專利名稱：一種磁阻井徑測(cè)井儀角度傳感器的標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種磁阻井徑測(cè)井儀角度傳感器的標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的井徑測(cè)井儀由兩部分組成。一部分是反映井徑變化的井下機(jī)械結(jié)構(gòu)，一部分是地面記錄部分；其中井下機(jī)械結(jié)構(gòu)包括把機(jī)械位移變成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置。常見(jiàn)的井徑儀有三或四個(gè)臂，在彈簧的作用下末端張開(kāi)緊貼井壁。隨著井徑的變化，臂的末端也隨著張開(kāi)或合攏，同時(shí)帶動(dòng)電位器滑臂移動(dòng)。于是井徑的變化就變成了電阻的變化。當(dāng)通過(guò)電纜給電位器供電時(shí)，變化的電阻間電位差就反映了井徑的變化。地面記錄部分記錄電位差變化，事先經(jīng)過(guò)井徑規(guī)刻度，這個(gè)變化就是井徑大小?，F(xiàn)有的測(cè)量井徑變化通常采用電位器做傳感器的。
采用連桿式電位器作為傳感器，其缺點(diǎn)為需要進(jìn)行內(nèi)外壓カ平衡設(shè)計(jì)，且線性程度差，不耐腐蝕(比如H2S),由于采用皮囊結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)出現(xiàn)故障的幾率較高。角度傳感器在應(yīng)用中，一般都需要進(jìn)行初始位置、輸出電信號(hào)的零位的標(biāo)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)磁阻井徑測(cè)井儀角度傳感器的特點(diǎn)提出的一種簡(jiǎn)單而又行之有效的標(biāo)定方法，以達(dá)到對(duì)磁阻角度傳感器進(jìn)行精確標(biāo)定的目的。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供ー種磁阻井徑測(cè)井儀角度傳感器的標(biāo)定方法，所述傳感器包括磁阻雙橋和多級(jí)永磁環(huán)，所述多級(jí)永磁環(huán)固定在一個(gè)轉(zhuǎn)軸上，磁阻雙橋設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的一端；所述磁阻雙橋的兩個(gè)橋臂設(shè)置在同一平面內(nèi)，且所述平面與多級(jí)永磁環(huán)所在的平面平行，并且兩個(gè)橋臂相位差為45°。所述標(biāo)定方法包括步驟a、確定ー個(gè)所述傳感器的起始位置，并測(cè)量所述傳感器在所述起始位置吋，兩個(gè)橋臂的輸出電壓Ual和Ubl ；步驟b、將所述傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)半個(gè)周期，并測(cè)量所述傳感器在轉(zhuǎn)動(dòng)后的位置時(shí)，兩個(gè)橋臂的輸出電壓Ua2和Ub2 ；步驟C、根據(jù)步驟a和b的測(cè)量結(jié)果，獲得所述傳感器兩個(gè)橋臂的零位輸出電壓和角度初始值。進(jìn)一步地,步驟c中橋A的零位輸出電壓UaO = Ual7Ua2 ；橋B的零位輸出電壓UbO = UbltLb2 ；
IUb - UbO角度初始值為汕= ”rctanしセし_。其中，Uas和Ubs為井徑臂角度處于零位時(shí),橋A和橋B的輸出電壓。
進(jìn)ー步地，所述每個(gè)橋臂包括4個(gè)電阻，所述4個(gè)電阻兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)，所述并聯(lián)電路接在電源與地之間，兩個(gè)串聯(lián)支路的分壓作為所述橋臂的電壓輸出端。進(jìn)ー步地，所述同一橋臂內(nèi)的4個(gè)電阻阻值相同，且磁阻靈敏度相同。進(jìn)ー步地，所述傳感器還包括兩個(gè)運(yùn)算放大器，所述兩個(gè)運(yùn)算放大器分別連接在磁阻雙橋兩個(gè)橋臂的電壓輸出端。進(jìn)ー步地，所述傳感器還包括兩個(gè)處理電路，所述兩個(gè)處理電路分別串聯(lián)在兩個(gè)運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端，所述處理電路用于消除固有零位偏差或進(jìn)行電位轉(zhuǎn)換。進(jìn)ー步地，兩個(gè)運(yùn)算放大器為放大倍數(shù)相同的運(yùn)算放大器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的磁阻井徑測(cè)井儀角度傳感器為無(wú)接觸式傳感器，不需要壓カ平衡，沒(méi)有累積誤差，測(cè)量精度高，輸出的電信號(hào)隨轉(zhuǎn)動(dòng)的角度呈現(xiàn)三角函數(shù)關(guān)系(正弦和余弦)，利用該關(guān)系，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)半個(gè)周期的角度，對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。該標(biāo) 定方法簡(jiǎn)單、精確，效果滿足井徑測(cè)井儀器標(biāo)定的精度要求。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例的磁阻井徑測(cè)井儀角度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的傳感器輸出信號(hào)波形圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。如圖1-2所示，本發(fā)明實(shí)施例的角度傳感器主要包括磁阻雙橋和多級(jí)永磁環(huán)。其中多級(jí)永磁環(huán)固定在一個(gè)轉(zhuǎn)軸上，磁阻雙橋設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的一端，所述磁阻雙橋包括兩個(gè)橋臂橋A和橋B，所述角度傳感器還包括兩個(gè)運(yùn)算放大器和兩個(gè)處理電路，所述橋A和橋B設(shè)置在與多級(jí)永磁環(huán)所在平面平行的平面內(nèi)，并且相位差為45°，橋A包括4個(gè)電阻R1、R2、R3和R4，橋B包括4個(gè)電阻R1’、R2’、R3’和R4’。