Pesquisa sobre a fusão segmentada de um giroscópio MEMS para sistema de localização do norte em furos de sondagem

Pontos-chave

O novo giroscópio MEMS é um tipo de giroscópio inercial com estrutura simples, que apresenta as vantagens de baixo custo, tamanho reduzido e resistência a vibrações de choque elevadas. O giroscópio inercial para busca do norte pode realizar a busca independente do norte em qualquer condição climática, sem restrições externas, e pode alcançar operação rápida, eficiente, precisa e contínua. Devido às vantagens do giroscópio MEMS, este é muito adequado para sistemas de busca do norte em poços. Este artigo descreve a pesquisa de fusão segmentada de um sistema de busca do norte em poços com giroscópio MEMS. A seguir, serão apresentados o método aprimorado de busca do norte em duas posições, o esquema de busca do norte por fusão de giroscópio MEMS em poços e a determinação do valor da posição do norte.

melhorado o posicionamento em duas posições ao norte

O esquema estático de busca do norte em duas posições geralmente seleciona 0° e 180° como as posições inicial e final da busca. Após repetidos experimentos, a velocidade angular de saída do giroscópio é coletada e o ângulo final de busca do norte é obtido pela combinação com a latitude local. O experimento adotou o método de duas posições a cada 10°, coletando 360° da plataforma giratória, totalizando 36 conjuntos de dados. Após calcular a média de cada conjunto de dados, os valores da solução obtidos são mostrados na Figura 1 abaixo.

Figura 1. Curva de ajuste da saída do giroscópio de 0 a 360°.

Como pode ser observado na Figura 1, a curva de ajuste resultante é uma curva cosseno, porém os dados experimentais e os ângulos ainda são pequenos, resultando em baixa precisão. Experimentos repetidos foram conduzidos, ampliando o ângulo de aquisição para 0 a 660° e utilizando o método de duas posições a cada 10° a partir de 0°. Os resultados obtidos são apresentados na Figura 2. A tendência da imagem segue uma curva cosseno, com diferenças evidentes na distribuição dos dados. Nos pontos mais altos e mais baixos da curva cosseno, a distribuição dos pontos de dados é dispersa e o grau de ajuste à curva é baixo, enquanto que no ponto de maior inclinação da curva, o ajuste dos pontos de dados à curva é mais evidente.

Figura 2. Curva de ajuste da saída do giroscópio em duas posições: 0~660°.

Combinando a relação entre o azimute e a amplitude da saída do giroscópio na Figura 3, pode-se concluir que o ajuste dos dados é melhor quando a busca do norte em duas posições é adotada em 90° e 270°, indicando que é mais fácil e preciso detectar o ângulo norte na direção leste-oeste. Portanto, 90° e 270°, em vez de 0° e 180°, são usados ​​neste artigo como as posições de aquisição da saída do giroscópio para a busca do norte em duas posições.

Figura 3. Relação entre azimute e amplitude de saída do giroscópio.

giroscópio MEMS fusão de furo de sondagem localização do norte

Quando um giroscópio MEMS é usado em um sistema de localização do norte em furos de sondagem, ele se depara com um ambiente complexo, e haverá variação no ângulo de atitude durante a perfuração, tornando a solução do ângulo do norte muito mais complexa. Nesta seção, com base no aprimoramento do esquema de localização do norte em duas posições apresentado na seção anterior, propõe-se um método para obter o ângulo de atitude controlando a rotação de acordo com as informações dos dados de saída, obtendo-se assim o ângulo entre o norte e o centro. O fluxograma específico é mostrado na Figura 4.

O giroscópio MEMS transmite os dados para o computador principal através da interface RS232. Como mostrado na Figura 4, após a obtenção do ângulo norte inicial através da busca pelo norte em duas posições, a próxima etapa de perfuração é realizada durante o processo. Após receber a instrução de busca pelo norte, a perfuração é interrompida. O ângulo de atitude emitido pelo giroscópio MEMS é coletado e transmitido para o computador principal. A rotação do sistema de busca pelo norte magnético do furo é controlada pelas informações do ângulo de atitude, e os ângulos de rolamento e inclinação são ajustados para 0. O ângulo de direção neste momento é o ângulo entre o eixo sensível e a direção do norte magnético.

Neste esquema, o ângulo entre o giroscópio MEMS e a direção do norte verdadeiro pode ser obtido em tempo real através da coleta de informações sobre o ângulo de atitude.

Figura 4 Fluxograma de localização do norte de fusão

O valor de busca pelo norte é determinado

No esquema de busca do norte por fusão, a busca do norte aprimorada em duas posições foi realizada no giroscópio MEMS. Após a conclusão da busca do norte, a posição inicial do norte foi obtida, o ângulo de direção θ foi registrado e o estado de atitude inicial foi (0,0,θ), conforme mostrado na Figura 5(a). Quando a broca está perfurando, o ângulo de atitude do giroscópio muda e os ângulos de rolamento e inclinação são regulados pela mesa rotativa, conforme mostrado na Figura 5(b).

Como mostrado na Figura 5(b), durante a perfuração, o sistema recebe a informação do ângulo de atitude do instrumento de atitude e precisa determinar os valores do ângulo de rolamento γ' e do ângulo de inclinação β', e rotacioná-los através do sistema de controle de rotação até que girem para 0. Nesse momento, o dado de ângulo de direção de saída é o ângulo entre o eixo sensível e a direção do norte magnético. O ângulo entre o eixo sensível e a direção do norte verdadeiro deve ser obtido de acordo com a relação entre o norte magnético e a direção do norte verdadeiro, e o ângulo do norte verdadeiro deve ser obtido combinando-se o ângulo de declinação magnética local. A solução é a seguinte:

θ'=Φ-∆φ

Na fórmula acima, θ é o ângulo entre a broca e o norte verdadeiro, ∆φ é o ângulo de declinação magnética local e Φ é o ângulo entre a broca e o norte magnético.

Figura 5. Mudança do ângulo de atitude inicial e de perfuração.

O valor de busca pelo norte é determinado

Neste capítulo, estuda-se o esquema de localização do norte de um sistema de localização subterrânea baseado em giroscópio MEMS. Com base no esquema de localização do norte em duas posições, propõe-se um esquema aprimorado com duas posições iniciais de 90° e 270°. Com o progresso contínuo dos giroscópios MEMS, os giroscópios MEMS com busca do norte podem realizar a localização independente do norte, como o MG2-101, que possui uma faixa de medição dinâmica de 100°/s, opera em temperaturas de -40°C a +85°C, apresenta uma instabilidade de polarização de 0,1°/h e um desvio aleatório da velocidade angular de 0,005°/√h.

Espero que você consiga entender o esquema de localização do norte do giroscópio MEMS por meio deste artigo e aguardo com expectativa a oportunidade de discutir questões profissionais com você.