基于微惯性传感器的测斜仪姿态算法的研究

测斜仪在石油勘探、地质勘查等方面已成为一种有力的工具,但基于磁通门的测斜仪存在着易受磁场干扰的缺点,导致其测量精度降低,甚至无法工作。为了解决这一问题,提出了一种基于捷联惯性导航原理的连续测斜算法。算法利用微惯性传感器MPU6050获取姿态数据,采用四元数方法进行姿态解算,最终得到钻探过程中的倾斜角、方位角以及工具面角等数据。通过仿真验证,得到测量误差曲线。仿真结果表明,该算法可以实现全方位井眼轨迹连续测量,提高了测量效率。     

新型矿用无缆钻孔测斜仪的设计

介绍了新型矿用无缆钻孔测斜仪的组成、无缆测量原理及其关键部件的设计等.该无缆钻孔测斜仪工作原理基于同步技术,即首先将同步机和探管用连线连接后,使同步机和探管按预先设定的时间同步工作,然后拆开连线,将探管连接到钻杆上送入到测量处测量,与探管同步工作的同步机则记录有用的测点;测量完成取回探管,将探管测斜数据发送到同步机中,由同步机计算并显示出各测点的倾角和方位角.实际应用表明,该无缆钻孔测斜仪设计合理,使用方便,测量精度达到倾角(+90°～-90°)±0.2°、方位角(0～360°)±2°,完全满足煤矿井下钻孔轨迹测量的要求.     

新型测斜仪测量误差分析

在地下勘测,钻井探矿等领域,需要测斜仪对钻头的姿态进行精确定位与控制,实时监测地底下钻头的姿态变化。新型测斜仪采用环形双分量磁通门传感器和铁芯不固定的方法,具有结构简单,测量参数少,算法简单,正交度补偿算法简单等特点。但是新测斜仪在测量过程中,受到外界的误差干扰和内部传感器的安装设置误差等问题的干扰。本文针对新型测斜仪的传感器模型和电路设计方面,进行了新型测斜仪的测量误差原理分析,应用合理的电路设计减少电气间电磁干扰误差、应用了软件正交校正及物理校正的方法,有效的抑制了测斜仪传感器本身的姿态误差,提高了测斜传感器的测量准确度。     

陀螺测斜仪小角度井斜角测量的姿态提取方法

针对陀螺测斜仪系统在小角度井斜角测量时存在测量精度低的问题,本文对其产生机理和形成原因作了详细分析,并推导了新的小角度井斜角测量的姿态提取方法。搭建基于高精度动调陀螺的随钻测斜仪产品原理样机,并利用高精度三轴转台反复多次模拟实际钻井施工中随钻测井过程,结果表明该方法可有效的提高陀螺测斜仪小角度井斜角随钻测量的解算精度。     

井下随钻测斜仪误差校准方法及系统研究

随着油气开采领域中水平井、大位移井的大量开发，能够实时测量钻井轨迹的随钻测斜仪对于提高井筒轨迹控制精度，提高油气开采效率具有重要的意义。由于随钻测斜仪本身传感器加工及安装误差的影响，导致其测量得到的井斜、方位和工具面角具有较大的误差，同时针对传统25位置法、9位置法等校准耗时长、操作复杂的问题.提出了一种基于三特定位置法的测斜仪误差校准方法。首先，建立误差校准模型，利用三位置构建9个方程组，解算出误差修正矩阵。最后，开发出上位机系统，系统采用C#、MATLAB语言混合编程设计而成，具有实时数据采集、实时姿态测量显示、实时曲线绘制、数据报表、历史数据查询等功能，经过大量的现场校准试验，测斜仪测量精度相对于校准前得到了大幅提升，井斜提高了50％，方位提高了85.37％，工具面提高了 69.33％。     

轻小型二位置光纤陀螺测斜仪惯性测量单元设计

针对油气井中井眼口径窄小、高温、高冲击等恶劣环境,采用双轴一体光纤陀螺和石英挠性加速度计作为核心传感器部件,实现了轻小型二位置光纤陀螺测斜仪惯性测量单元(IMU)。采用DSC(dsPIC30F6014A)+FPGA双CPU导航计算机方案完成导航计算和滤波算法以及IMU数据的采集、控制与传输等功能。重点介绍了系统工作原理,IMU、数据采集与接口电路和双微处理器设计等硬件结构及软件算法。样机测试结果表明:该样机达到了预期精度指标要求(井斜角精度优于±0.2°,方位角精度优于±2°,工具面精度优于±0.5°),系统的性能尺寸体积、重量等方面达到了井下测斜仪器设计要求。     

采用三点峰值法求陀螺测斜仪的平衡位置

陀螺测斜仪的斜度数据可以通过自由摆动的测角传感器获得。在连续测量过程中,测角传感器的摆锤一直在做摆动,因而传感器输出的信号中除了实际的斜度信号以外,还有更大幅值的摆动信号。测量速度提高以后,斜度信号和摆动信号的频率十分接近,无法用常规模拟或数字滤波方式将摆动信号消除。文章提出了一种采用三点峰值法求解平衡位置的方案,解决了该问题。     

