным, схема блока приведена для пояснения пространственно-временного распределения сигналов управления преобразователем.

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 1 запитывает обмотки возбуждения феррозондов 2-4 переменным током с частотой ш и, кроме того, вырабатывает последовательность синхронных с током возбуждения прямоугольных импульсов с частотой 2 со для управления фазовыми детекторами 8, 11 и последовательность низкочастотных прямоугольных импульсов с периодом Т для тактирования блока управления 17.

В блоке управления 17 посредством счетчика 30 дешифратора 31 и RS-триггера 32 осуществляется такое пространственно- временное распределение сигналов управления коммутаторами 5, 6, что в течение времени, равном 7Т, входы избирательных

усилителей 7, 10 подключены к сигнальным обмоткам феррозондов 2, 3, в течение времени Т - к сигнальной обмотке феррозонда 4 и далее в течение времени Т - к общему

проводу схемы преобразователя. Интервал времени, равный 9Т, представляет собой цикл работы преобразователя. При использовании показанной на фиг. 2 схемы дешиф- ратора он делится на три подцикла,

длительность которых соответственно равны 7Т, Т и Т.

В течение каждого интервала времени Т происходит формирование импульсов управления АЦП 9, 12 и УВХ 15. Для этой цели

используют одновибраторы, выполненные на триггерах 18-20. Первый одновибратор осуществляет выдержку времени ъ R2iC24, необходимую для окончания переходных процессов в схемах избирательных усилителей и фазовых детекторов. Длительность этой выдержки составляет в среднем (0,9 - 0,95)Т. После окончания выдержки вторым одновиб- ратором формируется импульс управления УВХ 15 длительностью г R22C25, по окончании которого третьим одновибратором формируется импульс управления АЦП 9, 12 длительностью т R23C26.

В первом цикле работы преобразователя входы избирательных усилителей 7, 10

подключаются к сигнальным обмоткам феррозондов 2, 3. С помощью избирательных усилителей 7, 10, настроенных на частоту 2 ft), производится выделение информационных составляющих из полигармонических

сигналов феррозондов. Вследствие ортогональности осей чувствительности феррозондов 2, 3 амплитуды этих составляющих пропорциональны функциям измеряемого магнитного азимута и равны

U2 a2H0sin а , Уз aaHoCos a. (1)

где 32, аз - коэффициенты преобразования феррозондов;

Но - горизонтальная составляющая гео- магнитного поля;

а- магнитный азимут. Далее посредством фазовых детекторов 8, 11 и АЦП 9, 12 осуществляется выпрямление и аналого-цифровое преобразование информационных сигналов. В результате на выходах АЦП 9, 10 соответственно формируются коды №(l) K7K8U2cos2( Ф/ -I- р)К9 + N0g;

N12(0 K10K11U2COS3(0 + N012, (2),

где К, Кю - коэффициенты усиления избирательных усилителей 7, 10 на центральной частоте настройки;

Кв, Кп - коэффициенты передачи фазовых детекторов 8, 11;

Ф.Ф10 - фазочастотные характеристики избирательных усилителей 7, 10;

р - сдвиг фаз между основной гармоникой импульсов управления фазовыми детекторами 8, 11 и второй гармоникой в сигнальных цепях феррозондов;

Uos, Uon - смещения нулевого уровня сигналов в избирательных усилителях и фазовых детекторах приведенные к выходам фазовых детекторов 8,11;

Kg, Ki2 коэффициенты преобразования АЦП 9, 12;

Uog, Uoia - смещения кодов на выходах АЦП 9, 12, равные примерно половине полного диапазона изменения кодов.

В течение первого подцикла производится семь измерений сигналов феррозондов 2, 3, что определяется схемой блока управления 17. Перед началом седьмого измерения посредством второго одновибра- тора, выполненного на D-триггере 19, и логического элемента 33 формируется импульс управления УВХ 15. Последнее запоминает значение сигнала на выходе фазового детектора 11, соответствующее текущему моменту времени, вследствие чего на выходе УВХ 15 возникает сигнал

Ul5 KloKnU3COS2( J 10+$+Uoil Kl5, (3).

где KIS - коэффициент передачи УВХ 15.

