Устройство для измерения механической скорости бурения Советский патент 1980 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к контролю малых скоростей вращения и может быть .использовано для измерения механической скорости бурения. Известны устройства содержащие импульсный датчик подачи, счетчики, цифровой индикатор 1, 2. Однако данные устройства имеют невысокое быстродействие, так как для вычисления скорости бурения необходимо за определенный .интервал времени наколить достаточно большое число импульсов от датчика подачи. Наиболее -близким по технической сущлости является устройство, содержащее сельсиЕный датчик подачи 3. Однако данное устройство содержит большое количество механических движущихся деталей, что снижает его надежйость, а наличие сельсинной передачи в индИКатОрном режиме приводит к возникновению дополнительных погрешностей. Целью изобретения является упрощение устройства, повышение надежности и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено генератором трехфазного прямоугольного напряжения, преобразователем фаза-код, последовательно соединенным и суммирующим счетчиком, клапаном переписи информации и вычитающим счетчиком, подключенным к регистрирующему блоку, причем выходы генератора трехфазного прямоугольного напряжения подключены к входам трехлучевой обмотки сельсина и к одному из входов преобразователя фаза--код, второй вход которого соединен с выходом -сельсина, а выход - со счетными входами суммирующего и вычитающего счетчика. При этом регистрирующий блок снабжен синхронизатором, один выход которого подключен к третьему входу преобразователя, а второй выход соединен с входом Сброса суммирующего счетчика и вторым входом «лапана переписи информации. Кроме того, регистрирующий блок снабжен генератором импульсов высокой частоты, ./ 5-триггером и логической схемой , к первому входу которой подключен генератор импульсов высокой частоты, к второму и третьему входам подключены соответственно прямой и обратный выходы триггера, к четвертому входу -- выход преобразователя фаза-код, а выход логической схемы 2И-ИЛИ подключен к счетному входу суммирующего счетчика i: через линию связи к счетному входу вычитающего -счетчика, вход запуска которого соединен с 5-входо,м триггера, к -входу которого подключен выход сумм,ирующего счетчика я вход преобразователя фаза-код.

На фиг. 1 и 2 -представлена блок-схема устройства.

Устройство содерж.ит датчик подачи с сельсином /, генератор 2 трехфазного прямоугольного сигнала, выходы которого подключены к входам трехлучевой обмотки сельсила, преобразователь 3 фаза-код, входы которого подключены к выходу однолучевой обмотки сельсина я одному из входов генератора. Устройство содержит также последовательно соединенные сумм«рующнй -счетчик 4, клапан 5 .переписи ннформадии, вычитающий счетчик 6 с произвольным модулем, цифровой «ндикатор 7, синхронизатор 5, первый выход которого соединен с входом запуска преобразователя 3, а второй с Н1ИНОЙ сброса счетчика 4 и управляюккм входом клапана 5, причем счетные в.ходы счетчиков 4 и 6 соединены с выходом преобразователя , / 5-триггер 9, логическую схему 10 2И-ИЛИ, .первый зход которой подключен к выходу генератора /./, второй и третий входы - соответствеш-ю к прямому к обратному выходам тр,игге,ра 9, четвертый - к выходу преобразователя 3, суммируюш,ий счетчи.к 4 по ,модулю /V, вход которого соединен с выходом схемы 10, а выход соединен с -входом триггера 9 и входом запуска 1преобразозателя 3, двухпроводную л.инию связи 12, цифро.вой индикатор 7, вычитающий счетчик 6 ло модулю N, .вход которого Через лз:нию связи 12 подключен к выходу логической схемы 10, а выходы его разрядов подключены ,к входам цифро.вого нндикатора 7, нриче-м вход запуска соединен с 5-1входом тр.иггера 9 и через линию связи - с входом сброса счетчика 6.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 2 трехфазного прямоугольного сигнала возбуждает в сельсине прерывистое вращательное магнитное поле, которое .индуцирует в однолучевой обмотке сельсина / синусоидальный сигнал. Угол .поворота ротора сельсина пропорционален разности фаз в однолучевой обмотке .и о.дной из фаз трехлучевой, возникающий фазовый сдвиг преобразуется в унитарный код преобразователем 3. Датчик включен таким образом, что при углублении инструмента код фазового сдвига уменыщается.

Перед началом очеред«о.го такта измерения в суммирующем счетчике 4 хранится Результат .измерения положения .инструмента, которое произведено ранее (). Сигналом второго выхода силх,ронизатора 8 по переднему |фронту .им-пульса производится перепись ,информа-цйи нз счетчика 4 в вычитающий счетчик 6, а по фронту сиада - устано.вка счетчика 4 в нулевое состояние. Сигналом с первого выхода синХ|рО:Н.изатора запускается преобразо.ватель 3. В счетчик 4

заносится .код текущего положения .инструмента (Xi), а в вычитающем счетчике определяется разнида между предыдущим и текущим положением инструмента. Полученная рвзница отображается на .цифровом индикаторе в единицах скорости проходки, .например, м/ч. Счетчик 6, работающий ло модулю Л (где Л - -Ч.ИСЛО имлульсов, соответствующее полному обороту ротора сельсина), .при выполнении операции зычита.ния может работать в двух режимах. В первом случае когда текущее значение п.роходки x-i мекьще предыдущего (()), вычитание происходит без перехода через

модуль. Во втором случае, когда предыдущее значение Х;- проходки близко к нулю, а текущее близко, к N, т. е. за время измерения ротор сельсргна пересек нулевое положенпе, сбоя в показаниях не .наблю.дается, так ,как в даннО|М случае от меньщего вычитается большее.

