旋转导向钻井工具姿态参数模拟解算电路改进与验证

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旋转导向钻井是一项尖端的自动化钻井新技术,该技术已经成为复杂超深定向井和大位移水平井使用的必备技术。能够精确的测量载体的姿态参数,即井斜角、工具面角、方位角等,是实现旋转导向钻井技术的关键。为了能够得到精确的姿态参数,必须对加速度计、磁通门或陀螺仪(惯性器件组合)等传感器的测量数据进行精确解算。传统的姿态参数模拟解算电路利用AD639的反正弦模式,根据三轴加速度计测量井眼轨迹的基本原理,对三轴加速度计的输出进行模拟解算。但是在实验过程中发现,当解算角度达到大角度(90°及270°附近)时,解算值出现了明显的饱和失真、非线性失真,因而提出了模拟解算电路的非线性校正方法。本文通过对模拟函数发生器AD639内部原理电路的分析,利用AD639内部电路的除法部分,设计制作了校正系数调节电路,用以解决模拟解算电路的饱和失真问题。在后续的电路测试中又利用折线拟合电路,用以提高模拟解算电路输出值的精度。在电路测试的过程中,采用离散测试的方法,主要测试了电路的精确度。为了重点突出大角度(90°及270°附近)的校正效果,采用1°作为步进间隔进行校正测试,同时测量了全角度(0°-360°)的校正数据。实验结果表明,文中提出的校正方案使姿态角的解算精度大幅提高,其校正效果较为理想。
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