專利名稱：長距離大口徑油氣管道對穿控向的分段磁體傳感陣列系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種長距離大口徑油氣管道對穿控向的分段磁體傳感陣列系統(tǒng)。涉及管 道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，在非開挖技術(shù)行業(yè)中，水平導(dǎo)向鉆進是主要的增長點，由于設(shè)備能力的改 善，其優(yōu)越性愈加明顯。非開挖舖管可以穿越鐵路、公路、建筑、河流、飛機跑道、古跡等障礙 物。它應(yīng)用于于石油和天然氣管道、電力、電信、有線電視、給水、排水及市政建設(shè)。非開挖 技術(shù)具有不開挖地面、不影響交通、不影響市容、不損壞建筑、方向性好、經(jīng)濟和社會效益顯 著等特點。非開挖技術(shù)可利用導(dǎo)向鉆進，還可進行管棚支護、水平注漿、水平降水及污染地 層處理工程，在許多工程應(yīng)用中，其相對成本已經(jīng)降低到明挖法施工之下?？梢圆捎梅情_挖 技術(shù)施工時，反對采用明挖施工是必然趨勢。加快工程進度的、長距離的非開挖實時定位技術(shù)，即針對特別急需地下雙向水平 鉆進準直技術(shù)和設(shè)備的研究和研制。不僅滿足應(yīng)用于于石油和天然氣管道的鋪設(shè)的施工現(xiàn) 場的施工的設(shè)計要求，也滿足應(yīng)用于電力、電信、有線電視、給水、排水及市政建設(shè)等施工現(xiàn) 場的施工的設(shè)計要求。研究定向鉆對穿控向技術(shù)、控向理論和控向方法，采用電磁場和重力 場作為導(dǎo)向信號，研究建立控向信號在大地的衰減規(guī)律和傳播機理、分布數(shù)學模型，各種干 擾因素引起的測量誤差和修正方法等，確定控向信號和檢測裝置的基本參數(shù)，為裝備研制 提供技術(shù)基礎(chǔ)。美國專禾Ij 6，814，163和6，626，252用于水平隨鉆的雙線圈定位系統(tǒng)；6, 736，222 為鉆頭定向的測量方法；6，466，020B1為電磁定位法隨鉆的測量方法；B2為一種電磁精確 定位和角度定位的方法；這些專利都沒涉及技術(shù)的實現(xiàn)，也沒有作具體實現(xiàn)的說明。更重要 的是這些專利的實現(xiàn)存在角度(仰角、磁偏角等)的積累誤差，不可能達到0.1度的要求。 要想達到上述精度，檢測設(shè)備非常復(fù)雜?？紤]到現(xiàn)有鉆進定位設(shè)備的磁體傳感器均為單個高靈敏度可分辨微高斯的傳感 模塊，由于磁體傳感器本身感應(yīng)靈敏度和感應(yīng)的動態(tài)范圍是成反比的，而為了提高長距離 水平雙向?qū)Υ?dǎo)向精度，就必須在對穿雙向接近時加進一個較大磁通量的人工永久磁體。 這樣，就使采用單個磁傳感器為了適應(yīng)其感應(yīng)的動態(tài)范圍而降低了感應(yīng)的靈敏度，必須要 從傳感器的源頭來提高整個長距離大口徑油氣管道對穿控向系統(tǒng)的精度的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種施工容易、測試簡單易行的長距離大口徑油氣管道對穿 控向的分段磁體傳感陣列系統(tǒng)。本發(fā)明就是從傳感器的源頭來提高整個長距離大口徑油氣管道對穿控向系統(tǒng)的 精度的問題?？紤]到現(xiàn)有鉆進定位設(shè)備的磁體傳感器均為單個高靈敏度可分辨微高斯的 傳感模塊，由于磁體傳感器本身感應(yīng)靈敏度和感應(yīng)的動態(tài)范圍是成反比的，而為了提高長距離水平雙向?qū)Υ?dǎo)向精度，就必須在對穿雙向接近時加進一個較大磁通量的人工永久磁 體，這樣就克服了采用單個磁傳感器為了適應(yīng)其感應(yīng)的動態(tài)范圍而降低了感應(yīng)靈敏度的不 足。