矿用回转钻机离线式随钻测斜系统

针对矿用回转钻机打钻过程中无法直接测量孔底钻具姿态数据和绘制钻孔轨迹的问题,基于随钻测斜原理和离线式数据同步方法,开发了一种矿用回转钻机离线式随钻测斜系统。该系统由探管、同步仪和上位机软件组成。探管通过三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器分别测量重力场和地磁场,以采集钻杆姿态;同步仪通过按键采集钻孔和钻杆编号,并根据钻杆姿态数据进行有效测点筛选;上位机软件通过测点递推算法绘制钻孔2D或3D轨迹图。功能测试结果表明:该系统测量的总地磁场矢量模长接近真实值50～60μT,总重力加速度矢量模长接近1g,经传感器校正算法校正后的倾角最大偏差为1°,方位角最大偏差为5°。井下测试结果表明:对于已成钻孔,该系统绘制的钻孔轨迹与实际轨迹基本相同;对于钻进钻孔,孔口轨迹易受钻机本身的磁干扰而出现偏差,导致整条钻孔轨迹偏差较大,应保持钻机距离孔口3m以上。     

随钻测斜系统离线式数据同步方法研究

针对煤矿用普通中小型回转钻机的随钻测斜系统姿态数据无法在线上传的问题,提出了一种离线式数据同步方法。该方法是在打钻过程中,孔口同步仪和孔底探管分别对钻杆数据和钻孔测点姿态数据进行实时采集,打钻完成后,同步仪统一读取全部探管数据,同时采用同步方法进行有效测点筛选,最终实现钻孔轨迹绘制。试验结果表明,该离线式数据同步方法使钻杆数据和姿态数据实现了同步,能够在不改动钻机结构的前提下充分满足普通中小型回转钻机的随钻测斜需求。     

井下仰角钻孔测井系统设计

针对传统的测井系统存在总线利用率低、数据传输速率低等问题,提出了一种井下仰角钻孔测井系统设计方案,着重论述了系统结构、网络拓扑和以PIC18LF4680为核心的探管节点的软硬件设计。该系统应用文件管理控制芯片管理系统数据,实现了有缆和无缆2种测井方式。实际应用表明,该系统运行稳定,适用于生产矿井工况的测量。     

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。     

矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置及其应用

针对采用中心通缆式钻杆作为信号传输通道的有线随钻测量装置存在的钻杆结构复杂、机械性能受限、抗干扰能力差等问题,研制了一种矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置。该装置由防爆计算机、防爆键盘、防爆数据存储器、防爆测量探管、防爆压力变送器等组成,采用间歇模式工作:防爆测量探管中的测量短节检测到泥浆泵停泵信号后,采集钻孔轨迹参数、定向钻具状态参数等静态数据并进行编码;当检测到泥浆泵开泵信号后,防爆测量探管中的驱动短节依次发送静态数据、测量并发送动态数据,同时控制脉冲发生器调整水力通道的流道面积;防爆压力变送器采集泥浆泵压力信号并将其发送至防爆计算机;数据传输完成后,防爆测量探管停止工作,脉冲发生器内部流道恢复,泥浆泵压力变为正常值,开始定向钻进。试验结果表明,该装置工作稳定,测量数据准确,传输可靠,提高了定向钻进效率和安全性,满足煤矿井下各类煤层孔和岩层孔定向钻进需要,且可实现常规钻孔轨迹随钻测量。     

液体摆差分电阻倾角传感器设计

为方便、准确地检测大型喷雾机横杆水平状态,设计并制作液体摆差分电阻式倾角传感器。传感器采用液体自水平原理和电阻在液体摆差分变化原理,再利用电桥电路将倾角变化转换为电压变化。设计并制作了水银槽,采用康铜为导电丝制作了倾角传感器装置。在20℃的室温环境下,进行了标定试验和对比试验,获得倾角测定经验公式。试验结果表明:在倾角为-20°～20°的范围内,其测量精度小于±1. 0%,当倾角为-6°～6°时,误差低于0. 02°。     

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。     

HEC型角位移变送器

HEC 型角位移变送器,是将输入转角(0°～22.5°,0°～90°,0°～270°)转换为输出4～20mA 直流电流信号。该变送器传感器部分在原理上不同于电阻式、电容式及电感差动式,而是通过无触点的短路环改变位置而获得差值信号。1 主要性能指标a.输入角度:0°～22.5°,0°～90°,0°～270°;b.输入力矩:2×10~(-6)Nm 以下;c.允许负载:0～550Ω;d.电源:24±5VDC;e.输出电流:4～20mADC;f.配线方式:二线制;g.精度:0.5级;h.零点调整范围:约±5%;i.量程调整范围:约±5%;j.环境     

基于磁通门与重力加速度传感器的钻井测斜仪

介绍了以磁通门技术与加速度计为工作原理的钻井测斜仪,阐述了两种传感器的工作原理及测斜仪的结构设计,推导出井斜角、方位角、工具面角的数学模型。测斜仪采用幅值相位法和二次谐波法检测信号,采用内置单片机处理数据,通过对采集的数据进行逐点修正的方法来消除多种误差的影响,使测斜仪的测量精度得到显著提高。     

