Преобразователь азимута для телеизмерительной системы
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АЗИМУТА ДЛЯ TEЛEИЗ EPИTEЛЬHOЙ СИСТЕМЛ, содержащий генератор, датчик азимута, выполненный в виде двух ортогональных дифференциальных феррозондов, коммутатор четыре . ключ а, усилитель и интегратор, о т л и ч а ю щ и й-с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено делителем частоты,преобразователем амплитуда временной интервал, тремя дополнительными ключгали и ограничителем тока, при этом делитель частоты включен между генератором и датчиком азимута, Два ключа подключены однилм выводаки ксигнальным обмоткам датчика, третий ключ одним выводом через ограничитель тока подключен к общему проводу cxeN«, четвертый и пятый ключи также одними выводакта соединены с входакш интегратора, выполненного по дифференциальной схеме, другие выводы указанных пяти ключей соединены между собой, шестой ключ подключен параллельно конденсатору ин егратоi ра и седьмой ключ включенмежду усилителем и преобразователем амплиСЛ туда - временной интервал, управлякяцие входы четвертого и пятого Ключей подключены к генератору, а остальных ключей - к коммутатору, выход интегратора соединен с входом усилителя, выход преобразователя амплитуда - временной интёрва л является выходом устройства. . ел со ел
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
З(5п Е 21 В 47/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ (21) 3458254/22-03 (22) 21.06.82 (46) 07,12,83. Бюл. Р 45 (72) Г,Н.Ковшов, H.И.Филин, Н.П,Рогатых и A.Â.Êèñåëåâ (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (53) 622.241 ° 7 (088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР
Р 669189, кл. Е 21 В 47/02, 1977.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 495528, кл. E 21 .В 47/02, 1974.
3. Авторское свидетельство СССР
Р 462019, кл. Е 21 В 47/02, 1975. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АЗИМУТА ,ДЛЯ ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ содержащий генератор, датчик азимута, выполненный в виде двух ортогональных дифференциальных феррозондов, коммутатор; четыре ключа, усилитель и интегратор, о т л и ч а ю щ и й-с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено делителем частоты, преобразователем амплитуда..Я0„„1059157 А временной интервал, тремя дополнительными-ключами и ограничителем тока, при этом делитель частоты включен между генератором и датчиком азимута, два ключа подключены одними выводами к.-сигнальным обмоткам датчика, третий клкч одним выводом через ограничитель тока подключен к общему проводу схемы, четвертый и пятый ключи также одними выводами соединены с входами интегратора, выполненного по дифференциальной схеме, другие выводы указанных пяти ключей соединены между собой, шестой ключ подключен параллельно конденсатору интегратора и седьмой ключ включен между усилителем и преобразователем амплитуда - временной интервал, управляющие входы четвертого и пятого ключей подключены к генератору, а остальных ключей — к коммутатору, выход интегратора соединен с входом усилителя, выход преобразователя амплитуда — временной интервал является выходом устройства.
1 1059157
Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для использования в геофизических телеиэмерительных системах, может найти применение в автономных и кабельных инклинаметрах, а также, с небольшими дапалненияьж, в качестве самостоятельного устройства.
Известно устройство для определения магнитного курса, содержащее датчик магнитного паля, подключен" ный выходными обмотками через последовательна соединенные суммирующий элемент, Фильтр и Формующий блоК к блоку интервала времени, а обмотками возбуждения соединенный с фазавращателем, генератор, счетчик, ключ и Формирующий блок, а также делители частоты, вход одного из которых подключен к генератору, а выход — к блоку интервала врамени и входу другого делителя частоты, вы» ход последнего через формирующий блан соединен с Фазовращателем 1 ).
Известен также электронный компас, содержащий кольцевой феррозонд и удвоитель частоты, подключенные к выходу генератора, два канала преобразования, состоящие из последовательно соединенных избирательного усилителя, фазового детектора и усилителя, к входам каналов преобразования подключены сигнальные обмотки
Ферраэонда, а к выходам - индикатор, выходы удвоителя частоты соединены с управляющими входами фазовых детекторов (2 1.
