旋轉導向工具雙軸綜合標定系統研究與設計

系統需采集兩個(gè)轉角、3個(gè)分力、3個(gè)液壓缸壓力、兩個(gè)姿態(tài)角的測量輸出值，處理計算合力矢量的大小和角度，并實(shí)時(shí)顯示和儲存，其中：

1) 兩個(gè)轉角 轉臺2軸的轉角，為圓形感應同步器，其輸出信號由RS232串口傳輸至工控機。

2) 3個(gè)分力和3個(gè)缸壓 推力傳感器和缸壓傳感器輸出模擬測量信號進(jìn)行濾波放大處理，調理模擬信號再輸入NI-9205模塊進(jìn)行A/D轉換，轉換后的數字信號輸入cRIO嵌入式處理系統。

3) 兩個(gè)姿態(tài)角 慣性測量模塊的輸出經(jīng)RS232串口也進(jìn)入cRIO嵌入式處理系統。

嵌入式處理系統與工控機間采用802.11g無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議傳輸采集數據。工控機完成處理計算，實(shí)時(shí)顯示全部信息并進(jìn)行儲存。

圖5 基于cRIO的嵌入式處理系統

傳感器濾波放大模塊對輸入信號差動(dòng)放大，轉換為單邊信號，再濾波去除高頻噪聲。其放大倍數設計后為417.7倍。圖6為其電路原理圖和完成圖。

圖6 測力傳感器輸出濾波放大模塊

系統軟件要求能夠精確測量、檢驗和校正整個(gè)導向力控制機構和控制算法，圖7為軟件顯示與操作界面。實(shí)現的具體功能包括：

1) 導向力控制算法驗證；

2) 近鉆頭慣性測量模塊顯示、校正、標定；

3) 轉臺參數測量、顯示、對比；

4) 標定參數、實(shí)時(shí)控制參數、工程測量參數記錄；

5) 導向工具姿態(tài)數據以3D鉆頭姿態(tài)顯示。

圖7 測試系統軟件界面

系統應用與結論
應用雙軸綜合標定測試系統，在COTAS系統驗證過(guò)程中進(jìn)行了大量測試試驗，試驗獲得：

1) COTAS工具液壓缸壓強/液壓力間擬合關(guān)系式；

2) 慣性測量模塊安裝誤差角標定修正參數矩陣；

3) 導向力矢量幅值、相位控制精度測試結論；

4) 高邊角自動(dòng)補償功能驗證與效果測試結論。

綜上試驗中使用效果表明，該系統集兩軸精密轉臺和測力儀于一體，能夠精確地夾持旋轉導向工具模擬井斜和高邊角變化，并實(shí)時(shí)測量導向力矢量?？梢詫?shí)現對導向力控制機構和閉環(huán)反饋算法的測試和檢驗，也可用于對近鉆頭慣性測量模塊的標定。

系統為COTAS系統的研制工作提供了不可或缺的技術(shù)基礎和測試手段。此外，在未來(lái)的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，仍將繼續提供必須的標定和檢驗功能服務(wù)。