CN113062721B - 一种勘探用测井仪的全温补偿方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种勘探用测井仪的全温补偿方法及***，通过低成本的热敏电阻作为温度传感器测温，利用标定仪器建立整体温度补偿模型来提高精度，同时其体积小无需额外的配套电路，使用简单可靠，将补偿的系数存储在仪器的计算机板上的EEPROM芯片中，可根据实际测井时，仪器所处的温度环境完成自动修正，无需人工干预，大大提高测井仪检测的精度。

Description

一种勘探用测井仪的全温补偿方法及***

技术领域

本发明涉及测井仪技术领域，尤其涉及一种勘探用测井仪的全温补偿方法及***。

背景技术

测井仪，是用于凿井领域，可对井壁进行连续扫描，也可对任意水平进行横向扫描，给出井筒竖直剖面、水平断面、井筒有效断面、井筒偏斜距离等技术资料。测井仪产品主要由惯性测量组件(IMU)、陀螺再平衡回路、控制回路、计算机硬件***、测井解算软件等组成。

温度变化对动力调谐陀螺测井仪性能稳定性影响很大，其影响主要包括：转子体质心轴向偏移，力矩器力矩系数变化，动力调谐陀螺测井仪的调谐状态变化，信号器标度因数变化等。在实际工作中，随着测井深度的不断增加，井下温度将不断上升，测井仪组件的温度也随之上升，组件内惯性传感器的特性将呈现出很大的变化，如标度因数，零偏等参数，这就是陀螺的温度漂移。动力调谐陀螺测井仪所产生的温度漂移，对于计算机进行寻北和捷联解算来说是不可忽视的问题，将带来非常大的误差，导致测井仪的测量精度降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种勘探用测井仪的全温补偿方法及***，旨在解决现有技术中的动力调谐陀螺测井仪温度漂移带来非常大的误差，导致测井仪的测量精度降低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种勘探用测井仪的全温补偿方法，包括以下步骤：

获取标定参数，并建立温度补偿模型，同时将所述温度补偿模型和所述标定参数存储至仪器计算机板；

获取仪器的实际温度，并上传至所述计算机板；

调取所述实际温度对应的所述标定参数，通过建立的所述温度补偿模型获得求解系数，根据所述求解系数对所述计算机板采样的传感器信号进行修正。

其中，在获取标定参数，并建立温度补偿模型，同时将所述温度补偿模型和所述标定参数存储至仪器计算机板中：

利用保温转台，对各陀螺轴分别升温到设定的恒定温度值后进行标定，获得温度值参数。

其中，在获取标定参数，并建立温度补偿模型，同时将所述温度补偿模型和所述标定参数存储至仪器计算机板中：

在不同所述恒定温度值下，对各陀螺轴分别进行速率标定，获得输入角速率参数。

其中，在获取标定参数，并建立温度补偿模型，同时将所述温度补偿模型和所述标定参数存储至仪器计算机板中：

在不同所述恒定温度值下，每个陀螺轴垂直朝天放置，分别以设定角速率进行旋转后，获得所述陀螺轴的输出数据参数。

其中，在调取所述实际温度对应的所述标定参数，通过建立的所述温度补偿模型获得求解系数，根据所述求解系数对所述计算机板采样的传感器信号进行修正中：

根据所述温度值参数、所述输入角速率参数和所述输出数据参数，利用最小二乘法求得陀螺刻度系数、温度漂移系数和陀螺静态漂移系数。

其中，在获取仪器的实际温度，并上传至所述计算机板中：

通过测温热敏电阻获取仪器的实际温度。

一种勘探用测井仪的全温补偿***，包括采集模块、温度检测模块和计算机板，所述采集模块与所述计算机板连接，所述温度检测模块与所述计算机板连接；

所述采集模块，用于获取标定参数，并建立温度补偿模型，同时将所述温度补偿模型和所述标定参数存储至所述计算机板；

所述温度检测模块，用于获取仪器的实际温度，并上传至所述计算机板；

所述计算机板，用于调取所述实际温度对应的所述标定参数，通过建立的所述温度补偿模型获得求解系数，根据所述求解系数对所述计算机板采样的传感器信号进行修正。

本发明的勘探用测井仪的全温补偿方法及***，通过低成本的热敏电阻作为温度传感器测温，利用标定仪器建立整体温度补偿模型来提高精度，同时其体积小无需额外的配套电路，使用简单可靠，将补偿的系数存储在仪器的计算机板上的EEPROM芯片中，可根据实际测井时，仪器所处的温度环境完成自动修正，无需人工干预，大大提高测井仪检测的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的勘探用测井仪的全温补偿方法的步骤图。

