三轴磁通门磁梯度仪转向差校正方法研究

三轴磁通门传感器应用广泛,但其自身固有的零偏误差、灵敏度误差以及三轴非正交误差对其磁场测量精度有着较大的影响。针对磁通门梯度仪中磁传感器自身的性能参数和摆放方位不一致问题,提出了转向差的校正方法:分别建立了磁通门传感器误差的自校准和互校准数学模型,并采用神经网络算法和最小二乘算法对模型参数进行求解。仿真和试验结果表明,整个校正过程简单可行,在不需要三轴无磁转台以及恒定磁场标准装置等复杂试验设备情况下,利用磁通门梯度仪在稳定的地磁场环境下采集多组磁场数据,能有效降低磁梯度仪转向差引起的测量误差。     

一阶数控球形反馈磁张量梯度仪动态特性研究

磁通门张量探头在非零的地磁场环境下存在稳定性差、非线性误差大等不足。为克服此类缺陷,需采用磁补偿技术使磁通门工作在零磁场环境。以提高磁通门张量探头的探测精度为目的,采用球形线圈及对应的驱动模块作为磁补偿装置,利用一阶数字控制系统的方法建立磁补偿装置的数学模型,并对其进行参数优化实现最优控制。实验结果显示,当带有球形反馈线圈磁通门张量探头的稳态误差在52.56 nT之内时,系统的带宽将扩展至4.75 Hz,该结果能够同时满足磁张量梯度仪的探测精度及带宽要求,提高了其在航空地球物理探测中的应用价值。     

全姿态光纤陀螺井眼轨迹连续测量仪研究

在油气井井眼轨迹测量中,针对传统磁通门磁力计无法在套管井、铁矿井等受磁场干扰或无磁环境下测量的问题,研制了一种新型小口径全姿态井眼轨迹连续测量仪.系统采用了新研制的小口径精密三轴一体化光纤陀螺和3个石英加速度计作为核心传感器,为克服高温恶劣环境对仪器测量精度的影响,提出了加装保温瓶、置入吸热材料、对传感器采用小波神经网络进行温度漂移辨识与补偿的方案.给出了系统方案、轨迹测量算法、漂移误差估计与补偿算法.测试结果表明:该系统倾角测量范围为0°～180°,井斜方位为0°～360°,井斜方位精度优于±3°,倾角精度优于±0.15°.系统能够有效解决在无磁或磁干扰等环境下的轨迹连续测量问题,其全姿态测量特点使其亦适用于日益增多的水平井测量,具有广阔的应用前景.     

高温磁通门传感器设计与实现

针对井下智能导钻工程中使用的传统磁通门传感器不耐高温且在尺寸上无法满足井下狭小空间等问题,设计了工作在175℃高温环境下的高性能数字磁通门传感器。该传感器基于二次谐波法设计,采用SM320F28335GBS作为主控芯片,协调控制激励电路、感应电路、反馈电路与温度数据采集电路,联合磁通门探头实现了高温环境下磁场信号的采集与处理。实验测试结果表明：该高温磁通门传感器的量程为±60 000 nT,分辨率为3 nT,线性度为0.03%,与高性能磁通门磁测数据的相关系数为0.927,在175℃高温环境下的磁测数据验证了该数字磁通门样机能够用于高温环境下的磁场测量。     

基于磁通门技术的方位传感器设计

磁通门技术是一种非电量磁测法，它利用由高磁导率、低矫顽力的软磁材料作成的铁芯在激磁作用下，感应线圈出现随环境磁场强度而变的偶次谐波分量电势的特征，然后通过高性能的滤波器测量偶次谐波分量。文中介绍了以磁通门技术为工作原理的方位传感器设计，主要包括磁通门的工作原理、铁芯的热处理工艺、二轴磁通门传感器的结构设计及电路原理。     

基于加速度计和磁强计的方位测量与校正技术研究

根据随钻测量的要求,描述了基于三轴加速度计与三轴磁强计测量钻具方位的方法,并针对铁磁性材料造成干扰磁场对方位测量引入的误差,提出了两种利用当地地磁场进行方位校正的方法--直接校正法和间接校正法,前者通过校正公式直接进行校正,后者通过循环递推逐次收敛于真实的方位.在原理分析的基础上,得出具体的校正算法,并通过数据仿真进行验证.结果表明,两种校正方法均能消除钻具干扰磁场的影响,获得准确的方位角,因此可以大大减少无磁钻铤的长度,节省钻进成本.     

