SU1137191A1 - Формирователь геомагнитного репера - Google Patents

Abstract

1. ФОРМИРОВАТЕЛЬ ГЕОМАГНИТНОГО РЕПЕРА, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой возбзЬвдени  датчика, датчик положени  электромеханический преобразователь угол фаза , вал которого соединен с валом электродвигател , входные обмотки с сигнальными обмотками феррозондового датчика, a выходные обмотки С входом частотно-избирательного .усилител , отличающийс  ;тем, что, с целью увеличени  точности измерени  и упрощени  конструкции, он снабжен импульсньш формирователем репера, включак цим нуль-орган со стробироваиием, пйковьй детектор, триггер и 1Ф1пульсный усилитель, причем выход частотно-избирательного усилител  соединен с информационным входом нуль-органа, выход генератора по удвоенной час-чрте соединен с входом стробировани  нуль-органа, выход нуль-органа соединен с первым входом триггера и через пиковый детектор-с вторьы входом триггера, a 9 выход триггера соединен с входом импульсного усилител . 2. Формирователь по п. tj о т л и .чающийс  тем, что электромеханический преобразователь угол § фаза выполнен ввиде бесконтактного синусно-косинусного преобразовател , на валу которого установлен датчик положени , a выход датчика положени  электрически соединен с орым входом импульсного усилител , ;о