為此，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的考慮到人工設(shè)置的電磁場的數(shù)量級和對穿到一定程度在鉆桿頭加入的永久磁鐵 的數(shù)量級不同，選擇三個不同感應(yīng)靈敏度和相應(yīng)的感應(yīng)動態(tài)范圍磁體傳感器，在不同時段 分別接入。所以，本發(fā)明的構(gòu)成(見圖1)同已有技術(shù)一樣，是由三個磁體傳感器、放大器、A/D 轉(zhuǎn)換和控制器組成。磁體傳感器1、過渡磁體傳感器2、永久磁體傳感器3的輸出各依次串 接放大器、A/D轉(zhuǎn)換后一并接控制器的輸入。磁體傳感器1、過渡磁體傳感器2、永久磁體傳 感器3輸出的信號各經(jīng)放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送控制器處理。其中磁體傳感器1為感知人工設(shè)置的永久磁體傳感器；永久磁體傳感2定義為永久監(jiān)視傳感器，其感應(yīng)的動態(tài)范圍跨越在磁體傳感器1 和永久磁體傳感器3之間，其感應(yīng)的數(shù)值為磁體傳感器1和過渡磁體傳感器2切換依據(jù)；永久磁體傳感器3為感知對穿到一定程度在鉆桿頭加入的永久磁體傳感器；本發(fā)明的特征是磁體傳感器1、過渡磁體傳感器2、永久磁體傳感器采用磁體傳感 芯片，其構(gòu)成是4個電阻組成的平衡電橋電路；其中磁體傳感器1用于檢測微弱磁場可選 用磁場范圍是+/-2高斯左右的任意磁體傳感器；過渡磁體傳感器2，用于檢測從微弱磁場 到強磁場的過渡，可選用磁場范圍是+/-6高斯左右的任意磁體傳感器；永久磁體傳感器3 用于檢測從微弱磁場到強磁場的過渡，可選用磁場范圍是+/-60高斯左右的任意磁體傳感 器；三個磁體傳感器和放大器的電路構(gòu)成如圖2所示，三個磁體傳感器芯片的電橋兩 對角5、7端接電源+V和地，另兩對角1、8端接運算放大器；放大器是由運算放大器組成的； 磁體傳感器1的1端接電阻R1后至運算放大器IC4的4端，而4端各接正向和反向二極管 DyD1到地，同時4端與輸出端10之間還接電阻R13，運算放大器IC4的3、6端接地，11端接 +8V, 7端接-8V，11端和7端各接電容C2X4到地，10端接電容C3到地，1端與8端之間接電 容C5,8端與2端之間接電容C6, 5端經(jīng)電阻R3接磁體傳感器1的8端，同時5端接并聯(lián)的 正向和反向二極管D3、D4與電阻R13到地；磁體傳感器1的7接地，5端接+8V ；過渡磁體傳 感器2和永久磁體傳感器3后接運算放大器IC5、IC6的構(gòu)成與磁體傳感器1后的運算放大 器IC4完全相同；運算放大器IC4, IC5, IC6的輸出各接一電容C3、C9、C15后至A/D轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換選常用的產(chǎn)品；控制器IC7選市銷產(chǎn)品。首先啟動感知人工設(shè)置的磁體傳感器1和過渡磁體傳感器2，當對穿到一定程度 需在鉆桿頭加入永久磁體傳感器3時，啟動在鉆桿頭加入的永久磁體傳感器3，同時保留過 渡磁體傳感器2。這樣的設(shè)計因加入永久磁體傳感器3避免了感知人工設(shè)置的磁體傳感器 1的飽和，又能檢測永久磁場的量度的目的，且施工容易、測試簡單易行，達到提高長距離大 口徑油氣管道對穿控向精度的目的。