管道内地磁场特性分析及实验研究

将油气管道理想化为无限长的磁性材料圆柱腔,根据静磁场理论中的磁通连续性原理,分析了管道对地磁场不同方向分量的屏蔽系数,推导出油气管道内剩余地磁场强度与管道走向之间的关系,建立了管道内三轴磁传感器采集数据的数学模型,通过大量现场实验数据验证本模型.在管道走向检测领域具有重要意义,研究成果具有广阔的应用前景.     

不同试样方位对摩擦磁记忆信号形成与检测的影响

采用40Cr Mo块试样与316 L销试样组成销-块摩擦副,在地磁场环境下进行摩擦磁记忆试验,研究不同检测方位对摩擦磁记忆信号检测结果的影响,以及不同摩擦方位对摩擦磁记忆信号形成过程的影响。试验结果表明:摩擦磁记忆信号切向分量能够准确地表征磨痕的位置与长度;不同检测方位对摩擦磁记忆信号的检测结果产生影响,该影响与检测方位下的地磁场强度有关,地磁场强度越大,对试样磨痕的磁化能力越强,摩擦磁记忆信号值与地磁场强度的差值越大;保持检测方位不变,不同摩擦方位对摩擦磁记忆形成过程基本没有影响。     

基于磁通门传感器的弱磁场检测方法

为了实现对弱磁场的检测,研究了磁通门传感器原理,建立了磁通门传感器数学模型;采用高磁导率材料钴基非晶合金VITROVAC 6025Z作为磁芯材料设计制作了磁通门传感器,结合DDS(直接频率合成器)激励电路和虚拟仪器构成磁通门磁强计.虚拟仪器上磁场调零功能可实现磁通门磁强计在不同磁场环境下的归零校准,对弱磁场的测量更加精确.经对比实验,选择激励信号频率为10 kHz,激励幅值为5V,此时该系统灵敏度较高.在稳定可控磁场中,利用特斯拉计对系统进行定标,实验结果表明,磁通门磁强计线性度较好,分辨力达μT级.     

磁记忆拉伸应力测量中外磁场干扰的影响

利用磁记忆技术进行杆索钢构件拉伸应力测量时,作为激励磁场的地磁场极易受到外界干扰,极大地降低了测量精度.为研究外磁场干扰对测量精度的影响,建立了力磁耦合理论模型,推导出传感器输出与拉伸应力、地磁场和干扰磁场的关系式.用永磁体模拟干扰磁场,控制其与传感器的相对位置可改变干扰方式,分别测试不同干扰下传感器输出与构件拉伸应力的关系.试验结果与理论分析一致:当干扰磁场较强,比地磁场高一个或几个数量级时,传感器输出曲线斜率和截距均受影响而变化;当干扰磁场较弱,与地磁场同数量级或更弱时,斜率变化可忽略,但截距仍变化较大.对于实际工程测量中弱磁场干扰情况,根据其影响特征,提出了一种差动式消除方法,提高了测量精度.     

水平定向钻进随钻测量及方位校正研究

根据水平定向钻进角度随钻测量的要求，描述了用三轴加速度计与三轴磁强计测量地下钻头姿态-方位角、倾斜角和工具面向角的方法，针对由于钻具铁磁性材料造成干扰磁场对方位测量引入的误差，提出了利用当地地磁场进行校正的方法，详细分析了校正原理，同时给出校正步骤和仿真结果。结果表明，这种校正方法能够在不更换钻具的情况下获得准确的方位角，因此可以大大减少无磁钻铤的长度，节省钻进成本。     

基于ARM的三端式磁通门传感器

传统磁通门传感器受环境变化影响较大,文中设计了一种基于ARM的三端式磁通门传感器.传感器对磁通门信号进行数字化处理,把二次谐波的积分值反馈到磁通门线圈中,最后在计算机上显示磁场大小与方向.软件取代了模拟电路中带通滤波、相敏检波和积分等环节.实验结果表明:设计的三端式磁通门传感器具有较好的稳定性和线性度.     

