基于差动变压器原理的多臂井径仪探头技术研究

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1、基于差动变压器原理的多臂井径仪探头技术研究，其特点就是电阻率大、导磁系数高、饱和磁感应强度高以及时间和温度的稳定性好。3.2LVDT传感器线圈的绕组方法确定了传感器的材料选型、各个构件的尺寸后，下一步就是动手绕制线圈，制作传感器。绕制时，先把铜线烘热，戴上手套将铜线裹住再绕。这样铜线冷却后就可以箍紧线圈管，不会导致松脱。线圈的绕组采用平行绕法，如图5所示。初级线圈绕组采用首尾串联接法，左端的次级线圈的同名端与初级线圈的地端相连，则位移传感器有三个连线端，分别为：位移传感器的信号线，位移传感器的激励源和位移传感器地线。3.3位移传感器激励信号选择在本试验中，给传感器激励线圈提供交

2、流激励信号。根据传感器的基本原理和输出―输入特性，激励信号的频率大小会影响到传感器的线性度、灵敏度等特性指标。在理想条件下，差动变压器的灵敏度K正比于激励信号频率f，但是由于实际中的诸多因素，比如传感器结构不对称、铁损、漏磁等的影响，灵敏度K随激励信号频率f的关系曲线如图6所示。由图可见，在频率f从零开始增加的起始阶段，灵敏度随着频率的增加而增加，到达一定值后灵敏度趋于定值，或下降。当f处于中间时，不仅灵敏度K具有较大的稳定值，并且传感器输出、输入信号的相位也基本相同（或相反）。此类传感器所用激励电源频率，一般在400Hz―10kHz范围之内。本设计的实验中拟给传感器的激励信号

3、是：5V、5kHz的正弦波。4传感器校准实验根据上面所提出的位移传感器结构设计方法，图7为本次设计的位移传感器外观图，图中红线为位移传感器电源激励线，黑线为地线，绿线为信号线。在实验的过程中，将图7所示的位移传感器固定在工作台上，移动测杆从-5mm处到5mm处（设定偏离中心位置左为负，右为正），每隔1mm记录一次输出电压值，记录数据。用稳压电源提供激励信号，然后通过示波器读取各位移对应的输出电压值并记录。实验得到的数据如表1所示。利用MATLAB首先绘制实际测量的输出信号电压和偏离线圈中心位移关系如图8所示。由图可得出输出电压信号和位移成线性关系，但是由电压值得不出位移的方向，

4、故对实测的输出电压信号进行相敏检波来进行方向校正。对实际测量的输出信号电压进行方向校准后，校准后的线性输出电压与偏离中心位移关系如图9所示。通过计算得到传感器灵敏度为0.04055Vmm，非线性误差为0.15%，符合井径仪的应用指标要求。由表1中的实验数据可以看出在和范围内位移点对应的电压输出值并不相等，二者有微小的差值，这是由于在实际设计过程中并不能保证两次级线圈的结构、绕制完全一样。在铁芯位于中心位置时，按照理论知电压的输出值应该为0，但实际测量值并不为0，即存在零点残余电压。导致零点残余电压的因素较多，比如：物理结构的问题（材料、工艺差异）、导磁体安装、铁芯的长度和励信号

5、频率大小等。零点残余电压比较难克服，它的存在会影响测量精度。5结论按照多臂井径仪探头的应用要求，确定出传感器性能的指标，基于LVDT传感技术研制了位移传感器，得出线性度、灵敏度等的测量计算结果。结果表明该传感器满足井径仪性能指标要求，可以比较详细和准确的反映套管变形信息。通过本设计的研究，也可以为在恶劣环境中使用的传感器的设计提供一些设计思路，有一定的实际意义。参考文献：张娜娜.多臂井径仪套管探伤技术研究.西安石油大学，201X.饶海涛.LVDT传感器在井径测量中的应用探讨.江汉石油职工大学学报，201X（07）：20-4：87-89饶海涛，唐伟，别少兵，等.基于LVDT传感技

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