[发明专利]一种钻孔校检仪及其工作方法

权利要求书

1.一种钻孔校检仪，其设置在钻铤内，其特征在于，包括若干个传感器、信号处理单元、电源、存储器及无线收发单元，所述各传感器分别与信号处理单元相连并将采集的数据传送给信号处理单元，电源、存储器及无线收发单元同样连接信号处理单元用于提供电力、存储数据及将数据发送，其中无线收发单元的天线置于钻铤外壁上。

2.根据权利要求1所述的钻孔校检仪，其特征在于，所述传感器包括加速度传感器、陀螺仪传感器和温度传感器。

3.根据权利要求1或2所述的钻孔校检仪，其特征在于，所述信号处理单元经天线将数据传递给终端分析仪。

4.一种权利要求1所述钻孔校检仪的工作方法，其特征在于，在钻具工作过程中，加速度传感器和陀螺仪传感器不断采集实时数据传送给信号处理单元，由信号处理单元计算出钻孔的方位角、倾斜角以及其位移量；再通过温度传感器传送来的温度数据对上述测量值进行滤波、修正处理后得出当前实际的方位角、倾斜角和位移量数据；信号处理单元把该实际组数据存储在存储器中，待钻具工作结束后并从钻孔中拔出，信号处理单元把存储器中的数据通过无线收发单元传送给终端分析仪，由终端分析仪对数据进行二次分析并绘制钻孔轨迹，供相关人员参考。

5.根据权利要求4所述的钻孔校检仪的工作方法，其特征在于，所述信号处理单元对测量值进行滤波、修正处理的过程为：

加速度传感器和陀螺仪传感器输出数据分别通过小波滤波后消噪，然后通过卡尔曼滤波进行数据融合以提高系统精度，其中卡尔曼滤波采用强跟踪卡尔曼滤波加强系统跟踪实时性，输出姿态数据：航向角，横滚角和俯仰角；其计算公式如下：

其中r为强跟踪滤波器输出残差；Z为测量向量；w₀为残差二阶矩；ρ为遗忘因子；N_k、M_k为中间变量；λ时变渐消矩阵；trace(·)为矩阵的迹；H为测量矩阵；A为状态转移矩阵；P^-为预测误差协方差阵;P为更新后的误差协方差；Q为系统噪声方差阵；R为测量噪声方差阵；K为增益矩阵；为更新后的状态向量；为状态向量一步预测；

下标k表示k时刻的值；下标k-1表示k-1时刻的值；下标k+1表示k+1时刻的值

经过小波滤波的加速度数据根据姿态数据去除重力加速，保留外力引起的加速度，由于系统干扰造成加速度数据中仍然包含趋势项，把趋势项滤除后通过积分计算出当前速度；计算速度公式为：

 v(t)=v(t-1)+at，

其中t为计算周期△t，a为去除趋势项后的加速度值；

把速度数据转换到频域进行滤波后积分得出位移，同时根据陀螺仪输出数据对位移进行修正，得到真实的位移。