Description

I Изобретение относитс  к геофизическим исследовани м скважин и может быть использовано,в акустических телевизорах, инклинометрах, пластовых наклономерах. Известны инклинометры и наклономеры , содержащие феррозондовые датчи ки магнитного меридиана, напримеп инклинометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде вращающегос -одноэлементного феррозонда Феррозонд в этом инклинометре горизо тируетс  с помощью карданова подвеса а вращение на него передаетс  с помощью дополнительного карданова соединени  Л . Однако данный инклинометр имеет высокую степень сложности исполнени  механических узлов дл  передачи вращени  на феррозонд и требует высокого класса точности изготовлени . Кро ме того, нестабильность фазы измерительного аналогового сигнала, возникающа  в каротажном кабеле, и нестабильность этого, сигнала, возникающа  в результате неравномерности передачи угловой скорости через карданово соединение на чувствительный элемент существенно снижают точность измерений .. Известен феррозондовьв преобразователь азимута, в котором в качестве канала св зи используютс  две жилы каротажного кабел . В скважинном приборе этого преобразовател  размещены четыре попарно ортогональных феррозонда, причем феррозонды каждой пары запитываютс  от двук генераторо с близкими частотами. Сигнальные обмотки феррозондов каждой пары подклю чены к входам двух параллельных каналов , содержащих последовательно со единенные усилитель-сумматор, избирательный усилитель, амплитудный детектор и усилитель мощности, к выходу которого через отдельную жилу каротажного кабел  подключен индикатор , измер ющий одну составл ющую магнитную пол  Земли в функции синуса и в функции косинуса азимута ориентации скважинного. прибора. Повышение чувствительности в данном преобразователе получено за счет увеличени  частоты напр жени  возбуждени  феррозондов и размещени  генераторов их питани  в скважинном приборе 2j . Этот преобразователь имеет сложную конструкцию скважинного прибора, в состав которого включены четыре 91I феррозонда, два генератора и два от :ельных канала преобразовани  аналоговых сигналов с избирательными усилител ми. При изменении температуры в скважине параметры электронных устройств и сопротивление жил кабел  измен ютс  по разным законам, особенно это откоситс  к избирательным усилител м. Поэтому возникают недопустимо большие погрешности измерени  амплитудных составл ющих азимута . Кроме того, в св зи с отсутствием передачи на поверхность какоголибо опорного сигнала, аппаратура наземной части (индикатор) представл етс  достаточно сложной, включающей в себ  обратные преобразователи arcsino; и arccos (Xi, что также ведет к по влению новых дополнительных погрешностей. Известерн преобразователь азимута, содержащий два ортогональных феррозонда и питающий их генератор, фа- . зовращатель, сумматор, преобразователь фаза - временной интервал и два канала преобразовани , содержащих последовательно соединенные по информационному сигналу выходную обмотку феррозонда, электронный аналоговый ключ, пиковый детектор и модул тор . Информационные сигналы, амплитуда которых пропорциональна синусу и косинусу азимута, представл ющие собой разнопол рные импульсы, на выходных обмотках феррозондов при перемагничивании сердечника стробируютс  в каждом канале с помощью электронных аналоговых ключей, фиксируютс  на период с помощью пиковых детекторов и преобразуютс  модул торами в синусо- и косинусоидальные напр жени , а выходной сигнал сумматора , фаза которого пропорциональна азимуту, преобразуетс  во временной интервал, пропорциональный азимуту з, Указанный преобразователь характеризуетс  слржностью реализации в скважинном np|j6ope, так как включает в себ  большое количество таких достаточно сложных, узлов-, как модул торы, фазовращатели, преобразователи фаза - временной интервал и др. Вследствие наличи  двух каналов преобразовани  аналогового сигнала возникают недопустимобольшие погрешности от изменени  температуры скважинного прибора. Причиной этого  в3 л етс  различный характер изменени  передаточных характеристик аналоговых ключей, пиковых детекторов, фазовращателей . Питание феррозондов осуществл етс  переменным напр жением ненормированной формы, поэтому в амплитуде пиковых сигналов содержатс  нечетные гармоники частоты возбуждени , внос щие дополнительную погрешность в результат измерени . Известен также формирователь геомагнитного репера, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой, возбуждени  датчика, датчик положе .ни , электромеханический преобразователь :тол - фаза, вал которого со единен с валом электродвигател , вх ные обмотки - с сигнальными обмотк ми феррозондового датчика, а выходные обмотки - с входом частотно-избирательного усилител  4J . Однако фильтраци  огибающей филь тром НИ и передаче аналоговых измерительного и опорного сигналов по к ротажному кабелю приводит к по влению дополнительных динамической и статической погрешностей, а также дополнительных погрешностей, возникающих от изменени  температуры скважинного прибора, что снижает точность измерени . В частности, при передаче измерительного сигнала из скважинного прибора лини  св зи (каротажный кабель) вносит дополнительный фазо.вый сдвиг, величина которого зависит от параметров жил ка ротажного кабел  и изменени  их под воздействием температуры. Целью изобретени   вл етс  увели чение точности измерени  и упрощени конструкции. Указанна  цель достигаетс  тем, что формирователь геомагнитного репера , содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой возбуждени  датчи ка, датчик положени , электромехани ческий преобразователь угол - фаза, вал которого соединен с валом элект родвигател , входные обмотки - с си нальными обмотками феррозондового датчика, а выходные обмотки - с вхо дом частотно-избирательного усилите л , снабжен импульсным формирователем lienepa, включающим нуль-орган с стробированием, пиковый:детектор, триггер и импульсный усилитель, при 14 чем выход частотно-избирательного усилител  соединен с информационным входом нуль-органа, выход генератора по удвоенной частоте соединен с входом стробировани  нуль-органа, выход нуль-органа соединен с первым входом триггера и через пиковый детектор - с вторым входом триггера, а выход триггера соединен с входом ш.1пульсного усилител . Кроме того, электромеханический преобразователь угол- фаза выполнен в виде бесконтактного синусно-косинусного преобразовател , на валу которого установлен датчик положени , а выход датчика положени  электри .чески соединен с вторым входом импульсного усилител . Датчик положени  (например, нулевого положени  вала относительно какой-либо точки на корпусе скважинно-. го прибора) вырабатьгеает импульс заранее определенной длительности и пол рности. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого формировател , геомагнитного репера. Формирователь геомагнитного репера состоит из феррозондового датчика 1, который закреплен на корпусе скважинного прибора с помощью карданова подвеса и горизонтируетс  ма тником (карданов подвес и ма тник на чертеже не показаны), бесконтактного си- нусно-косинусного трансформатора 2, частотно-избира,тельного усилител  3, импульсного формировател  4 репера, импульсного генератора 5 частот СО и 2(О, датчика 6 положени , электродвигател  7 и линии св зи 8 (каротажный кабель). Датчик 6 положени  расположен на вале бесконтактного синусно-косинусного трансформатора 2, а валы электродвигател  7 и БСКТ 2 механически соединены. Сигнальные обмотки 9 феррозондового датчика 1 соединены с входными обмотка i БСКТ 2, а обмотки 10 возбуждени  - с выходом генератора 5 по частоте о). Выходна  обмотка бесконтактного синусно-косинусного трансфцрматора 2 через.частотно-избирательный усилитель 3 соединена с информационным входом импульсного формировател  4 репера, в составе которого содержитс  нуль-орган 11 со стро-i бированием, выход которого напр мую и через пиковый детектор 12 соединен с входаьш триггера 13, а выход триг 51

гера 13 - с входом импульсного усилител  14. Кроме того, вход стробировани  нуль-органа It соединен по частоте 20 с вькодом генератора 5, а выход датчика 6 положени  - с вторьви входом импульсного усилител  14, выход усилител  14 нагружен на линию Св зи 8.

Формирователь геомагнитного репера работает следун дим о раэрм.

