井中磁通門三分量儀的研制及校準(zhǔn)算法研究.pdf

1、在地質(zhì)勘探測井工作中,勘探工具能實時有效的向地面系統(tǒng)反饋當(dāng)前井斜、方位等姿態(tài)信息,對地質(zhì)勘探和礦物探測起到至關(guān)重要的作用。磁法勘探就是一種實現(xiàn)測井和物探的有效方法。井中磁通門三分量儀可認(rèn)為是基于磁測的地面慣性導(dǎo)航系統(tǒng)往地下的擴展和延伸,它作為磁法勘探的有力工具,不僅可以作為測井作業(yè)中的傾斜角、方位角等姿態(tài)的測量,而且可以檢測井中磁異常,因此廣泛應(yīng)用在磁場探源、環(huán)境磁場檢測、井中勘探、定向測量等領(lǐng)域。
　　本文利用一個三軸加速度傳感

2、器(ADIS16210)和一個三分量磁通門傳感器組成慣性系統(tǒng),根據(jù)重力場和磁場相對穩(wěn)定性的特點,結(jié)合空間坐標(biāo)矩陣變換和代數(shù)方程推導(dǎo)出了傾斜角和方位角的計算公式,給出了整個系統(tǒng)的實現(xiàn)方案,包括系統(tǒng)框圖、硬件設(shè)計和軟件開發(fā),最終成功研制了三分量磁測儀器。針對傳感器誤差和系統(tǒng)安裝誤差,詳細分析了其誤差來源,分析了已有對誤差進行校準(zhǔn)的方法,提出了通過建立綜合誤差數(shù)學(xué)模型,利用最小二乘法求取校準(zhǔn)參數(shù),進而達到優(yōu)化校準(zhǔn)、提高測量精度的目的。文中給出

3、了最小二乘法校準(zhǔn)后的結(jié)果,并通過和常用校準(zhǔn)方法的比較,驗證了該方法的可行性和有效性。另外,針對三分量儀的磁異常檢測,初步探討了檢測磁異常的方法以及包括磁異常水平分量在內(nèi)的數(shù)學(xué)計算公式,并通過實驗進行了驗證。同時為了方便對儀器數(shù)據(jù)的處理和參數(shù)計算,還設(shè)計了多個Matlab GUI人機交互界面進行輔助分析。
　　設(shè)計采用Freescale MC9S12XEP100單片機芯片作為核心微處理器,分別通過SPI和SCI串行通信接口讀取三軸加

4、速度計和三分量磁通門的數(shù)據(jù),然后進行數(shù)據(jù)處理,用C語言編程實現(xiàn)系統(tǒng)功能,并解算輸出測量儀器當(dāng)前的傾斜角、井斜方位角、磁水平分量總和等關(guān)鍵信息。經(jīng)過硬件測試、軟件調(diào)試、系統(tǒng)安裝,研制了磁通門三分量儀。運用最小二乘法求得的校準(zhǔn)參數(shù)對設(shè)備進行誤差校準(zhǔn),并在標(biāo)準(zhǔn)實驗平臺下驗證,結(jié)果表明:該系統(tǒng)方案和校準(zhǔn)算法能獲得穩(wěn)定的、高精度的方位角和傾斜角,其中方位角精度為±2°,傾斜角精度為±0.2°;此外,系統(tǒng)還能測算當(dāng)前位置的磁三分量結(jié)果,用于判定是否