基于动调陀螺测斜仪控制电路的研究

摘要

动调陀螺测斜仪是一种测量井下方位的仪器，它的核心部件是一个动调陀螺仪和两个石英加速度计，它们两两正交装配。动调式陀螺仪测量地球自转角速度的水平分量和垂直分量；两个加速度计分别测量当地重力加速度的水平分量和垂直分量。由动调陀螺仪和加速度计构成的惯性元件所测得的上述四个敏感参量，借助于一定的算法解算，就可以得到油气田工程勘探中所需要的倾斜角、方位角和工具面角。
　　论文首先阐述了陀螺仪的工作原理，分析了各种类型陀螺仪的构成，通过比较各种陀螺仪工作时的优缺点，确立了测斜仪中陀螺仪的选型。其次，论文分析了各种类型的加速度计，通过比较各种类型加速度计的优缺点，确立了测斜仪中加速度计的选型。在此基础上，论文详细研究了基于动调陀螺测斜仪控制电路的硬、软件设计，它包括力反馈系统和数据采集系统。其中，力反馈系统由前置放大、带通滤波、相敏解调、校正网络和功率放大等环节组成，它是动调陀螺测斜仪非常关键的部分之一；数据采集系统则由信号预处理电路、模拟多路复用器、跟随器、A/D采样芯片以及CPLD芯片组成；与基于MCU的数据采集系统相比较，基于 CPLD的数据采集系统的抗干扰能力可以得到显著的提高。数据采集系统的时序控制是利用VHDL语言在QuartusⅡ5.0的平台上进行设计并实现的。基于动调陀螺测斜仪控制电路的硬、软件设计完成后，将其安装于陀螺测斜仪中，由此开展了实验室测试和现场测试的工作。性能测试结果表明，方位角误差小于1°，倾斜角误差小于1°，基本达到了油气藏勘探的工程需要（方位角误差≤±2°、倾斜角误差≤1°），这为我国深层油气藏勘探提供了一种新的测斜测量手段。

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1 引 言

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 论文主要研究内容及安排

2 陀螺测斜仪的系统总体设计

2.1 陀螺仪的原理及选型

2.2 加速度计的选型

2.3 动调陀螺测斜仪的系统设计

3 陀螺测斜仪控制电路的硬件设计

3.1 电源电路的设计

3.2 力反馈系统

3.3 数据采集电路的设计

4 数据采集系统的软件设计

4.1 软件设计的流程图

4.2 数据采集过程的仿真

5 系统测试

5.1 实验室测试

5.2 现场测试

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录