一种旋转状态下重力加速度测量装置与提取方法与流程

文档序号:11413012阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种旋转状态下重力加速度测量装置,其特征在于,所述装置包括传感器和测量电路,所述传感器包括三轴重力加速度计、参考测量传感器和温度传感器,所述三轴重力加速度计测量三个正交方向的加速度分量信号,所述参考测量传感器产生随旋转变化且不受振动和冲击影响的信号作为参考信号;所述温度传感器测量该装置内部的温度,用于重力加速度计的温度补偿,消除钻具温度对重力加速度计的影响;测量电路采集所述传感器的输出信号,利用参考信号和分别与温度补偿后的加速度分量信号做互相关处理,消除因旋转产生的离心加速度、振动和冲击等干扰得到无干扰的重力加速度。

2.如权利要求1所述一种旋转状态下重力加速度测量装置,其特征在于,所述三轴重力加速度计为三个正交安装的重力加速度计,其中一个安装在钻具轴向上,另外两个沿钻具径向安装,三个重力加速度及安装方向符合右手坐标系;所述三轴重力加速度计和低通滤波器相连,低通滤波器对所述三轴重力加速度计输出的信号进行模拟滤波,滤除高于旋转频率的振动和冲击干扰,滤波后的信号被测量电路采集,所述低通滤波器的低通截止频率与所述三轴重力加速度计的频带和钻井转速相关。

3.如权利要求1所述一种旋转状态下重力加速度测量装置,其特征在于,安装时,所述参考测量传感器的敏感轴与旋转轴的夹角取决于传感器类型,以使钻具旋转时,所述参考测量传感器能够在敏感轴方向上产生周期性变化。

4.如权利要求2所述一种旋转状态下重力加速度测量装置,其特征在于,所述测量电路还包括模数转换器、存储器、微控制器和数据接口;所述模数装换器连接所述传感器和所述微控制器,所述微控制器连接所述存储器和所述数据接口;所述模数转换器与所述三轴重力加速度计间连接有所述低通滤波器;

所述模数转换器将所述传感器经过滤波的输出信号转换为所述控制器可接收模式;

所述存储器为EEPROM或FLASH,所述存储器存储所述传感器的温度标定系数、标度系数、偏置参数和安装误差修正系数;

所述控制器根据所述算法计算得到无干扰重力加速度;

所述数据接口用于数据的导入和导出。

5.如权利要求4所述一种旋转状态下重力加速度测量装置,其特征在于,所述微控制器设计有数字滤波器以进一步滤除Z轴向重力加速度计测量的因振动和冲击造成的干扰分量。

6.如权利要求1-5任一所述一种旋转状态下重力加速度测量装置,其特征在于,所述重力加速度计是石英挠性加速度计或MEMS加速度计;所述参考测量传感器为磁力计、陀螺仪或光电编码器中的任意一种或任意两种及以上;

所述参考测量传感器为磁力计,利用磁力计测量旋转产生的磁场分量变化作为参考信号;

或所述参考测量传感器为陀螺仪,测量旋转产生的角速度,并通过积分获得角位移作为参考信号;

或所述参考测量传感器为光电编码器,测量旋转产生的角度变化作为参考信号。

7.一种旋转状态下重力加速度测量和提取方法,其特征在于,所述方法为利用三轴重力传感器分别测量钻具轴向Z和径向X、Y的重力加速度,利用所述参考测量传感器产生不受振动和冲击影响的因旋转产生的变化信号作为参考信号;利用所述温度传感器测量该装置内部的温度,对重力加速度计进行温度补偿;测量电路采集所述传感器的输出信号,将三轴重力加速度计测量的X轴向重力加速度和Y轴向重力加速度分别和归一化的参考信号互相关以消除X轴向重力加速度和Y轴向重力加速度因振动和冲击造成的干扰分量;同时利用微控制器设计数字低通滤波器进一步滤除Z轴向重力加速度计测量的因振动和冲击造成的干扰分量,最终测量得到旋转状态下消除振动和冲击影响的三轴重力加速度。

8.如权利要求7所述一种旋转状态下重力加速度测量和提取方法,其特征在于,所述方法得到的重力加速度可用于计算旋转状态下的井斜角和工具面角。

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