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连续测斜仪研究

李番军  
【摘要】: 连续测斜仪是一种三自由度定位装置,主要用于井身参数连续测量。待测井身轨迹的数据信息,主要包括倾斜角、方位角和工具面角。论文详细介绍了采用三轴正交加速度计测量地球重力矢量和三轴正交磁通门测量地磁场矢量的测斜原理,推导出倾斜角、方位角和工具面角的数学模型和计算方法,并阐述了石英挠性伺服加速度计、磁通门传感器的工作原理及测斜仪的结构设计。测斜仪采用内置单片机对数据进行采集、处理、存储和传输。因为井下空间狭小,A/D和数据存储器均选用串行芯片,使用时软件进行了特殊编程。测斜仪的测量范围很宽,为了提高测量的精度,在设计系统时采用了自动量程转换技术。 地面监控程序的设计是整个系统设计的重要组成部分之一。我们采用Visual C++语言作为软件平台,利用多线程来实现监控、显示和误差补偿等功能,即采用一个接收线程不断地循环读串口,接收井下发送来的数据,另一个显示线程专门进行控制、计算和显示。 井下与地面的数据通信也一直是定向钻井的技术难题。近年来,无线传输中的泥浆脉宽调制方法引起各方关注,但数据流量稀疏,地下磁场环境极其复杂也制约了电磁传输技术在测井中的应用;而采用Manchester编解码技术通信抗干扰性强、传输距离远,并且用CPLD来实现其功能,所占用的硬件空间小,因此越来越多的被应用在军事和工业环境的信息传输中。论文分析了远距离数据传输方法和Manchester编解码工作原理,同时设计了Manchester码的驱动电路,并采用VHDL语言在MAX+PLUSⅡ编程环境下实现其功能。 在上述的研究基础上,本文讨论了系统的误差来源,建立了系统的误差模型并给出其误差方程,并对主要的误差源做了软件补偿。


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