При .этом в счетчике про.исходнт переход через .нулевое состояние, после чего счет продолжается с ч.исла . Результат вычитапия в модульном счетчике и ,в данном случае равен разнице между положения.ми инструмента за время измерений.

Параметры устройства рассчитываются таки.м образо.м, что разница, вычисляемая

в вычитающем счетчике, равна скорости прохо.дки в единице м/ч.

При .выполнении регистрирующего устройства в другом вар.ианте работа происходит следующим образом.

В начале очередного такта измерения з

счетч,ике 7 хранится .код, соответствующий положению бурового инструмента в предыдущий момент измерения (Xi- i). Триггер 9 находится в нулевом состоянии, запрещая

прохождение импульсов от генератора 4 через схему 10. Цреобразователь 3 в данный момент пе работает. ИМ.пульс запуска своим передним фронтом произ.во.дит сброс счетчика 6 в нулевое состояние, а фронтом спада - уста.новку тр.иггера в единичное состояние, тем самьш раз.рещая прохождение им1пульсов от генератора 11 через схему 10. Счетчики начинают подсчет импульсов, счетчик 6 - с нуля, а -счетчик 4 - с кода

Счет про.изводится до тех прр, пока счетчик 4 не достигнет состояния Л, иосле чего он сбрасывается в нулевое сОСтояние и своим «мпульсом переполнения осуществляет сброс триггера 9 в нулевое состоя.ние и запуск преобразователя 3. В данный момент Б счетчике 6 набран код дополнения x,-i до Л, т. е. Л-Xi-i .

После за.пуска преобразователя .изморение про.изводится один раз. У.н.итар.ный код, соответствующий текущему положению Xi бурового инструмента, через схему .постуиает на счетчики - и 5. По окончании .измерения .в счетчике 4 хранится результат текущего измер1евия (Xi), а в счетчике 6 1про.исХОДИТ сложение по модулю N ранее набрандого дополнения и Xi: Hi {N-Xi+i +х) mod Л . В случае, если за время А ,ротор сельсина не пересек нулевое положение, то (xf- -Х(|)0. Следовательно, Л+(х,-- -Xi-)N, а так как счетчик работает ио модулю Л , то в нем остается число Нг Хг-Xi-i. Во втором случас, когда предыдущее из.мерение Xi i близко к .V, а текущее Хг - К .нулю, т. е. за время At ротор сельсина пересек нулевое состояние, выполняется условие (Хг-Xi)Q. Поэтому N + (Xi-Xi- i)N, следовательно, в счетчике остается число Hi N + Xi + Это и будет разность положений бурового инструмента за время Д/. Такое выполнение устройства для измерения механической скорости бурения повышает надежность и точность измерений. Устройство является простым и удобным в работе. Устройство позволяет бурильщику оперативно выбирать режимы бурения для достижения максимальной скорости бурения. Формула изобретения 1. Устройство для измерения механической скорости бурения, содержащее датчик с сельсином и регистрирующий блок, о т л ичающее-ся тем, что, с целью упрощения, ловыщеиия надежности и точности измерения, оно снабжено гене1ратором трехфазкого прямоугольного напряжения, преобразователем фаза-код, последовательно соединенными суммирующим счетчиком, подключенным к регистрирующему блоку, причем выходы генератора трехфазного прямоугольного напряжения подключены к входам трехлучевой обмотки сельсина и к одному из входов преобразователя фаза- код, другой вход которого соединен с выходом сельсина, а выход - со счетными входами суммирующего и вычитающего счетчика. 2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ще е с я тем, что регистрирующий бло.к снабжен синхронизатором, один выход которого подключен к третьему входу преобразователя, а другой соединен с входом сброса суммирующего счетчика и вторым входом клапана переписи информации. 3.Устройство ио п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что регистрирующий блок снабжен генератором импульсов высокой частоты, jRS-триггером и логической схемой 2И- ИЛР1, ,к первому входу которой подключен генератор импульсов высокой частоты, к второму и третьему входам подключены соответственно прямой и обратный выходы триггера, к четвертому входу - выход преобразователя фаза-код, а выход логической схемы 2И-ИЛИ подключен к счетному входу суммирующего счетчика и через линию связи к счетному входу вычитающего счетчика, вход запуска которого соединен с 5-входом триггера, к / -входу которого подключен выход суммирующего счетчика и вход преобразователя фаза- код. Источники информации, иринятые во внимание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство LNo 471422, кл. Е 21 ,В 45/00, 1973. 2.Авторское свидетельство К 471423, кл. Е 21 В 45/00, 1973. 3.Авторское свидетельство № 340772, кл. Е 21 В 45/00, 1966 (прототип).

Г