SU1760325A1 - Magnetic azimuth pickup - Google Patents

Description

1one

(21)4777059/10(21) 4777059/10

(22)02.01.90(22) 02.01.90

(46) 07.09.92. Бюл. № 33(46) 07.09.92. Bul Number 33

(71)Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин(71) Kamsky Research Institute for Complex Studies of Deep and Super-Deep Wells

(72)А.В.Тарарков(72) A.V.Tararkov

(56)Авторское свидетельство СССР № 495528, кл. G 01 С 17/00, 25.02.74. (54) ДАТЧИК МАГНИТНОГО АЗИМУТА(56) USSR Copyright Certificate No. 495528, cl. G 01 C 17/00, 02/25/74. (54) MAGNETIC AZIMENT SENSOR

(57)Использование, дл  определени  положени  магнитного северного полюса с подвесными магнитными элементами. Сущность изобретени  содержит ма нитный сердечник в виде двух ш фов 1, раь номерно распределенную кольцевую обмотку 4 возбуждени , две измерительные(57) Use to determine the position of the magnetic north pole with pendant magnetic elements. The invention contains a mother core in the form of two pins 1, a spatially distributed ring excitation winding 4, two measuring

ОбМОТКИ С ПРОТИВОПОЛОЖНОМ Ot iGrmCjH Н WINDING WITH OPPOSITE Ot iGrmCjH N

друг друга направлением вич ов Новь.г -IP лчетс  выполнение м( vra в ЕШДР i«. t тичного тора 2 запо-чи-нпе его немл нит жидкостью 3, выполнение сердечник в г де двух шаров размещенных внутри KI.|J са, причем плотность одного из них M«I. -.1 а другого больше гтютности немагнит н жидкости 2 илeach other by the direction of the fi ns Nov.r-IP is the execution of m (vra in the ESDR of the i «. t of the primary torus 2, it is indicated by its liquid without the liquid 3, the core is executed in the g of two balls placed inside KI. | J sa, moreover, the density of one of them is M I I-1.

Изобретение относитс  к навигационным измерительным приборам, а именно к устройствам дл  определени  положени  магнитного северного полюса с подвесными магнитными элементами, и предназначено дл  определени  магнитного азимута, например, в бурении скважин.The invention relates to navigation measuring instruments, namely, devices for determining the position of a magnetic north pole with suspended magnetic elements, and is intended to determine the magnetic azimuth, for example, in drilling wells.

Известен электронный компас, содержащий кольцевой магнитный сердечник, расположенную на нем кольцевую обмотку возбуждени , четыре измерительных обмотки , причем кажда  пара диаметрально противоположных обмоток включена встречно.An electronic compass is known, comprising an annular magnetic core, an annular excitation winding located on it, four measuring windings, each pair of diametrically opposite windings being connected in opposite directions.

По технической сущности это устройство  вл етс  наиболее близким к предлагаемому датчику и прин то за прототип. Недостатком этого устройства  вл етс  его невысока  точность при работе в услови х вибраций. Указанный недостаток объ сн етс  резким увеличением ошибки, обусловленной вертикальной составл ющей геомагнитного пол  при вибрации.According to the technical essence, this device is closest to the proposed sensor and adopted as a prototype. A disadvantage of this device is its low accuracy when operating in vibration conditions. This disadvantage is explained by a sharp increase in the error due to the vertical component of the geomagnetic field during vibration.

Целью изобретени   вл етс  повыше ние точности за счет уменьшени  вли ни  ошибки, обусловленной вибрациейThe aim of the invention is to increase the accuracy by reducing the influence of the error due to vibration.

Цель достигаетс  благодар  тому, что устройство, содержащее магнитный сер дечник, равномерно распределенную кольцевую обмотку возбуждени , две изме рительные обмотки с противоположным относительно друг друга направлением витков, снабжено герметичным тороидальным корпусом, заполненным немагнитной жидкостью, сердечник размещен внутри корпуса и выполнен в виде двух шаров, причем плотность одного из них меньше, а другого больше плотности немагнитной жидкости.The goal is achieved due to the fact that a device containing a magnetic core, a uniformly distributed ring excitation winding, two measuring windings with the opposite direction of turns, is equipped with a sealed toroidal body filled with a non-magnetic fluid, the core is placed inside the body and made in the form of two balls , and the density of one of them is less, and the other is greater than the density of non-magnetic fluid.

Сопоставительный анализ с прототи пом показывает, что за вл емый датчик магнитного азимута отличаетс  тем ч го снабжен герметичным тороидальным кор пусом. заполненным немагнитной жидю стью, сердечник размещен внутри копнул и выполнен в виде двух шаров, причем ность одного из них меньше, а другого биA comparative analysis with the prototype shows that the inventive magnetic azimuth sensor differs in that it is equipped with a hermetic toroidal housing. filled with a non-magnetic fluid, the core is placed inside it, dug and made in the form of two balls, and the ness of one of them is smaller, and the other is

хлhl

xj О Оxj Oh o

ы го елyou ate

ше плотности немагнитной жидкости. Таким образом, за вл емое устройство соответствует критерию новизна.above the density of a non-magnetic fluid. Thus, the claimed device meets the criterion of novelty.