Недостатком этих устройств являет ся значительная температурная погрешность, создаваемая температурными уходами фильтров и избирательных усилителей, вследствие чего устройства обладают низкой точностью измерения при работе в условиях меняющейся в широких пределах температуры окружающей среды.
Наиболее близким к изобретению является преобразователь азимута для телеизмерительной,систеьи, содержащий генератор, датчик азимута, выполненный в виде двух ортогональных дифференциальных феррозандов,,коммутатор, четыре ключа, усилитель и интегратор (3 J.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции. а также низкая точность измерения параметров из-за больших амплитудных и Фазовых дрейфов фильтров и фаэорасщепителя, которые расположены в скважинном приборе и подвергаются воздействию высоких температур, Кроме этого, устройство обладает малым быстродействием, которое ограничивается большими постоянными времени фильтров, интегратора и фаэорасщепителя.
Целью изобретения является повышение точности. !
Укаэанная цель достигается тем, что устройство, содержащее генератор, датчик азимута, выполненный в виде двух ортогональных дифференциальных феррозондов, коммутатор, 5 четыре ключа, усилитель и интегратор, снабжено делителем частоты, преобразователем амплитуда — временной интервал, тремя дополнительными ключами и ограничителем тока, при этом делитель частоты включен между генератором и датчиком аэиму» та, два ключа подключены одними вы- водами к сигнальным обмоткам датчика азимута, третий ключ одним выводом через ограничитель тока подключен к общему проводу схемы, четвертый и пятый ключи также одними выводами соединены с входами интегратора„ выполненного па дифференциальной схеме, другие выводы ука20 занных пяти ключей соединены между собой, шестой ключ подключен параллельно конденсатору интегратора, и седьмой ключ включен между усилителем и преобразователем амплитуда25 временной интервал, управляющие входы четвертого и .пятого ключей подключены к генератору, а остальных ключей — к коммутатору, выход интегратора соединен с входом усили3Q теля — и выход преобразователя амплитуда - временной интервал является выходом устройства, На Фиг, 1 представлена функциональная схема преобразователя азимута; на Фиг. 2 и 3 - временные диаграммы работы устройства, Преобразователь азимута содержит генератор 1, .подключенный через делитель 2 частоты к обмоткам возбуждения датчика 3 азимута (ортагональ4О ных дифференциальных Ферразондов ), электронные ключи 4 - 10, иэ которых ключи 4 и 5 одними выводами ,подключены к сигнальным обмоткам датчика 3 азимута, ключ 6 одним
45 выводом через ограничитель 11 тока подключен к общему проводу схемы, ключи 7 и 8 также одними выводами подключены к входам интегратора 12,, выполненного па дифференциальной
5р схеме, другие выводы ключей 4-8 соединены между собой, ключ 9 подключен параллельно конденсатору интегратора 12. Управляющие входы ключей
7 и 8 подключены к генератору 1, у
55 остальных ключей - к выходам коммутатора 13, при этом ключ 10 включен между усилителем 14 и преобразователем 15 амплитуда - временной интервал, выход интегратора 12 соединен с входом, усилителя 14, вто6О рой вход преобразователя 15 амплитуда — временной, интервал и уп-равляющий вход коммутатора объединены и образуют вход устройства для тактовых импульсов, поступающих
65 от внешнего генератора.
1059157
Устройство работает следующим образом.
