一种重力偏角与相对方位测量装置制造方法及图纸

一种重力偏角与相对方位测量装置。主要解决现有技术中没有此类装置导致对于钻头钻进方向与重力方向偏角的测量精度低的问题。其特征在于：所述测量装置还包括由双轴加速度传感器构成的测量模块、通信模块、显示模块以及方位显示与控制模块；其中，所述测量模块的输出端连接至控制模块的输入端，将双轴测量值输入到控制模块中，所述显示模块和方位显示与控制模块的不同输入端分别连接至所述控制模块的对应输出端，所述通信模块与控制模块的双向I/O端口相连接；所述电源模块为本装置中的前述模块提供工作电源。该种测量装置具有测量精度高、使用简单的特点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种钻井时控制钻头方向的偏角测量装置。具体的说，是一种能够在钻头前进的过程中对钻头与重力的偏角与方位进行测量的装置。
技术介绍
在石油钻井领域，控制钻头钻井的方向的方式是测量钻头的前进方向。目前，测量钻头的方位与偏角有多种，主要有机械式和电子式，但其测量方式主要是阶段式测量，即在钻头前进一段距离后，将钻头起出，放下传感器，等待传感器测量，得到数据后才能根据数据计算重新钻进的方向与方位，由于钻头需要起出后测量，这样大大的降低了钻头的工作效率，且测量精度不高。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中给出的现有技术问题，本技术提供一种重力偏角与相对方位测量装置，该种测量装置可以直接安装在钻铤内部，在钻井的同时对方向与方位进行测量，与预先设置的方位进行比较，发现偏离后，立即提供纠偏信号，保证了钻头始终处于预定的轨迹上，提高了钻头的效率和精度。本技术的技术方案是该种重力偏角与相对方位测量装置，包括由单片机构成的控制模块和电源模块，其独特之处在于所述测量装置还包括由双轴加速度传感器构成的测量模块、通信模块、显示模块以及方位显示与控制模块；其中，所述测量模块的输出端连接至控制模块的输入端，将双轴测量值输入到控制模块中，所述显示模块和方位显示与控制模块的不同输入端分别连接至所述控制模块的对应输出端，所述通信模块与控制模块的双向I/o端口相连接；所述电源模块为本装置中的前述模块提供工作电源。本技术具有如下有益效果本种重力偏角与相对方位测量装置由电源模块、测量模块、控制模块，通信模块、显示模块、方位显示与控制模块组成。本装置以耐高温的控制器和重力加速度传感器为核心，测量模块中的双轴加速度传感器输出一个测量电压信号，代表了水平面与测量面的偏移，通过计算两个平面的位置关系，可以得到测量面与水平面的偏角，并且在水平面上可以作出偏角的投影，从而根据投影向量的方向与值产生对钻头的控制信号，完成钻头的自动控制。最后利用通信接口可以将测量与控制信号传递到其他控制系统。具有很好的实时性和高精度的测量值。附图说明图I是本技术所述电源模块的电路图。图2是本技术所述控制模块的电路图。图3是本技术所述显示模块的电路图。图4是本技术所述测量模块的电路图。图5是本技术所述通信模块的电路图。图6是本技术所述方位显示与控制模块的电路图。图7是本技术的组成原理图。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步说明由图7所示，该种重力偏角与相对方位测量装置，包括由单片机构成的控制模块，此外，所述系统还包括电源模块、测量模块、通信模块、显示模块以及方位显示与控制模块；其中，所述测量模块的双轴加速度传感器的输出端连接至控制模块的输入端，将双轴测量值输入到控制模块中，所述显示模块、方位显示与控制模块的输入端连接至控制模块的输出端，所述通信模块与控制模块的双向I/o端口相连，使得单片机与其他系统进行通信。 图I是本技术的电源模块电路图，电源模块电路由两片三端稳压芯片组成，电池电压输入插座J5的3管脚连接U15的Vin管脚，通过U15(AS1117-5V)提供5V电源，U15的Vout管脚连接至U16的Vin管脚，通过U16 (ASl 117-3. 3V)，使得U16的Vout端提供3. 3V高质量直流电源，U16的Vout端口通过R22连接至D148的正极，作为LED显示电路，用来显示电源的状态，在输出端都有C31、C32 (4. 