Сравнение за вл емого решени , не только с прототипом, но и с другими техническими решени ми в данной области техники не позволило вы вить признаки, отличающие за вл емое решение от прототипа , что позвол ет сделать вывод о соответствии критерию существенные отличи .Comparison of the proposed solution, not only with the prototype, but also with other technical solutions in this field of technology did not allow identification of features that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion meets significant differences.

На фиг. 1 схематично показан общий вид датчика с измерительными обмотками, выполненными в виде последовательности секций, и элементами магнитного сердечника в форме полых ферритовых шаров с внутренним наполнителем: на фиг.2 схематично показано расположение витков измерительных обмоток по отношению друг к другу и к сердечнику, вид сверху.FIG. 1 schematically shows a general view of a sensor with measuring windings made as a sequence of sections, and elements of a magnetic core in the form of hollow ferrite balls with internal filler: figure 2 schematically shows the arrangement of the turns of the measuring windings relative to each other and to the core, top view .

Датчик содержит магнитный сердечник, выполненный в виде двух шаров 1, помещенных в герметичный тороидальный корпус 2, заполненный текучей немагнитной средой 3, равномерно распределенную кольцевую обмотку 4 возбуждени  и две измерительные обмотки 5 и 6 с противоположным относительно друг друга направлением витков.The sensor contains a magnetic core, made in the form of two balls 1, placed in a sealed toroidal case 2 filled with a nonmagnetic fluid medium 3, a uniformly distributed annular excitation winding 4 and two measuring windings 5 and 6 with the opposite direction of the turns.

Датчик работает следующим образом (см. фиг,1).The sensor works as follows (see FIG. 1).

Помещенные внутрь тороидального корпуса 2, заполненного текучей немагнитной средой 3, шары 1 магнитного сердечника перемещаютс  в состо ни , соответствующие их минимальной потенциальной энергии в поле т готени  Земли. Шар, плотность которого меньше плотности немагнитной жидкости 3, устанавливаетс  в крайнем верхнем положении, а шар, плот- гость которого больше плотности немагнит- ой жидкости 3, устанавливаетс  в крайнем нижнем положении. Таким образом, при расположении корпуса 2 в вертикальной плоскости ось магнитного сердечника устанавливаетс  строго вертикально.Placed inside the toroidal body 2 filled with a fluid non-magnetic medium 3, the balls 1 of the magnetic core are moved to a state corresponding to their minimum potential energy in the Earth's gravitational field. The ball, the density of which is less than the density of the non-magnetic liquid 3, is set in the extreme upper position, and the ball, the density of which is greater than the density of the non-magnetic liquid 3, is set in the lowest position. Thus, when the housing 2 is located in a vertical plane, the axis of the magnetic core is strictly vertical.

При пропускании через обмотку 4 возбуждени  тока с частотой «оба шара 1 магнитного сердечника пронизываютс  магнитными потоками возбуждени , равными по величине и противоположными по направлению. При этом ЭДС, наведенна  в измерительных обмотках 5 и 6 от пол  возбуждени  Нв равна нулю, так как кажда  из них образована парами диаметрально противоположных витков.When a current with a frequency "through the winding 4" of the magnetic core 1 is passed through the magnetic flux of the excitation, equal in magnitude and opposite in direction. In this case, the EMF induced in the measuring windings 5 and 6 from the excitation field Hv is zero, since each of them is formed by pairs of diametrically opposite coils.

Магнитные потоки, обусловленные вертикальной составл ющей геомагнитного пол , пронизывающие диаметрально противоположные витки измерительных обмотокMagnetic fluxes due to the vertical component of the geomagnetic field penetrating diametrically opposed turns of the measuring windings

5 и 6, равны по величине и противоположны по направлению, т.е. вертикальна  составл юща  геомагнитного пол   вл етс  как бы дополнительной составл ющей пол  возбуждени . В общем случае ЭДС, наводима  в измерительных обмотках 5 и 6, зависит от вертикальной составл ющей геомагнитного пол , однако в случае работы на второй гармонике основной частоты ш наводима  в измерительных обмотках 5 и 6 ЭДС не зависит от вертикальной составл ющей магнитного пол  Земли и дл  обмотки 5 определ етс 5 and 6 are equal in magnitude and opposite in direction, i.e. the vertical component of the geomagnetic field is an additional component of the field of excitation. In the general case, the emf induced in the measuring windings 5 and 6 depends on the vertical component of the geomagnetic field; however, in the case of operation on the second harmonic of the fundamental frequency, the induced electromotive force in the measuring windings 5 and 6 does not depend on the vertical component of the earth’s magnetic field and for winding 5 is determined