高精度随钻测斜仪的设计

选用国产传感器并进行补偿算法和信号处理算法研究,设计了高精度的随钻测斜系统。介绍了随钻测斜仪的主要测量原理、测量参数,详细说明了本系统的设计原理图、测量方法、硬件电路、软件设计。     

测斜仪新旧版标准的分析与比较

新版国家标准GB/T 38204—2019《岩土工程仪器测斜仪》,是对旧版标准SL 362—2006《大坝观测仪器测斜仪》的扩展及延伸。简要解析新版标准的编制过程,对新、旧版标准的适用范围和引用文件等做进一步的比较,并根据目前测斜仪在我国的应用情况,对测斜仪的适用范围、仪器种类、指标要求等进行补充和完善。新版标准确保新类型测斜仪的产品质量,可为我国标准体系的建立及产品质量监督检查提供参考依据。     

基于曼哈顿距离法的颗粒流速检测技术

提出采用曼哈顿距离法检测气/固两相流中固相颗粒的流速,介绍了检测原理,并提出一种延时估计算法,以降低处理器的数据存储空间;构建了实验系统,分别采用互相关原理检测法和曼哈顿距离法对示波器采集信号进行分析,结果表明曼哈顿距离法检测结果具有较好的稳定性、可靠性。     

边坡测斜管扭转检验与测值修正

为定量了解实际工程中测斜管扭转情况及其检验方法,以及基于测扭结果的变形测值修正方法,给出了专业的测扭仪的应用过程,分析了测斜管扭转成因以及根据实测扭转角度进行测值修正过程,以某电站工程进水口边坡上安装的CF01和CF02两根测斜管为例,采用几何修正和坐标转换的方法对测斜管导槽扭转和测值修正过程进行了深入研究,分析了现有扭转程度对测值的影响。具体工程实例证明本文方法合理可信、所选用的测扭仪可靠,对类似工程具有一定参考应用价值。     

基于应变式双参数倾斜仪的设计

为精确测量桩体在施工过程的倾斜角度,介绍一种基于电阻应变计式的双参数倾斜仪,阐述了倾斜仪的结构设计和工作原理;推导出倾斜角和方位角的数学模型。对放大电路及其信号变换电路进行硬件设计和软件编程。实验结果表明倾斜角在±10°范围内,其测量精度为0.04°;方位角在0°～360°范围内,其测量精度为2.253°,可以满足桩基础施工的技术要求。     

悬臂掘进机自动导向和定位技术探索

介绍了掘进机自动导向和定位技术,分析和比较了基于全站仪、陀螺仪、电子罗盘、激光导向仪和视觉检测等的掘进机自动导向和定位技术的原理和特点,得出了如下结论:(1)基于陀螺仪和电子罗盘的自动导向和定位技术可实现自主导航,其它方法则需要给定参考坐标系;(2)以倾角仪作为俯仰角和横滚角检测传感器的装备技术更适合于水平巷道导向;(3)以巷道指向激光为参照系的方法更易于同煤矿现有自动导向和定位方式相结合。     

双分量环形磁通门测斜传感器测量原理分析

在地下勘测,钻井探矿等领域,需要测斜仪对钻头的姿态进行精确定位与控制,实时监测地底下钻头的姿态变化。现有的测斜仪通常为三分量磁通门传感器与三分量加速度传感器相结合,其结构复杂,且磁通门传感器与加速度传感器的轴向要求方向一致,因此需要人工调节与算法调节,加大了前期传感器布置与补偿的计算难度。本文研究了新型测斜传感器,采用环形铁芯设计和铁芯不固定的方法,设计了双分量环形磁通门传感器,并通过铁芯与磁通门传感器的敏感轴方向上磁通量之间的角度关系,通过三维坐标轴旋转计算得出测量被测物体的俯仰角等姿态变化。经过试验表明,新型测斜传感器能对物体的姿态角进行精准测量,精度高,且省去了加速度传感器,简化了传感器结构和测量参数,并且简化了角度测量算法与正交度补偿算法。     

液压挖掘机工作装置姿态检测

通过对倾角传感器工作原理的分析及液压挖掘机工作装置运动的研究,阐述了怎样利用双轴倾角传感器完成对液压挖掘机工作装置的姿态定位问题,为实现液压挖掘机的智能化提供了前提条件。     

电解质倾斜传感器在船载两轴天线中的应用

在分析了电解质倾斜传感器的原理和特性的基础上,完成了天线倾斜信息提取模块硬件电路设计和软件部分开发,并针对模块输出信号的特点,通过Origin7.0曲线拟合软件对倾斜传感器进行了标定,结果表明:该倾斜信息提取模块具有较高的精度和可靠性.     

倾角传感器自动标定系统的研究

为了解决手动标定方法效率低、精度低的缺点,采用自动控制伺服电机分度的方法来实现倾角传感器的自动标定,并采用闭环控制系统和角度误差补偿与温度补偿方法来保证标定的精度。自动标定系统中利用单片机技术整合数据和控制系统,并通过软件编程将系统各部分整合起来,不但标定精度高,而且,工作效率也得到了提高。