Генератор 1 запитывает через делитель 2 обмотки возбуждения датчика азимута переменным напряжением частотой ив/2, а также осуществляет подачу противофазных управляющих импульсов на управляющие входы ключей 7 и 8 с частотой шВ . В результате взаимодействия в сердечниках феррозондов переменного магнитного потока, наводимого переменным током возбуждения, и постоянной горизонтальной составляющей магнитного поля Земли на вторичных сигнальных обмотках феррозондов возникают четногармонические напряжения (по отноиению к частоте возбуждения см /2 J, амплитуды которых по гармоникам пропорциональны синусу угла поворота датчика у одного Ферроэонда и косинусу угла поворота у дру- ° гого. Поэтому напряжение на сигналь. ной обмотке одного из ферроэондов можно записать как
0 вiчА(0 „мвм 0 s(r 2w 4+ U
В Е2 В сВВ . «sin 3 я 1+ ... + ) (1l для второго феррозонда и =сов сф в1 о 4.+() вЬ2 <+V
С М1 Ь е2 В Ъ
«sin вм) +...+) (И где ю(. - азимут;
Ц (+2 0 » ° ° ° е амплитуды со ответствующих гармоник выход ного напряжения ферроэонда, На фиг. 2 представлена осциллограмма выходного напряжения U+ датчика. В момент времени С1 (фиг.З) по заднему франту первого тактового импульса О .. открываются, ключи 9 и 10, уцравляе)ь1е .напряжениями () п
И О С1р 1Ое ПОСтуПаЮщИМИ С КОММутатара
13, причем нуль управляющих напря жений соответствует открытому состоянию ключа. В интервале времени
t - t через открытый ключ 9 про2 исходит полный разряд конденсатора интегратора, таус что к моменту t2 напряжение на конденсаторе равно нулю, В момент е2 открывается ключ
4 и напряжение () подается на клю-. чи 7 и 8, которые попеременно коммутируются с частотой с в по противофазным сигналам, поступающим с генератора 1, в результате чего напряжения на выходах ключей 7 и 8 (или входах интегратора 12 ) имеют вид однополярных импульсов Us „,-„
Uss ) ((-U ) 31. (3) sвь))с 12 Rc j ввых ьвв)хв 5 о или с Учетом 1 и 4 2 4 2 RC 1 RC о zu „ 10 () = вепо(4-Е s вы:с 12 ji U — cps 4mâ +,...,4. le 1 л (4) m1 О 4 — — сов 2сс> 4-— 3 У 6 5. „,1„,(,,У4, где Рс = >- постоянная времени интегратора 12. Полагая, что постоянная времени 20 интегратора значительно балыке интервала времени t4 с2 можно пре небречь переменной составляющей выходного напряжения и записать 25 20 4 2 U«ее ееЕ= — е «е е-е tA1 е RC (5) Выходное напряжение интегратора усиливается усилителем 14 и получает положительное смещение 0,, в результате чего выходное найряжение усилителя имеет вид zu в вС 4 2 З5 RC +и,„È) (К14 - коэФФициент усиления усилителя) . Напряжение с выхода усилителя 14 через ключ 10 поступает на вход преобразователя 15 амплитуда - временной интервал 15. При появлении второго тактового импульса, поступающего нй второй вход преобразователя 15,. в интервале t 4- t npoucxo«3 45 дит выборка аналогового сигнала, поступающего с усилителя 14, и преобразование его во временный интервал - К () +е. 15 $ЬЫх 14 015 50 ! где К14 И s 15 соответственно Коэффициент преобразования и начальный вре55 менной интервал при Овых 14= 0 ° В момент времени t по заднему фронту тактового импульса закрывается ключ 4 и открывается ключ 9, через который происходит быстрый разряд 60 конденсатора в интеграторе 12 до нуля. В момент ts открывается ключ 5 и закрывается ключ 9, и в интервале t - t происходит интегрироЧ . ванне и преобразование сигнала и, 65 снимаемого с второго ферроэонда. 3 1059157 "о ю оя Ы =acct . =а с1 "О «8 "1 ()СМ cia 4 2 Si oL <-е = ои.с1(C0S 6L f- 8 = al Cty I (g2) . S«o o(созе Здесь, аналогично .