1515

ei--2 ЈiftJiHrSi(Xi)d fflHB) xcosa Л0 ,ei - 2 ЈiftJiHrSi (Xi) d fflHB) xcosa h0,

dtdt

где Нг - величина горизонтальной составл ющей напр женности геомагнитного пол ; а- угол между горизонтальной проекцией магнитной оси витков измерительной обмотки 5 и направлением Нг, т.е. магнитный азимут;where Hg is the horizontal component of the intensity of the geomagnetic field; a is the angle between the horizontal projection of the magnetic axis of the turns of the measuring winding 5 and the direction Hg, i.e. magnetic azimuth;

ft - угол между плоскостью витков измерительной обмотки 5 или 6 и плоскостью горизонта;ft is the angle between the plane of the turns of the measuring winding 5 or 6 and the plane of the horizon;

S(X) - площадь активного сечени  магнитного сердечника;S (X) is the active section area of the magnetic core;

Мд (Х,Нв) - дифференциальна  магнитна  проницаемость магнитного сердечника в области активного сечени ;Md (X, Hv) is the differential magnetic permeability of the magnetic core in the region of the active section;

X - криволинейна  координата смещени  центра измерительных обмоток 5 и 6 (их секций) от оси магнитного сердечника;X is the curvilinear coordinate of the displacement of the center of the measuring windings 5 and 6 (their sections) from the axis of the magnetic core;

Нв - величина напр женности магнитного пол  возбуждени ;Hv is the magnitude of the intensity of the magnetic field of excitation;

f - коэффициент, завис щий от формы обмоток 5 и 6 (их секций).f is the coefficient depending on the shape of windings 5 and 6 (their sections).

В измерительной обмотке 6, горизонтальна  проекци  магнитной оси витков которой расположена под углом р к горизонтальной проекции магнитной оси витков обмотки 5, наведена ЭДС:In the measuring winding 6, the horizontal projection of the magnetic axis of the turns of which is located at an angle p to the horizontal projection of the magnetic axis of the turns of the winding 5, the emf is induced:

е2 - 2 & о / oHrS2 (Х2) d () хe2 - 2 & o / oHrS2 (x2) d () x

dtdt

5050

xcos(p-f a),xcos (p-f a),

тогдаthen

55 еа 5zu)gS2(X2)d Xfc . Нв) s mfh cos (p + a) (Xi)d(Xi, HB) cos a55 ea 5zu) gS2 (X2) d Xfc. Hb) s mfh cos (p + a) (Xi) d (Xi, HB) cos a

eiei

Так как соответствующие витки обмоток 5 и 6 расположены симметрично относительно оси тороидального корпуса 2 (см. фиг.2), тоSince the corresponding turns of the windings 5 and 6 are located symmetrically relative to the axis of the toroidal body 2 (see figure 2),

Xi Xa; S2(X2) Si(Xi), sin/Ife Xi Xa; S2 (X2) Si (Xi), sin / Ife

62 & wi cos (p + a) ei f 1 ал cos a62 & wi cos (p + a) ei f 1 al cos a

Дл  идентичных обмоток 5 и 6 при угле р 90° получимFor identical windings 5 and 6 at an angle of p 90 ° we get

- tg а откуда а arctg - . eiei- tg and from where and arctg -. eiei

При этом погрешности, обусловленные неопределенностью положени  элементов магнитного сердечника 1 при сильных вибраци х , возникающих при бурении скважин , можно свести к любой сколь угодно малой величине за счет уменьшени  зазора между диаметром шаров 1 и внутренним диаметром тороидального корпуса 2.At the same time, the errors caused by the uncertainty of the position of the elements of the magnetic core 1 with strong vibrations arising during the drilling of wells can be reduced to any arbitrarily small value by reducing the gap between the diameter of the balls 1 and the internal diameter of the toroidal body 2.

9м 19m 1

Составитель А.Тарарков Редактор Т.ЮрчиковаТехред М.МоргенталCompiled by A. Tararkov Editor T. YurchikovaTehred M.Morgental

Таким образом, предлагаемый датчик позвол ет производить измерени  магнитного азимута в услови х вибрации с высокой точностью за счет резкого уменьшени  ошибки, обусловленной вертикальной составл ющей геомагнитного пол .Thus, the proposed sensor makes it possible to measure magnetic azimuth under vibration conditions with high accuracy due to a sharp decrease in the error due to the vertical component of the geomagnetic field.

Claims (1)

Формула изобретени  Датчик магнитного азимута, содержащий магнитный сердечник, равномерно распределенную кольцевую обмотку возбуждени , две измерительные обмотки с противоположным относительно друг друга направлением витков, отличающийс The invention of the magnetic azimuth sensor, comprising a magnetic core, a uniformly distributed annular field winding, two measuring windings with a direction of windings opposite to each other, different тем, что, с целью повышени  точности за счет уменьшени  вли ни  ошибки, обусловленной вибрацией, он снабжен герметичным тороидальным корпусом, заполненным немагнитной жидкостью, сердечник размещен внутри корпуса и выполнен в виде двух шаров, причем плотность одного из них меньше, а другого больше плотности немагнитной жидкости.By the fact that, in order to increase accuracy by reducing the influence of errors due to vibration, it is equipped with a sealed toroidal body filled with non-magnetic fluid, the core is placed inside the body and is made in the form of two balls, and the density of one of them is lower non-magnetic fluid. Фиг. г Корректор Н.КорольFIG. Mr. Proofreader N. King