圖1管道對穿控向的分段磁體傳感陣列系統(tǒng)原理框2管道對穿控向的分段磁體傳感陣列系統(tǒng)電原理圖其中1-磁體傳感器 2-過渡磁體傳感器3-永久磁體傳感器
具體實施例方式實施例.本例是一實驗樣機，其構(gòu)成如圖1所示。本例的構(gòu)成是由三個磁體傳感 器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換和控制器組成。由磁體傳感器1、過渡磁體傳感器2、永久磁體傳感器3 的輸出各依次串接放大器、A/D轉(zhuǎn)換后一并接控制器的輸入。人工設(shè)置的電磁場的數(shù)量級和對穿到一定程度在鉆桿頭加入的永久磁鐵的數(shù)量 級不同，選擇三個不同感應(yīng)靈敏度和相應(yīng)的感應(yīng)動態(tài)范圍磁體傳感器，在不同時段分別接 入。其中磁體傳感器1、過渡磁體傳感器2、永久磁體傳感器3的構(gòu)成是4個電阻組成的平 衡電橋電路；電橋的兩對角接電源+5V和地，另兩對角接運算放大器；放大器如圖2所示，是由運算放大器組成的；磁體傳感器1的1端接電阻R1后至 運算放大器IC4的4端，而4端各接正向和反向二極管DyD1到地，同時4端與輸出端10之 間還接電阻R13，運算放大器IC4的3、6端接地，11端接+8V，7端接-8V，11端和7端各接電 容C2、C4到地，10端接電容C3到地，1端與8端之間接電容C5,8端與2端之間接電容C6, 5 端經(jīng)電阻R3接磁體傳感器1的8端，同時5端接并聯(lián)的正向和反向二極管D3、D4與電阻R13 到地；磁體傳感器1的7接地，5端接+8V ；過渡磁體傳感器2和永久磁體傳感器3后接運算 放大器IC5、IC6的構(gòu)成與磁體傳感器1后的運算放大器IC4完全相同；運算放大器IC4、IC5、 IC6的輸出各接一電容C3> C9, C15后至A/D轉(zhuǎn)換；控制器IC7選MSP430或AVR系列控制器，A/D轉(zhuǎn)換芯片控制器集成；IC4, IC5, IC6 選 ICL7560 ；D1-D12 選 2AP10 ；C2λ C3λ C4λ C8λ C8λ C10、C14、C15、C16 :0. 01 U f ；C5、C6、Cn、C12、C17, C18 :0. 1 μ f ；R1 :2ΚΩ ；R3 :2ΚΩ ；R4: IOK Ω;R5 :2ΚΩ ；R7 :2ΚΩ ；R8: IOK Ω;R9 :2ΚΩ ；R11 :2ΚΩ ；R12: IOK Ω;R13 100Κ Ω ；
R14 =IOOK Ω ；R15 100Κ Ω ；磁體傳感器1、過渡磁體傳感器2、永久磁體傳感器采用磁體傳感芯片，其中磁體 傳感器1用于檢測微弱磁場可選用磁場范圍是+/-2高斯左右的任意磁體傳感器；過渡磁體 傳感器2，用于檢測從微弱磁場到強磁場的過渡，可選用磁場范圍是+/-6高斯左右的任意 磁體傳感器；永久磁體傳感器3用于檢測從微弱磁場到強磁場的過渡，可選用磁場范圍是 +/-60高斯左右的任意磁體傳感器；電源為+5V。該系統(tǒng)在工作時首先啟動感知人工置設(shè)的電磁場傳感器1和磁體傳感器定義為 過渡監(jiān)視傳感器2，當對穿到一定程度在鉆桿頭加入的永久磁鐵時，啟動感知對穿到一定程 度在鉆桿頭加入的永久磁鐵傳感器3同時保留磁體傳感器定義為過渡監(jiān)視傳感器2。這樣 的設(shè)計因加入永久磁鐵避免了感知人工置設(shè)的電磁場傳感器1的飽和，又能檢測永久磁場 的量度的目的，達到提高長距離大口徑油氣管道對穿控向精度的目的。本例在多次試驗中，施工容易、測試簡單易行，提高了長距離大口徑油氣管道對穿 控向精度。
權(quán)利要求
