[发明专利]大口径井身结构三维刻画自动成像测量方法及装置

权利要求书

1.一种大口径井身结构三维刻画自动成像测量方法，其特征在于，所述大口径井身结构三维刻画自动成像测量方法包括：

触发装置上微动开关，打开装置；利用配重块，将装置沉至井底最深处，随后利用套筒打开臂筒上卡扣，使得测量臂伸长至井臂处；

利用平衡台上驱动电机将装置匀速曳引至井口处，在上升过程中，每间隔固定时间，测试装置进行一次数据采集；

在装置上升过程中，测量臂顶端滚轮与井壁接触，当井壁半径发生变化时，滚轮连带弹簧与二级套筒将沿径向伸缩；

伸缩至不同长度的弹簧通过弹簧底座将反作用力作用于底部的压力传感器，实现井孔半径-压力的转换；

得到各测量臂底部压电传感器所受力F_ij(xk)后，根据压电传感器Y1到Y8的压电特性曲线，得到每个测量臂上受力与支路电流关系；

将测试得到的电流通过中央处理模块的电流采集器进行电流采集；电流采集器与单片机相连，单片机每间隔固定时长对电流采集器输入信号进行一次；

数据处理与存储操作包括：通过单片机对电流采集装置进行信号采样，再逆向计算得到不同深度处的井孔半径数据，并存储于单片机外挂ROM芯片内；

最后得到的离散半径数据将用于井孔轮廓的插值计算与外形绘制。

2.如权利要求1所述大口径井身结构三维刻画自动成像测量方法，其特征在于，所述井孔半径-压力的转换关系为；

F_ij(x_k)＝k_i(r_i0-R_ij(x_k))；

式中F_ij(xk)为第j次测量，在深度xk处，第i个测量臂底部压电传感装置所受力的大小，k_i与r_i0分别为第i个测量臂上弹簧的刚度以及弹簧自由状态下的长度。

3.如权利要求1所述大口径井身结构三维刻画自动成像测量方法，其特征在于，所述逆向计算公式为：

所述得到每个测量臂上受力与支路电流关系中，φ_i为第i个传感回路对应的压敏电阻力对电阻的函数，u为蓄电池电压，则压力与电流的对应关系为：

4.如权利要求1所述大口径井身结构三维刻画自动成像测量方法，其特征在于，所述外形绘制包括：

第一步：由于测量数据为某一特定角度与深度两个方向上的半径长度，因此，为了简化计算，将参考坐标系转化为柱坐标系，插值计算的自变量转化为辐角θ与深度x，函数值为半径R；

第二步：为了实现插值计算的圆柱曲面的闭合，将原有不同辐角上的函数值进行增广，将辐角θ＝0°时的函数值进行复制，得到辐角θ＝360°时的函数值；

第三步：采用已有的二维插值算法对圆柱曲面进行插值拟合，其中包含：样条插值、最近邻插值、三次插值、线性插值以及Makima插值算法；

第四步：将插值计算得到的数据从柱坐标参考系转化为笛卡尔坐标系，最后得到的数据进行井孔轮廓的绘制工作。

5.一种大口径井身结构三维刻画自动成像测量装置，其特征在于，所述大口径井身结构三维刻画自动成像测量装置设置有：

千斤顶；

千斤顶的上端固定有支撑杆，支撑杆通过万向球轴承与井口测量平台连接；

井口测量平台上固定有驱动电机，驱动电机上固定有驱动滑轮；

驱动滑轮通过绳索与第一导向滑轮连接，第一导向滑轮通过第一绳索与测量仪器连接，测量仪器下端固定有配重块；

测量仪设置有测量筒，测量筒四周通过螺纹连接副固定有测量臂，测量臂设置有弹簧套筒，测量筒设置有微动开关和ROM单片机。

6.如权利要求5所述大口径井身结构三维刻画自动成像测量装置，其特征在于，所述井口测量平台左端设置有轴承，井口测量平台上设置有螺纹孔，螺纹孔旋接有固定螺栓。

7.如权利要求5所述大口径井身结构三维刻画自动成像测量装置，其特征在于，所述井口测量平台上设置有固定销孔，固定销孔内部固定有固定销。