图2是本发明的勘探用测井仪的全温补偿方法的流程图。

图3是本发明的勘探用测井仪的全温补偿***的结构示意图。

图4是本发明的采集模块的结构示意图。

1-采集模块、2-温度检测模块、3-计算机板、11-多路选择器、12-AD芯片、13-MCU芯片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，本发明提供了一种勘探用测井仪的全温补偿方法，包括以下步骤：

S101:利用保温转台，对各陀螺轴分别升温到设定的恒定温度值后进行标定，获得温度值参数；在不同所述恒定温度值下，对各陀螺轴分别进行速率标定，获得输入角速率参数；在不同所述恒定温度值下，每个陀螺轴垂直朝天放置，分别以设定角速率进行旋转后，获得所述陀螺轴的输出数据参数；将所述温度值参数，所述输入角速率参数、所述输出数据参数和建立的所述温度补偿模型存储至仪器计算机板3。

S102：通过测温热敏电阻获取仪器的实际温度，并上传至所述计算机板3。

S103：调取所述实际温度对应的所述温度值参数、所述输入角速率参数和所述输出数据参数，再通过建立的所述温度补偿模型，利用最小二乘法求得陀螺刻度系数、温度漂移系数和陀螺静态漂移系数，然后根据求解系数对所述计算机板3采样的传感器信号进行修正。

在本实施方式中，首先建立温度补偿模型：

OX_bY_bZ_b为惯性组合基体坐标系，与载体坐标系平行。设陀螺轴输入输出关系数学模型如下：

式(1)中，u_x、u_y、u_z为IMU坐标系，x_b、y_b、z_b为陀螺轴的输出，k_gx、k_gy、k_gz为各陀螺轴的标度因数，T为标定时温度值，α_xz0、α_xz1、α_xy0、α_xy1、α_x0、α_x1等为陀螺轴随温度漂移系数，ω_xb、ω_yb、ω_zb为沿IMU坐标系x_b、y_b、z_b的输入角速率，ε_x、ε_y、ε_z为各陀螺轴静态漂移。

然后，利用保温转台，分别升温到恒定温度值40℃、45℃、65℃、80℃等，并记录温度值参数，在不同恒定温度值下，对各陀螺轴进行速率标定，并记录角速率参数，同时，在不同恒定温度值下，每个陀螺轴垂直朝天放置，分别以±10°/s、±25°/s、±40°/s、±65°/s等速率进行旋转后，采集陀螺轴输出数据，并记录输出数据参数，通过已知温度值参数、角速率参数和输出数据参数，再利用最小二乘法

可以求得k_gx、k_gy、k_gz等陀螺刻度系数，α_xz0、α_xz1、α_xy0、α_xy1、α_x0、α_x1等温度漂移系数，ε_x、ε_y、ε_z等陀螺静态漂移系数。最后将求得的系数和记录参数存储到计算机板3上；在仪器实际测井使用时，通过所述计算机板3上的所述测温热敏电阻，测得仪器所处的实际温度，所述计算机板3软件自动调取实际温度对应的参数，通过所述温度补偿模型求解出对应系数，再通过解出的系数，对所述计算机板3采样的传感器信号进行修正，最终提高整体仪器的精度。

进一步地，请参阅图2，将所述标定参数和所述温度补偿模型存储在所述计算机板3上的EEPROM芯片中。

在本实施方式中，所述计算机板3上的所述EEPROM芯片用于存储数据，是一种掉电后数据不丢失的存储芯片，可根据实际测井时，仪器所处的温度环境完成自动修正，无需人工干预，使用更方便。

请参阅图3，一种勘探用测井仪的全温补偿***，包括采集模块1、温度检测模块2和计算机板3，所述采集模块1与所述计算机板3连接，所述温度检测模块2与所述计算机板3连接；