BRDF模型观测角测量模块的研制

BRDF(双向反射分布函数)模型是多角度遥感定量解译的理论基础,观测角是模型中的重要参数,其中包括观测天顶角和观测方向角.传统的测量观测角的方法是采用机械圆盘以及在地表画圆,但这种测量方法设备笨重、精度低、效率低,不适合水域的测量.提出了一种新的电子测量方法,利用加速度计测量重力加速度的三维分量,利用磁阻传感器测量地磁场的三维分量,通过坐标投影原理得到BRDF模型中的观测角.这种测量方法设备便携、成本低、效率高.观测天顶角的测量范围为-90°～90°,观测方位角的测量范围为0°～ 360°,在测量范围内的测量精度为±1°,满足BRDF观测角的测量要求.     

基于超声波原理的开孔参数标定系统研究

针对传统的人工丈量方法标定开孔方位角和倾斜角存在操作程序繁琐、稳钻时间长、精度低等问题,设计了基于超声波原理的钻孔开孔参数标定系统。该系统采用超声波渡越时间检测法测量参考点之间的距离,并由单片机解算出钻杆的方位角,选用微机械三轴加速度计测量倾斜角,实现了全自动化的实时跟踪测量及智能化的钻机姿态调整语音指导操作;在误差允许范围内,可快速标定所需开孔参数。该系统提高了开孔参数标定精度、标定效率及煤矿管理水平,降低了矿工劳动强度和煤矿管理成本。     

MEMS数字倾角仪的标定补偿方法研究

在介绍MEMS数字倾角仪组成结构的基础上,根据数字倾角仪内部MEMS加速度计的输出特性,对MEMS加速度计的敏感单元建立数学标定模型,提出并推导了一种适用于MEMS数字倾角仪的标定方法;该方法可以得到双轴MEMS数字倾角仪中加速度计的零位电压、标度因数矩阵、安装误差系数等敏感项参数;通过重力场静态翻转实验对实验室研制的数字倾角仪进行标定;最后使用MATLAB拟合计算得到所求标定参数,并对测试结果进行了误差分析和补偿对比;实验结果表明,该方法能使MEMS数字倾角仪的测量精度提高到±0.05°,可以满足高精度的角度测量需求。     

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。     

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。     

多通道振弦传感器同步测量系统

桥梁健康监测中需要对多个传感器进行同步测量,目前的振弦传感器测量系统所采用的多个传感器分时异步测量方式,无法满足实际应用需求。提出一种多通道同步激励,同步测量的设计方案,给出了系统总体结构。硬件方面详细介绍了信号调理、激励驱动电路以及温度测量模块的设计思路。软件部分给出了系统软件工作流程,并详细阐述了扫频激励策略和振弦信号多通道同步测量方法的实现。实际应用证明,设计方案合理,系统运行可靠,测量精度高。     

旋挖钻机用CANBUS双轴倾角传感器的研究

为解决旋挖钻机桅杆倾角大角度监测的司题,本文从实用角度出发,研究了一种用于旋挖钻机桅杆倾角监测的倾角传感器。本文阐述了倾角传感器各单元的组成原理和设计原则,分析了双轴倾角传感器测量倾斜角度肘误差的主要来源,制作出CANBUS双轴倾角传感器并对其进行了标定,温度补偿和测试。实验结果分析表明,该传感器在全温范围内测量误差小于0．2°,抗电磁干扰能力强,满足旋挖钻机倾角测量要求。     

基于查找表的车载经纬仪测角误差修正技术

车载平台的变形对光电经纬仪测角精度将产生一定的影响,使车载经纬仪难以达到高精度测量的目的;为了提高车载经纬仪静态测角精度,提出了基于查找表的静态测角误差事后补偿技术;首先,推导出车载经纬仪的静态测角误差修正模型。然后,利用安放在经纬仪垂直轴上的倾角传感器采集车载平台变形特征值;最后,构建映射函数,建立输入值和输出值之间的查找关系,即高精度的查找表;实验数据分析结果表明:该方法能有效补偿因为车载平台变形而带来的静态测角误差,使方位测角精度提高46″,高低测角精度提高20″;为实现车载经纬仪高精度测量提供了理论依据和技术支持。     

基于加速度计的数字倾角仪误差建模与分析*

基于加速度计的数字倾角仪在实际应用过程中,其精度在很大程度上受加速度计测量误差的影响。为了提高倾角仪的测量精度,需要对传感器本身引入的误差进行建模和分析,根据加速度计倾角仪的测量原理,得出其误差源为加速度计传感器测量误差。在对传感器的测量误差建立数学模型的基础上,通过仿真分析及实验进行验证。该误差模型不仅给出了倾角仪测量的俯仰角及滚转角的最小误差范围,还可以为传感器选型及后续的误差分析和补偿提供理论参考,具有一定的实用价值。