Во втором подцикле входы избирательных усилителей 7, 10 подключаются к сигнальной обмотке третьего феррозонда 4. Сигнал этого феррозонда (амплитуда второй гармоники) равен

U 4 a/i(HoCos а+Н),(4),

где Э4 - коэффициент преобразования феррозонда 4;

Н - поле, создаваемое током, протекающим через резистор 16 и сигнальную обмотку феррозонда 4:

Н

Ь4

(K i3Ui4+K i3Ui5) (5);

где Ь4 - постоянный коэффициент, зависящий от параметров феррозонда 4,

Rie - сопротивление резистора 16;

DM - опорное напряжение постоянного тока, выдаваемое источником 14;

К 13, К 13 - коэффициенты усиления сумматора по входам, соединенным с выходами источника 14 и УВХ 15 соответственно. Параметры УВХ 15, источника опорного напряжения 14, сумматора 13 и резистора 16 выбираются такими, чтобы сигнал феррозонда 4 не зависел от азимута и имел постоянное значение, равное максимальным значениям сигналов феррозондов 2, 3. Это

0

5

условие выполняется в том случае, когда внешнее поле Но cos а в объеме сердечника феррозонда 4 полностью компенсируется той составляющей тока через резистор 16, которая пропорциональна сигналу феррозонда 3. Формирование необходимого сигнала феррозонда 4 достигается непосредственно установкой его оси чувствительности параллельно оси чувствительности феррозонда 3 и обеспечением следующих соотношений:

щК 1зКюК11К15С052(Ф1о +p)H0cos a -H0cos«;(6),

13K15U011 H0, (7),

которые вытекают из формул (1), (3 - 5). В результате сигнал феррозонда 4 практически определяется величиной опорного напряжения источника 14 (Uon « Ui4)

b4 „i

Rie

K 13U14,

(8).

5

0

5

0

5

0

5

После измерения этого сигнала во втором подцикле работы преобразователя на выходах АЦП 9, 12 возникают коды

Ng(ll) K K8U4COS2( Ф ) + UoelKg + N09;

N12(11) КюКц114С082(Ф1о 4-p) + + N012.(9).

В третьем подцикле входы избирательных усилителей 7, 10 соединяются с общим проводом схемы преобразователя и на выходах АЦП формируются коды

N9(lll) K9Uo8 + No9,

N 12(1 ll)-Ki2Uoii + N012,(Ю),

соответствующие общим смешениям нулевых уровней в каналах преобразования.

При обработке измерительной информации вычисляются разности

Ng(l)-Ng(l II); N12(1)-N12(111); (11),

N3(l I) - №(l 11); N 12(1) - N 12(1 II), (12),

первые из которых приводят к нулевым уровням каналов преобразования измеренные сигналы феррозондов 2, 3 а вторые - сигнал феррозонда 4. В результате полностью исключается влияние смешений Uoa, Don, N09, N012. Далее производится нормирование сигналов феррозондов 2,3, для чего вычисляются отношения

№( )-№(1П) 32 Н0 sin a №( II)-N9 (III) U4

N12(1)-N12(111) аз Но cos a Ni2(H)-N12 (III)U4

(13).

Полученные значения As, Ac используются для вычисления азимута:

On arctgAs/Ar.(14).

При точной настройке феррозондов 2,3 их коэффициенты преобразования равны

As

Ас

между собой (32 аз) и полученное значение магнитного азимута ссп равно истинному значению а ,

Формула изобретения Преобразователь азимута инклинометра, содержащий генератор, два дифференциальных феррозонда с горизонтальными и ортогональными осями чувствительности, два двухвходовых коммутатора и два канала преобразования, каждый из которых состоит из последовательно соединенных избирательного усилителя, фазового детектора и аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения влияния на результат измерений разброса параметров параллельно работающих каналов преобразования, он снабжен третьим дифференциальным феррозондом с горизонтальной осью чувствительности, источником опорного напряжения, блоком выборки-хранения, сумматором, резистором и блоком управления, коммутаторы выполнены с тремя входами, при этом входы управления фазовых детекторов объединены, а генератор подключен к обмоткам возбуждения феррозондов, к объединенным входам управления

фазовых детекторов и к входу блока управления, первые входы коммутаторов соединены с сигнальными обмотками соответственно первого и второго феррозондов, вторые входы коммутаторов объединены и подключены к сигнальной обмотке третьего феррозонда, а третьи входы коммутаторов объединены и соединены с общим проводом схемы, входы управления коммутаторов объединены и соединены с выходом блока управления, два других выхода которого подключены соответственно к объединенным входам управления аналого-цифровых

преобразователей и одним из входом выборки-хранения, к второму входу которого подключен выход фазового детектора второго канала преобразования, выходы блока выборки-хранения и источников опорного

напряжения подключены к входам сумматора, выход последнего через резистор соединен с сигнальной обмоткой третьего феррозонда, выходы коммутаторов подключены к входам избирательных усилителей

первого и второго каналов преобразования соответственно, а оси чувствительности второго и третьего феррозондов расположены параллельно.

О/Я - fa.rtofQ. /

л Л-лйглг

y/fpagsftft/ff / {//73,t2

КЗ frofy

yi.z3fyf Kt/ }

&6XIS

#0/j(0efor

k, bffflt&tffftfff

tfftfMy/xQmifffGS

$6