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。     

基于光纤陀螺的煤矿钻机定向仪设计

针对现有方法无法实现瓦斯抽放孔开钻前钻机精确、快捷定向的问题，提出采用光纤陀螺惯性导航技术实现钻机精确快速定向的新方法。根据调整钻机姿态过程的运动特性及测量要求，设计了钻机定向仪测量总体方案，采用速度及位置的双参数组合抑制了测量误差随时间的漂移，设计了组合卡尔曼滤波器，实现了快速、方便、长时间的精确测量。完成了定向仪硬件总成、软件算法及上位机软件的设计，实现了原理样机。通过对样机试验验证了方案的正确性，试验结果表明定向仪寻北时间、寻北精度以及动静态长时间测量精度均达到了钻机定向指标要求，基于光纤陀螺的钻机定向仪为煤炭领域相关定位定向测试仪器研制提供了一种新思路。     

MEMS随钻惯性测量单元设计与实现

针对基于磁通门随钻测量的局限性与惯性技术测量方案优势,结合随钻测量过程中强冲击、震动等环境特点,设计并实现了基于MEMS陀螺仪和加速度计的随钻惯性测量单元。对系统测试发现MEMS陀螺随机漂移误差较大,为此,采用改进时间序列分析法对巴特沃斯低通滤波后信号随机漂移进行建模。与传统时间序列方法建模相比,新方法降低了模型预测误差,滤除MEMS陀螺随机漂移误差更为明显,且在提高精度的同时保证了数据处理实时性。结果表明:系统能够实现近钻头安装,在钻进的同时完成相应参数的测量,达到设计要求。