Генератор 5 возбуждает в обмотках 10 датчика 1 электрическое поле, перемагничивак цее сердечники феррозондов с частотой 2. При этом в сигнальных обмотках 9 возбуждаетс  ЭДС второй гармоники 2С«}, величина и фаза которой завис т от углового положени  оси чувствительности феррозондового датчика 1 относительно магнитного меридиана. Информационный сигнал 2 и через бесконтактньй синуснокосинусный трансформатор 2 и частотно-избирательный усилитель 3 поступает йа информационный вход нуль-органа 11. Бесконтактный синусно-косинусный трансформатор 2 работает в режиме непрерывного вращени  при помощи электродвигател  7, при этом На выходной обмотке БСКТ возникают биени  сигнала частоты 2 60 с частотой 57 огибающей , равной частоте вращени  вала бесконтактного синусно-косинусного трансформатора. Фаза огибающей и зависит от углового положени  феррозондового датчика 1 относительно магнитного меридиана, а .фаза заполн ющей частоты 2 СО измен етс  скачком на при переходе, оси чувствительности системы феррозондовый датчик - бесконтактный синусно-косинусный трансформатор через северное и южное направлени  магнитного меридиана , причем эти же магниты соответствуют переходу огибающей через нуль На вход стробировани  нуль-органа 11 с генератора 5 поступает сигнал стробировани  частотой 2 Q с посто нной фазой, в результате на выходе нуль-органа при переходе огиба- клцей через нуль формируетс  сери  пр моугольных импульсов частотой 2сО Так как фаза заполн кщей частоты 2 U с выхода бесконтактного синуснокосинусного трансформатора 2 измен етс  на 180° через каждые 1/2 оборота вала, то и длительность этой серии соответствует по времени 1/2 оборота вала бесконтактного синуснокосинусного трансформатора 2. В ре71916;

зультате этого исключаетс  неоднозначность определени  северного направлени  магнитного меридиана, В момент перехода огибающей через j нуль первый из серии импульсов с выхода нуль-органа 11 зар жает (разр жает ) пиковый детектор 12 и перебрасывает триггер 13, примененный с целью увеличени  помехоустойчивости, 10 Выход триггера 13 соединен с входом импульсного усилител  14, на выходе которого, согласованном по волновому сопротивлению с линией св зи 8 (каротажньй кабель), и образуетс  15 импульс геомагнитного репера определенной длительности и пол рности. Кроме того, на второй вход импульсного усилител  14 поступает импульс от датчика 6 положени . Датчик 6 может быть любого типа, в том числе контактный, индукционный и т,д, Временной интервал между импульсом положеНн  и импульсом магнитного репера, при необходимости может быть использован в качестве величины, эквивалентной азимуту ориентации скважинного прибора,

В зависимости от конкретных требований к выходным сигналам и параметQ рам устройства питание электродвигател  7 может быть организовано асинхронным или синхронным с частотой со напр жением или посто нным током. Статистическа  погрешность устройства (исключа  погрешности феррозонда и бесконтактного синусно-косинусного трансформатора в случае синхронного питани  электродвигател ) определ етс  только уровнем квантовани  измер емой величины, равным отношению удвоенной частоты 2 со питани  феррозонда к частоте Я, вращени  бесконтактного синусно-косинусного трансформатора , а динамические погрешности пренебрежимо малы, так как определ ютс  стабильностью порога срабатывани  нуль-органа, его быстродействием и длительностью фронтов импульсов , а вышеназванные характеристики нуль-органов современной элементной базы очень высоки.

Кроме того, статическа  погрешность в этом случае имеет характер систематический и может быть легко -5 скомпенсирована и уменьшена до уровн  случайной составл ющей поворотом оси чувствительности системы бесконтактного синусно-косинусного трансформатора относительно корпуса скважинного прибора.

Исключение фазового детектора с фильтрацией измерительного сигнала и передачи аналоговьпс величин по каротажному кабелю и применение в устройстве импульсного формировател  репера увеличивает точность отметки репера, надежность, помехоустойчив вость и упрощает конструкцию,

i.

Описываемый формирователь геомагнитного репера применен в аппаратуре

скважинного акустического телевизора дл  прив зки начала развертки изображени  стенки скважины к северному направлению магнитного мерНдиана, , Это позволило упростить решение р да геологической и технологических задач в бур щихс  скважинах. Например, определение элементов залегани  пластов производитс  без сложных громоздких вычислений, характерных дл  обработки результатов измерений аппаратурой пластового наклономера НИД-1. . .

Claims (2)

1. ФОРМИРОВАТЕЛЬ ГЕОМАГНИТНОГО РЕПЕРА, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой возбуждения датчика, датчик положения, электромеханический преобразователь угол фаза, вал которого соединен с валом электродвигателя, входные обмотки - с сигнальными обмотками феррозондового датчика, а выходные обмотки с входом частотно-избирательного .усилителя, о тличающий с я .тем, что, с целью увеличения точности измерения и упрощения конструкции, он снабжен импульсным формирователем репера, включающим нуль-орган со стробированием, пиковый детектор, триггер и Ш4пульсный усилитель, причем выход частотно-избирательного усилителя соединен с информационным входом нуль-органа, выход генератора по удвоенной частоте соединен с входом стробирования нуль-органа, выход нуль-органа соединен с первым входом триггера и через пиковый детектор-с вторым входом триггера, ^а § выход триггера соединен с входом импульсного усилителя.

2. Формирователь по п. 1, о т л ичающийся тем, что электромеханический преобразователь угол фаза выполнен в'виде бесконтактного синусно-косинусного преобразователя, на валу которого установлен датчик положения, а выход датчика положения электрически соединен с вторым входом импульсного усилителя. ^г

Гб нот

1 11371