工具面角检测系统及初始化方法与流程

本发明属于自动控制，涉及一种工具面角检测系统及初始化方法。

背景技术：

1、定向钻机施工前，必须对孔底马达工具面角进行初始化归零，即将马达的弯头朝向特定方向(一般是正上方)，在轨迹测量系统中设置该方向为工具面角0°。

2、目前均采用手动初始化的方法：将孔底马达弯头朝向特定方向，放入孔内；使用钻机将马达后方的无磁杆、探管等依次连接；连接完成后设置该位置为0°。

3、但是，马达和无磁杆的连接螺纹磨损、螺纹接头夹杂煤渣、接卸扣操作不到位等因素都会引发螺纹连接不到位，从而导致马达送入孔内时松动，造成角度偏离最初人工摆放的位置。而且，当马达被送入孔内后，其偏离角度不可知，难以纠正、补偿。此时对工具面角进行归零操作，误差较大。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工具面角检测系统及初始化方法，以解决工具面角初始值无法测量以及无法补偿、纠正的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种工具面角检测系统，包括依次相连的第一节段、第二节段、第三节段，所述第一节段内设置第一信号组合标识，所述第二阶段内设置第一传感器与第二信号组合标识，所述第三节段内设置第二传感器，通过所述第一传感器测量其与第一信号组合标识的夹角α，通过所述第二传感器测量其与第二信号组合标识的夹角β；

4、所述第一信号组合标识包括第一信号源与第二信号源，所述第一信号源与所述第二信号源在所述第一节段内相对且交错布置；所述第二信号组合标识包括第三信号源与第四信号源，所述第三信号源与所述第四信号源在所述第二节段内相对且交错布置。

5、可选的，所述第一节段为孔底马达，所述第二节段为测量短节安装管，所述第三节段为钻杆。

6、可选的，测量过程中，将所述第三节段的第二传感器指向0°方向，则第一节段的工具面角初始角度θ＝α+β。

7、可选的，取垂直于水平面向上的方向为第二传感器的0°方向。

8、可选的，所述第一信号组合标识中的第一信号源与第二信号源为同类型信号源，其发射的信号强度相同；所述第二信号组合标识中的第三信号源与第四信号源为同类型信号源，其发射的信号强度相同。

9、一种工具面角初始化方法，提供上述的工具面角检测系统；

10、已知工具面角初始角度θ，包括以下步骤：

11、s1计算调节值δ并进行调节：

12、当θ∈(0°,90°]∪(270°,360°)时，初始化零点为0°；

13、此时调节值δ和调节方向为：

14、θ∈(0°,90°]时，δ＝θ，逆时针调节；

15、θ∈(270°,360°)时，δ＝360°-θ，顺时针调节；

16、当θ∈(90°,270°]时，初始化零点为180°；

17、此时调节值δ和调节方向为：

18、θ∈(90°,180°]时，δ＝180°-θ，顺时针调节；

19、θ∈(180°,270°]时，δ＝θ-180°，逆时针调节。

20、可选的，在步骤s1之前，还包括步骤s0：简化工具面角初始角度θ，当θ>360°，取θ’＝θ-360°，当θ<360°，则首先取θ’＝θ；在步骤s1中，使用θ’替代θ。

21、可选的，在步骤s1之后，还包括步骤s2，将工具面角测量值归零，需要调整工具面角至γ时，当初始化零点为0°时，调整值γ’＝γ；当初始化零点为180°时，调整值γ’＝γ-180°。

22、可选的，在步骤s2中提供操作系统，操作时仅输入待调整的工具面角γ，由操作系统根据初始化零点计算实际的调整值γ’。

23、本发明的有益效果在于：

24、1.本申请采用两个同类型的、与传感器距离不同的信号源形成具有方向性的组合信号，两对组合信号和传感器将相对角度值转化为绝对角度值，完成了对孔底马达工具面角的测量，解决了工具面角初始值无法测量以及无法补偿、纠正的问题。

25、2.对测得的工具面角角度值进行分段简化计算，并在系统内设定0°和180°两个初始化零点，缩短了调节时间，提高了效率。

26、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种工具面角检测系统，其特征在于：包括依次相连的第一节段、第二节段、第三节段，所述第一节段内设置第一信号组合标识，所述第二阶段内设置第一传感器与第二信号组合标识，所述第三节段内设置第二传感器，通过所述第一传感器测量其与第一信号组合标识的夹角α，通过所述第二传感器测量其与第二信号组合标识的夹角β；

2.根据权利要求1所述的一种工具面角检测系统，其特征在于：所述第一节段为孔底马达，所述第二节段为测量短节安装管，所述第三节段为钻杆。

3.根据权利要求1所述的一种工具面角检测系统，其特征在于：测量过程中，将所述第三节段的第二传感器指向0°方向，则第一节段的工具面角初始角度θ＝α+β。

4.根据权利要求3所述的一种工具面角检测系统，其特征在于：取垂直于水平面向上的方向为第二传感器的0°方向。

5.根据权利要求1所述的一种工具面角检测系统，其特征在于：所述第一信号组合标识中的第一信号源与第二信号源为同类型信号源，其发射的信号强度相同；所述第二信号组合标识中的第三信号源与第四信号源为同类型信号源，其发射的信号强度相同。

6.一种工具面角初始化方法，其特征在于：提供权利要求1-5任一项中所述的工具面角检测系统；

7.根据权利要求6所述的工具面角初始化方法，其特征在于：在步骤s1之前，还包括步骤s0：简化工具面角初始角度θ，当θ>360°，取θ’＝θ-360°，当θ<360°，则首先取θ’＝θ；在步骤s1中，使用θ’替代θ。

8.根据权利要求6所述的工具面角初始化方法，其特征在于：在步骤s1之后，还包括步骤s2，将工具面角测量值归零，需要调整工具面角至γ时，当初始化零点为0°时，调整值γ’＝γ；当初始化零点为180°时，调整值γ’＝γ-180°。

9.根据权利要求8所述的工具面角初始化方法，其特征在于：在步骤s2中提供操作系统，操作时仅输入待调整的工具面角γ，由操作系统根据初始化零点计算实际的调整值γ’。

技术总结
本发明涉及一种工具面角检测系统及初始化方法，属于自动控制技术领域。包括第一节段、第二节段、第三节段，所述第一节段内设置第一信号组合标识，所述第二阶段内设置第一传感器与第二信号组合标识，所述第三节段内设置第二传感器，通过所述第一传感器测量其与第一信号组合标识的夹角α，通过所述第二传感器测量其与第二信号组合标识的夹角β；所述第一信号组合标识包括第一信号源与第二信号源，所述第一信号源与所述第二信号源在所述第一节段内相对且交错布置；所述第二信号组合标识包括第三信号源与第四信号源，所述第三信号源与所述第四信号源在所述第二节段内相对且交错布置。本发明可以解决工具面角初始值无法测量、补偿、纠正的问题。

技术研发人员：陈航,辛德忠,刘小华,万军,杨燕鸽,唐敏,肖玉清,万园,窦鑫,吕晋军,张始斋,陈科宇,秦怡,蒲剑,马振纲,王兴,张世涛,周富佳,鲁石平
受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16