(á ), выходное напряжение усилителя 14 запишется 2U GosQ I Ó д С ЬИМ вЂ” 1 I I u, (Si соответствующий временной интервал =К U у Г С У евых«+ о « (9) В интервале времени - с„происхо-, дит сброс заряда конденсатора в интеграторе 12 через ключ 9, и в момент t через открывающийся ключ б и резистор 11 входы интегратора подключаются к общему проводу схемы, в результате чего выходное напряжение усилителя имеет вид 0 =() Озбек И= (О) =си ctg К - U СОзо(, К 1-ОхР 45 У m« .Ч5Ú чи сла импулtI coB, соответствующие временным интервалам 18 Таким образом, азимут определяется отношением сигналов двух феррозондов и при равенстве интервалов и t g» t g p котОрое выполня ется с большой точностью, практически не зависит от параметров схеЪИ, ПреобразоватеЛь азимута отличается от известного устройства тем, что он позволяет свести к нулю влияние основного воздействующего на схему фактора — температуры окружающей среды, которая. в процессе работы меняется в широких пределах. Как показывает выражение (12), результат измерения не зависит от коэффициентов преобразования элементов схемы К«4, «5 и начальных значений U „„ и р, которые меняются под воздействием температуры окружающей . среды, Результат измерения не завн- 60 сит также от изменения в небольших Hpeäeëèõ временных интервалов «(8" 4 8 4 4 2(1 Б ° «о 8) и длительности тактовых имйульсов (длительности выборки J. 65 и соответствующий временной интервал при выборке сигнала в интервале t - t представится как Схема выдает три значения временного интервала, соответствующие сигналам датчика и некоторым начальным сигналам (0 „, и Г„) канала преобразования, по которым легко могут быть получены значения искомого азимутального угла путем заполнения временных интервалов импульсами высокой частоты с коэффициентом преобразования К и вычисления аэиму" тапьного угла во внешнем вычислителе по формуле Основным и единственным условием максимальной точности преобразования является постоянство отношения длительностей тактового импульса, интервала разряда конденсатора в интеграторе 12 (t - t ). и вре" менного интервала заряда конденсатора (t4- t ) за время периода тактовых ймпульсов и в пределах цикла работы преобразователя, Это условие выполняется с болвшой точностью даже при изменении частоты тактовых импульсов, так как за время цикла работы, которое весьма мало, частоту тактовых импульсов можно считать постоянной, Устройство обладает высоким быстродействием благодаря тому, что время заряда конденсатора в интеграторе выбирается. значительно меньше постоянной заряда с = Рс, т.е. конденсатор заряжается не до установившегося, а до некоторого промежуточного напряжения, соответствую3 6 9 Это позволяет увеличить частоту тактовых импульсов, т. е, быстродействие и возможно только при наличии ключа 9, через который осуществляется быстрый и полный разряд конденсатора перед каждым последующим эа7 1059157 ВНИИПИ Заказ 9776/32 Тираж 603 Подписное МЮЮМ ФО » филиал ИПД "Патент", г. ужгород, ул,Проектная,4 рядом. Введение ключа, включенного параллельно конденсатору интегратора, способствует также повышению точности преобразования, так как к моментам времени t» t, t 8. начала каждого последуюцего заряда схема приводится каждый раз к одинаковым начальным условиям, чем устраняется неопределенность от неравенства начальных условий заряда конденсатора. Преобразователь азимута отличается простотой конструкции, обуслов-, ленной малым количеством элементо 1 по сравнению с известным устройством, и практически не требует настройки, так как погрешности работы устраняются при вычислении значений азимута. Предварительные лабораторные испытания предлагаемого устройства показали, что оно обеспечивает точ" ность измерения азимута 11 в диа 10 пазоне температур окружавшей среды 0 - 130 C. При этом точность устройства в целом определяется лишь точ- ностью балансировки датчика.
