三轴重力加速度传感器标定方法研究

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1、石油仪器·44·PETR0LEUMINSTRUMENI2010年08月·方法研究·三轴重力加速度传感器标定方法研究周静胡毅付浩(西安石油大学井下测控研究所陕西西安)摘要：文章从分析XTCS系统中测斜传感器的数学模型入手，得到测斜传感器的轴不正交校正方法——O校正方法和K校正法，并利用Matlab的寻优工具箱计算得到相应的校正系数，最终实现对测斜传感器的姿态测量数据的优化处理。关键词：加速度计；校正方法；误差精度中图法分类号：P631．816文献标识码：B文章编号：1004．9134(2010)04．OO44．-030引言一三一(三，e)e一(三，e)e⋯印¨在地质勘探中，为了能

2、够确定出地层侧面倾角和倾斜方位角，必须连续测量井筒的倾角和倾斜方位角式(1)中，e、e、e是构成单位正交坐标系的三个以及作为参考标志的井下仪器方位角。在进行从式钻相互垂直的向量，且ll：ll=ll=1；(，)称井或打水平井时需要知道井身轨迹和钻头位置，以调向量Y、e的内积，它等于I夕，1．Ielc(于，e)，也即整下一步的钻进方向。因此无论是完井之后或是在钻(，e)：ycos(，e)；(Y，e)表示两向量之间的夹井过程中，高精度连续地井斜测量是必须的。角，其它同理。目前，由西安石油大学井下测控研究所研制的为应用以上三个公式进行坐标变换得到如下的矩XTCS(西安轨迹控制系统)系统

3、中安装了三轴加速度阵形式：传感器，测量井下仪器运动姿态的井斜角(DEV)和工100具面角(RB)，并通过与之配合使用的MWD测量钻具Q10的方位角。测斜传感器由于三轴加速度计安装定位的(2)原因，即使精心调校，也不可避免地存在加速度传感器Q2Q1的三个敏感轴不正交而引起的偏差，这个偏差对最后式(2)中的测量结果有不可忽视的影响，因此测斜传感器在使用时要进行轴不正交校正。Q：1Q因子校正法原理l1JQ：：．一设、Y、是线性无关的三个向量，由它们可以构Q，：成一个空间坐标系，空间中的任何向量都可以表示成这三个向量的线性组合。通过变换、Y、，可以建立可见，在确知(，)、(三，。mel

4、)、(，)三个角度之空间中任意坐标系。从理论上可知，在空间坐标系中后，便可利用式(2)将在非正交坐标系[元，，三]中测得的空间向量的三个分量转换到正交坐标系[，，]存在着一种单位正交坐标系，即构成坐标系的三向量相互垂直，其长度都等于1。而且空间任意坐标系和中去。由试验可知，当安装误差为±5。时，测得Y=单位正交坐标系之间存在如下的对应关系：0．996，z=0．992，即：1／y=1／z一1。而通常情况下安一元_『一(，e)e丽；装误差不会超过±1。，因此对式(2)化简可得：第一作者简介：周静，女，1964年生，教授，1988年毕业于西安电子科技大学信号与处理专业，获工学硕士学位

5、，现任中国石油天然气集团公司(cNPc)重点实验室井下测控研究室副主任，西安石油大学重点学科“井下控制工程环境模拟实验室”的主任。邮编：7100652010年第24卷第4期周静等：三轴重力加速度传感器标定方法研究(1，)=kvG(y)+by(7)『e]r100]r__](z)=kzG(Z)+bz‘e2(3)式(7)中，()、(y)、(z)为测斜传感器输出电压信号。在工程应用中变为：rG]r10o7rG]3处理效果IGI：IQ310I．1GI(4)分别采用K因子校正和Q因子校正处理标定试Lc；JLQ2QllJLG：J验数据，将计算得到的井斜角和高边工具面角绝对误式中，G(i=，Y

6、，)代表原始加速度输出值；G差绘图，如图1所示。相比K因子校正法，Q因子校(i=，Y，)代表轴不正交校正后的加速度输出值。正法的井斜角和高边工具面角绝对误差明显较小，绝2K因子校正法原理l3j对误差曲线更加平缓。除去个别误差极值点后，经过Q校正后的井斜角的绝对误差为0．15。，高边工具面校正模型以敏感轴为例介绍，y和z敏感轴类角的绝对误差为0．5。。似，其数学模型如下(以为例)。不同处理方法斜角绝对误差曲线iii；i；iG=G·(Ko+K1t+K2t+K3t)一(K4+K5t⋯⋯一_{⋯．Jr{⋯+K6t+K7t)一K8·G一K9·(5)III士一J-_二-一。T：一’斗I一I

7、⋯式(5)中，Ko为标度因子；K1为一阶标度因子；K2}箭⋯H⋯卜匆为二阶标度因子；K3为三阶标度因子；K4为零位偏差；K5为一阶零位偏差；K6为二阶零位偏差；K7为三4阶零位偏差；K8为轴正交安装同心度误差(X—Y)；IIlItIIlII，为轴正交安装同心度误差(X—Z)；G(i=，Y，z)—29：：：上．一—0为原始加速度输出值；G为敏感轴轴不正交校正后靛一2。加速度输出值；K1、K2、K3、K5、K6和K7为温度补偿==十斗■⋯—4系数。序号G(X)=g*COS[(DEV±90)*At