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1、第34卷第2期中国测试技术Vol.34No.22008年3月CHINAMEASUREMENT&TESTINGTECHNOLOGYMar.2008智能测斜仪的设计于艳军,伍川辉(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)摘要:采用三轴正交加速度传感器测量地球重力矢量和三轴正交磁强传感器测量地磁场矢量的测斜原理,推导出了倾斜角、方位角和工具面角的计算公式;从硬件和软件两方面对智能测斜仪进行了研究和误差分析,并对主要的误差源作了软件补偿;采用Delphi语言作为软件平台,利用多线程开发了地面监控程序。关键词:测斜仪;加速度传感器;磁强传感器;单片机;钻井中图分类号:TE243;TP21
2、2.12文献标识码:A文章编号:1672-4984(2008)02-0078-03DesignofintelligentinclinometerfordrillingmeasurementYUYan-jun,WUChuan-hui(SchoolofMechanicalEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)Abstract:Theinclinometertheoriesofearthgravityvectormeasuredbythree-axisorthogonalaccelerometersandear
3、thmagneticvectormeasuredbythree-axisorthogonalmagneticsensorswereintroduced.Basedonthesetheories,thecalculationmethodsofrakeangle,azimuthandtoolanglewerededuced.Theintelligentinclinometerwasinvestigatedfromhardwareaspectandsoftwareaspectseparately,itserrorwasanalyzed,andthemainerrorswerecompensa
4、tedbythesoftware.ThegroundmonitorsystemwasdesignedthroughusingmultithreadingtechnologyandemployingDelphiasthesoftwareplatform.Keywards:Inclinometer;Accelerometer;Magneticsensor;Singlechip;Drilling1引言仪器下部,OX和OY轴在径向平面内,彼此正交。加测斜仪是钻斜井、定向井时,测量其井身轨迹的速度传感器和地磁传感器就安装在X轴、Y轴和Z专用仪器,主要用来测量钻井过程中各点的倾斜角、轴上,对这三个
5、方向的重力矢量以及磁场强度矢量方位角和工具面角等。20世纪90年代以来,各类岩进行测量。另一个坐标系ONED是地理坐标系,它土工程对钻孔孔斜精度的要求越来越高,早期研制是以磁北方向ON,与ON垂直的磁东方向OE以及和生产的各种钻孔测斜仪大多数不能适应新的市场重力方向OD为三个正交轴而建立的坐标系。这二需求,因此,传统结构原理的测斜仪纷纷被淘汰,新型结构原理的测斜仪不断涌现。本次设计的智能测斜仪是利用现代传感技术、电子技术和计算机技术研制的高新技术产品。基于地球重力场和磁场测量的测斜技术具有简单、实时、易于实现控制等优点。2测斜仪的工作原理测斜仪要测量的工作参数主要包括倾斜角、方位角和工
6、具面角,而这三个参数的测量是建立在两个坐标系基础上的,如图1所示。一个是仪器坐标系OXYZ。它是定位于仪器上的,随仪器姿态变化而变化的坐标系。其中,纵轴OZ与仪器轴线重合并指向收稿日期:2007-08-25;收到修改稿日期:2007-11-07作者简介:于艳军(1981-),男,硕士研究生,专业方向为自动测试技术。第34卷第2期于艳军等:智能测斜仪的设计79坐标系均符合右手规则。滤波器。单片机选用SST89E564RD,它自带看门狗,建立好两坐标系后,我们就可以用仪器坐标系可以负责监视CPU的运作,保证程序的可靠工作。相对于地理坐标系的转动来确定仪器在空间的状因为井下空间狭小,A/D和
7、数据存储均选用串入串态,并推导出倾斜角θ、方位角α和工具面角γ的表出芯片,这样既可以节省资源,又使硬件连线变得比[3]达式。推导详见参考文献。较简单,从而可以保证在印制板很窄时容易走线。电θ=arctan(G2+G2/G)(1)路A/D转换器选用低功耗、12位开关电容逐次逼近!XYZα=arctang(HXGY-HYGX)(2)模数转换器TLC2543CN。数据存储器选用Microchip22H(ZGX+GY)+G(ZHYGY-HXGX)公司的