7uF)和C33、C22 (22pF)电容滤波，电源电路的其他部分C18 - C21是其他集成电路的去耦电容。图2是本技术所述控制模块的电路图。控制器电路采用了 U12 (C8051F206)为控制核心，配备有由C17，R22和S2构成的复位电路，U12的19、20、29、30、33、30、31、32、33管脚构成行信号连接到图6中的P30-P37、P7端口，U12中的1、2、3、4、45、46、47、48管脚构成的列信号连接到图6中的P10-P17的端口，由C23，C24和Y2构成的震荡电路和由Jl和R19构成的JTAG电路,控制器为了控制方位提供了方位显不电路的扫描信号，扫描信号输出分为行信号(P30-P37，P07) 7路与列信号(P10-P17) 8路，方位信号共计72个，方位控制精度为5度(360/72)。图3是本技术所述显示模块的电路图。偏角显示电路由3个8段LED (D4、D5、D6)和3片串行移位寄存器74164构成，U5、U10、U11的MR分别和D4的I管脚通过R12相连，之后连接5V电源，其中每片74164作为一个LED的驱动源。3片74164串行连接，其中U5的AB端连接控制芯片U12的P26，U5的Q7连接UlO的AB端，UlO的Q7连接Ull的AB端，形成24位串行移位寄存器。每次写入24bit的数据，控制3个8段LED显示重力偏角。图4是本技术所述测量模块的电路图。测量电路由双轴加速度传感器U13和SPI通讯总线构成，R13, R14, R15, R16分别连接U13的1、3、4、7管脚，构成通讯电路的上拉电阻，保证了通讯信号的稳定，图I中U15的Vout管脚连接至U13的12管脚，为U13提供5V电源，ClO是去藕电容。图5是本技术所述通信模块的电路图。通信电路由RS232电平变换芯片U14构成，U14的2、4管脚通过C25相连，U14的5、6管脚通过C26管脚相连，其中C25，C26是起振电容，用于提高输出电压，U14的20管脚和U15的Vout管脚相连，由U15为其提供3. 3V电源，C27, C28, C29, C30是电源滤波电容，JPl是用于通信的电缆插座。通信电路主要将测量结果发送到执行机构，用于控制钻头方向。图6是本技术所述方位显示与控制模块的电路图。方位显示电路是显示当前偏角方位的，有72个LED构成,分布在电路板的周围，重力偏角的投影偏向那个方向,那个方向的LED就会点亮。其P30-P37、P7总线与图2中U12的对应的列信号19、20、29、30、33、30、31、32、33管脚进行相连，P10-P17总线与图2中U12的对应行信号1、2、3、4、45、46、47、48管脚相连。本技术提出的利用双轴加速度传感器测量水平面方位与测里面方位，从而计算两个面的夹角和夹角投影方位的方法，具有精度高，抗干扰能力强，实时性好的优点，具有方位的显示与夹角大小的显示，可以很直观的显示测量结果。拥有通信接口，可以直接将 测量结果传递到其他控制机构。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重力偏角与相对方位测量装置，包括由单片机构成的控制模块和电源模块，其特征在于：所述测量装置还包括由双轴加速度传感器构成的测量模块、通信模块、显示模块以及方位显示与控制模块；其中，所述测量模块的输出端连接至控制模块的输入端，将双轴测量值输入到控制模块中，所述显示模块和方位显示与控制模块的不同输入端分别连接至所述控制模块的对应输出端，所述通信模块与控制模块的双向I/O端口相连接；所述电源模块为本装置中的前述模块提供工作电源。

【技术特征摘要】
1.一种重力偏角与相对方位测量装置，包括由单片机构成的控制模块和电源模块，其特征在于所述测量装置还包括由双轴加速度传感器构成的测量模块、通信模块、显示模块以及方位显示与控制模块；其中，所述测量模块的输出端连接至控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘均，邹彦艳，刘霞，殷海双，宋金波，段志伟，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：实用新型
国别省市：