融合转向差校正的磁强计地磁补偿硬件实现研究

为实现地磁背景下微弱磁异常目标的远距离探测,解决地磁背景信号远大于目标磁异常信号,导致测试系统分辨率和探测能力受限的问题,文中设计了由测量和补偿2个三轴磁通门磁强计构成的实时动态地磁补偿系统。推导了三轴磁通门磁强计非正交、灵敏度和零点误差对测量结果的影响方式,提出了通过电路参数的合理匹配和优化设计实现转向差校正和地磁补偿的硬件技术方案。实验证明该方案有良好的转向差校正和地磁补偿效果,可以为磁异常信号提供更大的增益范围,能够实现对微小磁异常信号的实时提取与动态检测,具有较好的工程应用价值。     

井下高温高精度磁场随钻测量系统设计

为了解决井下高温环境下微弱磁场的高精度测量问题,以提高在正钻井中对井眼附近磁性物质的探测距离,在分析噪声抑制方法基础上,从系统结构、高温器件选型、信号滤波与模数转换、电源稳压处理等方面进行了设计和优化.系统采用斩波技术和低噪声运算放大器降低了测量电路的固有噪声水平,选用高温三轴磁通门传感器Mag-610L及32位模数转...     

超声电视成像测井仪的磁通门传感器设计

在超声电视成像测井仪器中,磁通门传感器用于确定图像的方位.依据仪器的结构特点,设计了圆环形磁通门传感器探头.依据该仪器的磁定位只需反映地磁强度的周期变化的特殊需求,简化了检测电路,提高了高温环境下的稳定性和可靠性.针对不同线圈参数,给出电路的调试与刻度方法.实验结果表明:该传感器在高温环境下稳定工作,输出信号频率稳定,具有很高的实际应用价值.     

井下高温高精度磁场随钻测量系统设计北大核心CSCD

为了解决井下高温环境下微弱磁场的高精度测量问题,以提高在正钻井中对井眼附近磁性物质的探测距离,在分析噪声抑制方法基础上,从系统结构、高温器件选型、信号滤波与模数转换、电源稳压处理等方面进行了设计和优化。系统采用斩波技术和低噪声运算放大器降低了测量电路的固有噪声水平,选用高温三轴磁通门传感器Mag-610L及32位模数转换器ADS1282H实现了高温下磁场的高精度随钻测量。结果表明,静磁场强度测量分辨率达到0.1 nT,满足高温下测距的测量精度需求。     

基于磁场梯度测量的磁记忆试验

金属磁记忆检测是无损检测领域的新技术。为探索以磁场梯度为判据的磁记忆检测方法,采用自制的专用磁场梯度检测仪,在地磁场环境对棒状低碳钢进行拉伸试验。结果显示磁场梯度与应力的关系随测量方法不同有很大差异。当将试件原位放置在拉伸机上测量时,磁场梯度与应力之间没有确定的关系;当将试件从拉伸机上取下测量时,磁场梯度与近期曾经受到的最大应力成线性关系。通过测量铁磁性构件表面的磁场梯度,为非破坏性测量应力提供新途径。另外,磁记忆信号会随试件取下后搁置时间而逐渐减弱的事实,表明用金属磁记忆技术检测应力集中具有时效性。     

基于弹载磁传感器的飞行姿态测量技术

利用弹载传感器对旋转体的飞行姿态进行精确测量一直是一个难题。若利用零交叉时磁传感器输出的相位信息,可提出一种基于磁通门传感器的方位角测量原理和方法,能够对物体相对于地磁场的姿态实现高速度、高分辨率的测量。     

闭环反馈式宽带磁通门设计

针对数字磁通门响应速度慢的缺点,在深入研究模拟磁通门的基础上,通过采用模拟电路和提高磁通门激励信号频率等方法提高了磁通门带宽。同时,采用硬件及软件补偿方法避免了模拟电路温度性能差的影响,研制了一款宽带磁通门传感器。详细介绍了该磁通门系统的硬件结构、软件设计和实验结果。测试结果显示:在±6.7×104nT测量范围内的非线性误差为0.02%,分辨率小于2 nT,信号处理电路带宽为620 Hz,数字信号输出带宽为330 Hz,在-20~80℃范围内,被测量磁场相对误差不超过±0.32%。     

基于MEMS传感器的旋转永磁体定位技术

基于地磁场的随钻测量系统具有问题:进行轨迹拟合时存在误差积累;在地磁场受干扰时无法进行准确定位.使用永磁体进行定位可以消除以上问题.利用永磁体的磁场模型,建立了旋转永磁体定位模型,利用MATLAB对模型的数学特性进行了分析.提出了基于旋转永磁体的曲线拟合定位算法,并给出了算法实现流程.基于3轴MEMS加速度计和3轴MEMS磁阻传感器搭建了测量系统,并在实验室环境下进行了模拟实验,定位精度达到cm量级.