一種長距離大口徑油氣管道對穿控向的分段磁體傳感陣列系統(tǒng)，它由三個磁體傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換和控制器組成；由磁體傳感器(1)、過渡磁體傳感器(2)、永久磁體傳感器(3)的輸出各依次串接放大器、A/D轉(zhuǎn)換后一并接控制器的輸入；磁體傳感器(1)、過渡磁體傳感器(2)、永久磁體傳感器(3)輸出的信號各經(jīng)放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送控制器處理；其特征在于磁體傳感器(1)、過渡磁體傳感器(2)、永久磁體傳感器(3)采用磁體傳感芯片，其構(gòu)成是4個電阻組成的平衡電橋電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長距離大口徑油氣管道對穿控向的分段磁體傳感陣列系統(tǒng)， 其特征在于所述磁體傳感器(1)選用磁場范圍是+/_2高斯的任意磁體傳感器；過渡磁體傳 感器(2)選用磁場范圍是+/_6高斯的任意磁體傳感器；永久磁體傳感器(3)選用磁場范圍 是+/-60高斯的任意磁體傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長距離大口徑油氣管道對穿控向的分段磁體傳感陣列系統(tǒng)， 其特征在于所述三個磁體傳感器和放大器的電路是放大器是由運算放大器組成的；磁體 傳感器(1)的(1)端接電阻隊后至運算放大器1(；的⑷端，而⑷端各接正向和反向二 極管D2、到地，同時(4)端與輸出端(10)之間還接電阻R13，運算放大器IC4的(3,6)端 接地，(11)端接+8V，(7)端接-8V，(11)端和(7)端各接電容C2、C4到地，(10)端接電容C3 到地，(1)端與⑶端之間接電容C5，(8)端與⑵端之間接電容C6，(5)端經(jīng)電阻民接磁 體傳感器⑴的⑶端，同時(5)端接并聯(lián)的正向和反向二極管D3、D4與電阻R13到地；磁 體傳感器(1)的(7)端接地，(5)端接+8V ；過渡磁體傳感器(2)和永久磁體傳感器(3)后 接運算放大器IC5、IC6的構(gòu)成與磁體傳感器(1)后的運算放大器1(；完全相同；運算放大器 IC4、IC5、IC6的輸出各接一電容C3、C9、C15后至A/D轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明是一種長距離大口徑油氣管道對穿控向的分段磁體傳感陣列系統(tǒng)。涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是它由三個磁體傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換和控制器組成；由磁體傳感器(1)、過渡磁體傳感器(2)、永久磁體傳感器(3)的輸出各依次串接放大器、A/D轉(zhuǎn)換后一并接控制器的輸入；磁體傳感器(1)、過渡磁體傳感器(2)、永久磁體傳感器(3)輸出的信號各經(jīng)放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送控制器處理；其特征在于磁體傳感器(1)、過渡磁體傳感器(2)、永久磁體傳感器(3)采用磁體傳感芯片，其構(gòu)成是4個電阻組成的平衡電橋電路。本發(fā)明施工容易、測試簡單易行。
文檔編號G01V3/08GK101887133SQ20091008453
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者劉素杰, 厲宇, 張金權(quán), 方德學, 楊文明, 焦書浩, 王小軍, 王贏, 王飛, 趙鋒, 閆會朋, 霍峰 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣管道局