每個(gè)橋臂上的4個(gè)電阻兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)，所述并聯(lián)電路接在電源與地之間，兩個(gè)串聯(lián)支路的分壓作為所述橋臂的電壓輸出端，兩個(gè)運(yùn)算放大器分別連接在橋A和橋B的電壓輸出端，兩個(gè)處理電路分別連接在兩個(gè)運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端，所述處理電路用于消除固有零位偏差或進(jìn)行電位轉(zhuǎn)換。其中同一橋臂內(nèi)的4個(gè)電阻阻值相同，且磁阻靈敏度相同，但橋A和橋B的電阻阻值可以不相同，即 Rl = R2 = R3 = R4, Rl’ = R2’ = R3’ = R4’，但 Rl 尹 R1’。在應(yīng)用中，磁阻雙橋、運(yùn)算放大器和處理電路部分安裝在ー經(jīng)過(guò)精密設(shè)計(jì)得耐壓殼體內(nèi)，多級(jí)永磁環(huán)以轉(zhuǎn)軸方式固定在殼體外，隨與之相連的臂進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量。本發(fā)明的實(shí)施例能夠精確測(cè)量井徑測(cè)井儀轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，可靠性強(qiáng)，精度高。本發(fā)明主要是在井徑測(cè)井儀器中應(yīng)用，同樣可以應(yīng)用在其他的儀器設(shè)備中，主要是對(duì)磁阻角度傳感器進(jìn)行零位和初始值的標(biāo)定，以達(dá)到進(jìn)行角度準(zhǔn)確測(cè)量的目的。根據(jù)圖I和圖2所示結(jié)構(gòu)磁阻角度傳感器的工作原理，橋A和橋B在同一平面上且嚴(yán)格相差45°角，當(dāng)有一外部磁場(chǎng)平行于橋所在的平面施加到橋A和橋B上時(shí)，根據(jù)磁阻電橋的測(cè)量原理，在供電的情況下，磁場(chǎng)方向按圖示所示變化，橋A輸出的電壓信號(hào)Ua為2倍變化角度的余弦值，橋B輸出的電壓信號(hào)Ub為2倍變化角度的正弦值。變化角度即為
權(quán)利要求
1.一種磁阻井徑測(cè)井儀角度傳感器的標(biāo)定方法，其特征在于，所述傳感器包括磁阻雙橋和多級(jí)永磁環(huán)，所述多級(jí)永磁環(huán)固定在一個(gè)轉(zhuǎn)軸上，磁阻雙橋設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的一端；所述磁阻雙橋的兩個(gè)橋臂設(shè)置在同一平面內(nèi)，且所述平面與多級(jí)永磁環(huán)所在的平面平行，并且兩個(gè)橋臂相位差為45° ; 所述標(biāo)定方法包括 步驟a、確定一個(gè)所述傳感器的起始位置，并測(cè)量所述傳感器在所述起始位置時(shí)，兩個(gè)橋臂的輸出電壓Ual和Ubl ； 步驟b、將所述傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)半個(gè)周期，并測(cè)量所述傳感器在轉(zhuǎn)動(dòng)后的位置時(shí)，兩個(gè)橋臂的輸出電壓Ua2和Ub2 ； 步驟C、根據(jù)步驟a和b的測(cè)量結(jié)果，獲得所述傳感器兩個(gè)橋臂的零位輸出電壓和角度初始值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的標(biāo)定方法，其特征在于，步驟c中 橋A的零位輸出電壓L橋B的零位輸出電壓 角度初始值為 其中，Uas和Ubs為井徑臂角度處于零位時(shí),橋A和橋B的輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述每個(gè)橋臂包括4個(gè)電阻，所述4個(gè)電阻兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)，所述并聯(lián)電路接在電源與地之間，兩個(gè)串聯(lián)支路的分壓作為所述橋臂的電壓輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述同一橋臂內(nèi)的4個(gè)電阻阻值相同，且磁阻靈敏度相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述傳感器還包括兩個(gè)運(yùn)算放大器，所述兩個(gè)運(yùn)算放大器分別連接在磁阻雙橋兩個(gè)橋臂的電壓輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述傳感器還包括兩個(gè)處理電路，所述兩個(gè)處理電路分別串聯(lián)在兩個(gè)運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端，所述處理電路用于消除固有零位偏差或進(jìn)行電位轉(zhuǎn)換。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的標(biāo)定方法，其特征在于，兩個(gè)運(yùn)算放大器為放大倍數(shù)相同的運(yùn)算放大器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁阻井徑測(cè)井儀角度傳感器的標(biāo)定方法，以達(dá)到對(duì)磁阻角度傳感器進(jìn)行精確標(biāo)定的目的。所述標(biāo)定方法是基于磁阻角度傳感器的，所述傳感器包括磁阻雙橋和多級(jí)永磁環(huán)，所述多級(jí)永磁環(huán)固定在一個(gè)轉(zhuǎn)軸上，磁阻雙橋設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的一端；步驟a、確定一個(gè)所述傳感器的起始位置，并測(cè)量所述傳感器在所述起始位置時(shí)，兩個(gè)橋臂的輸出電壓Ua1和Ub1；步驟b、將所述傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)半個(gè)周期，并測(cè)量所述傳感器在轉(zhuǎn)動(dòng)后的位置時(shí)，兩個(gè)橋臂的輸出電壓Ua2和Ub2；步驟c、根據(jù)步驟a和b的測(cè)量結(jié)果，獲得所述傳感器兩個(gè)橋臂的零位輸出電壓和角度初始值。該標(biāo)定方法簡(jiǎn)單、精確，效果滿足井徑測(cè)井儀器標(biāo)定的精度要求。
文檔編號(hào)E21B47/085GK102808613SQ20121027262
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者陳國(guó)棟, 王祥, 王野梁, 王建紅 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司