所述采集模块1，用于获取标定参数，并建立温度补偿模型，同时将所述温度补偿模型和所述标定参数存储至所述计算机板3；

所述温度检测模块2，用于获取仪器的实际温度，并上传至所述计算机板3；

所述计算机板3，用于调取所述实际温度对应的所述标定参数，通过建立的所述温度补偿模型获得求解系数，根据所述求解系数对所述计算机板3采样的传感器信号进行修正。

在本实施方式中，首先，通过所述采集模块1对测井仪在设计好的不同温度点恒温后进行速率标定，然后将标定后的参数通过建立的所述温度补偿模型进行最小二乘法的求解，获得求解系数，再将参数和求解系数通过串口发送给MCU芯片13DSP-TMS320F28335之中，MCU芯片13通过SPI接口将参数存储至EEPROM芯片中，然后在仪器实际测井使用时，通过所述计算机板3上的测温热敏电阻，测得仪器所处的实际温度，所述计算机板3软件自动调取实际温度对应的参数，再通过建立的所述温度补偿模型进行求解系数，通过求解系数对计算机板3采样的传感器信号进行修正，最终提高整体仪器的精度。

进一步地，请参阅图4，所述采集模块1包括多路选择器11、AD芯片12和MCU芯片13，所述多路选择器11与所述计算机板3连接，所述AD芯片12分别与所述多路选择器11和所述MCU芯片13串联。

在本实施方式中，陀螺电压信号经过RC滤波电路后，进入到所述多路选择器11之中进行快速切换，进入到所述AD芯片12CS5101A之中转换为数字信号，经SPI接口传送到所述MCU芯片13DSP-TMS320F28335之中，进行数据采集、捷联计算和串口通讯，将陀螺信号数值通过RS232串口发送到所述计算机板3之中，进行显示和存储，为后续标定工作完成数据采集工作。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种勘探用测井仪的全温补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取标定参数，并建立温度补偿模型，同时将所述温度补偿模型和所述标定参数存储至仪器计算机板，其中，所述温度补偿模型为：

OX_bY_bZ_b为惯性组合基体坐标系，与载体坐标系平行，设陀螺轴输入输出关系数学模型如下：

式(1)中，u_x、u_y、u_z为IMU坐标系，x_b、y_b、z_b为陀螺轴的输出，k_gx、k_gy、k_gz为各陀螺轴的标度因数，T为标定时温度值，α_xz0、α_xz1、α_xy0、α_xy1、α_x0、α_x1为陀螺轴随温度漂移系数，ω_xb、ω_yb、ω_zb为沿IMU坐标系x_b、y_b、z_b的输入角速率，ε_x、ε_y、ε_z为各陀螺轴静态漂移，然后，利用保温转台，分别升温到恒定温度值40℃、45℃、65℃、80℃，并记录温度值参数，在不同恒定温度值下，对各陀螺轴进行速率标定，并记录角速率参数，同时，在不同恒定温度值下，每个陀螺轴垂直朝天放置，分别以±10°/s、±25°/s、±40°/s、±65°/s速率进行旋转后，采集陀螺轴输出数据，并记录输出数据参数，通过已知温度值参数、角速率参数和输出数据参数，再利用最小二乘法

求得k_gx、k_gy、k_gz陀螺刻度系数，α_xz0、α_xz1、α_xy0、α_xy1、α_x0、α_x1温度漂移系数，ε_x、ε_y、ε_z陀螺静态漂移系数，最后将求得的系数和记录参数存储到计算机板上；

获取仪器的实际温度，并上传至所述计算机板，其中，在仪器实际测井使用时，通过所述计算机板上的测温热敏电阻，测得仪器所处的实际温度；

调取所述实际温度对应的所述标定参数，其中，所述标定参数为所述温度值参数、所述输入角速率和所述输出数据参数，再通过建立的所述温度补偿模型获得求解系数，其中，利用最小二乘法求得所述求解系数中的陀螺刻度系数、温度漂移系数和陀螺静态漂移系数，然后根据所述求解系数对所述计算机板采样的传感器信号进行修正。

2.应用权利要求1所述的勘探用测井仪的全温补偿方法的一种勘探用测井仪的全温补偿***，其特征在于，包括采集模块、温度检测模块和计算机板，所述采集模块与所述计算机板连接，所述温度检测模块与所述计算机板连接；

所述采集模块，用于获取标定参数，并建立温度补偿模型，同时将所述温度补偿模型和所述标定参数存储至所述计算机板；

所述温度检测模块，用于获取仪器的实际温度，并上传至所述计算机板；

所述计算机板，用于调取所述实际温度对应的所述标定参数，通过建立的所述温度补偿模型获得求解系数，根据所述求解系数对所述计算机板采样的传感器信号进行修正。

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