專利名稱：一種磁阻井徑測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)械位移變成電信號的轉(zhuǎn)換裝置。常見的井徑儀有三或四個臂，在彈簧的作用下末端張開緊貼井壁。隨著井徑的變化，臂的末端也隨著張開或合攏，同時帶動電位器滑臂移動。于是井徑的變化就變成了電阻的變化。當(dāng)通過電纜給電位器供電時，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)過井徑規(guī)刻度，這個變化就是井徑大小?，F(xiàn)有的測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，其缺點為需要進(jìn)行內(nèi)外壓カ平衡設(shè)計，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)場作業(yè)時出現(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)問題是針對磁阻井徑測井儀角度傳感器的特點提出的一種簡單而又行之有效的標(biāo)定方法，以達(dá)到對磁阻角度傳感器進(jìn)行精確標(biāo)定的目的。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供ー種磁阻井徑測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永磁環(huán)，所述多級永磁環(huán)固定在一個轉(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橋臂設(shè)置在同一平面內(nèi)，且所述平面與多級永磁環(huán)所在的平面平行，并且兩個橋臂相位差為45°。所述標(biāo)定方法包括步驟a、確定ー個所述傳感器的起始位置，并測量所述傳感器在所述起始位置吋，兩個橋臂的輸出電壓Ual和Ubl ；步驟b、將所述傳感器轉(zhuǎn)動半個周期，并測量所述傳感器在轉(zhuǎn)動后的位置時，兩個橋臂的輸出電壓Ua2和Ub2 ；步驟C、根據(jù)步驟a和b的測量結(jié)果，獲得所述傳感器兩個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,橋A和橋B的輸出電壓。
進(jìn)ー步地，所述每個橋臂包括4個電阻，所述4個電阻兩兩串聯(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運算放大器，所述兩個運算放大器分別連接在磁阻雙橋兩個橋臂的電壓輸出端。進(jìn)ー步地，所述傳感器還包括兩個處理電路，所述兩個處理電路分別串聯(lián)在兩個運算放大器的信號輸出端，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，兩個運算放大器為放大倍數(shù)相同的運算放大器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，應(yīng)用本發(fā)明實施例的磁阻井徑測井儀角度傳感器為無接觸式傳感器，不需要壓カ平衡，沒有累積誤差，測量精度高，輸出的電信號隨轉(zhuǎn)動的角度呈現(xiàn)三角函數(shù)關(guān)系(正弦和余弦)，利用該關(guān)系，通過轉(zhuǎn)動半個周期的角度，對傳感器進(jìn)行標(biāo)定。該標(biāo) 定方法簡單、精確，效果滿足井徑測井儀器標(biāo)定的精度要求。


圖I為本發(fā)明實施例的磁阻井徑測井儀角度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的傳感器輸出信號波形圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。如圖1-2所示，本發(fā)明實施例的角度傳感器主要包括磁阻雙橋和多級永磁環(huán)。其中多級永磁環(huán)固定在一個轉(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橋臂橋A和橋B，所述角度傳感器還包括兩個運算放大器和兩個處理電路，所述橋A和橋B設(shè)置在與多級永磁環(huán)所在平面平行的平面內(nèi)，并且相位差為45°，橋A包括4個電阻R1、R2、R3和R4，橋B包括4個電阻R1’、R2’、R3’和R4’。每個橋臂上的4個電阻兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)，所述并聯(lián)電路接在電源與地之間，兩個串聯(lián)支路的分壓作為所述橋臂的電壓輸出端，兩個運算放大器分別連接在橋A和橋B的電壓輸出端，兩個處理電路分別連接在兩個運算放大器的信號輸出端，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、運算放大器和處理電路部分安裝在ー經(jīng)過精密設(shè)計得耐壓殼體內(nèi)，多級永磁環(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，進(jìn)行轉(zhuǎn)動角度的測量。本發(fā)明的實施例能夠精確測量井徑測井儀轉(zhuǎn)動的角度，并且結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，可靠性強，精度高。本發(fā)明主要是在井徑測井儀器中應(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)有一外部磁場平行于橋所在的平面施加到橋A和橋B上時，根據(jù)磁阻電橋的測量原理，在供電的情況下，磁場方向按圖示所示變化，橋A輸出的電壓信號Ua為2倍變化角度的余弦值，橋B輸出的電壓信號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永磁環(huán)，所述多級永磁環(huán)固定在一個轉(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橋臂設(shè)置在同一平面內(nèi)，且所述平面與多級永磁環(huán)所在的平面平行，并且兩個橋臂相位差為45° ; 所述標(biāo)定方法包括 步驟a、確定一個所述傳感器的起始位置，并測量所述傳感器在所述起始位置時，兩個橋臂的輸出電壓Ual和Ubl ； 步驟b、將所述傳感器轉(zhuǎn)動半個周期，并測量所述傳感器在轉(zhuǎn)動后的位置時，兩個橋臂的輸出電壓Ua2和Ub2 ； 步驟C、根據(jù)步驟a和b的測量結(jié)果，獲得所述傳感器兩個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,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，所述每個橋臂包括4個電阻，所述4個電阻兩兩串聯(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運算放大器，所述兩個運算放大器分別連接在磁阻雙橋兩個橋臂的電壓輸出端。
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處理電路，所述兩個處理電路分別串聯(lián)在兩個運算放大器的信號輸出端，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，兩個運算放大器為放大倍數(shù)相同的運算放大器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁阻井徑測井儀角度傳感器的標(biāo)定方法，以達(dá)到對磁阻角度傳感器進(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永磁環(huán)，所述多級永磁環(huán)固定在一個轉(zhuǎn)軸上，磁阻雙橋設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的一端；步驟a、確定一個所述傳感器的起始位置，并測量所述傳感器在所述起始位置時，兩個橋臂的輸出電壓Ua1和Ub1；步驟b、將所述傳感器轉(zhuǎn)動半個周期，并測量所述傳感器在轉(zhuǎn)動后的位置時，兩個橋臂的輸出電壓Ua2和Ub2；步驟c、根據(jù)步驟a和b的測量結(jié)果，獲得所述傳感器兩個橋臂的零位輸出電壓和角度初始值。該標(biāo)定方法簡單、精確，效果滿足井徑測井儀器標(biāo)定的精度要求。
文檔編號E21B47/085GK102808613SQ20121027262
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者陳國棟, 王祥, 王野梁, 王建紅 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司