[发明专利]井下钻机姿态测量仪及其测量方法

摘要

本发明是一种井下钻机姿态测量仪及其测量方法。测量仪固定于钻机推进器的轨道上，包括电源电路模块、惯性测量系统和控制显示部分，惯性测量系统包括三轴光纤陀螺仪、三轴加速度计、DSP处理器和FPGA采集电路等，控制显示部分包括STM32控制器和显示器等。测量方法中，STM32控制器发送测量点位置信息和寻北命令给FPGA采集电路，三轴光纤陀螺仪和三轴加速度计开始工作，将敏感的转动运动的角速度和平移运动的加速度在DSP处理器进行姿态解算，得到钻机的姿态；然后，惯性测量系统一直实时测量钻机的当前姿态直至测量结束。本发明无需借助外界信息仅依靠装置自身就可以自动、快速、精确地测量与显示井下钻机姿态信息。

主权项

一种井下钻机姿态测量仪，其特征在于，包括：电源电路模块、惯性测量系统和控制显示部分；电源电路模块将镍氢电池组输出的直流电压经过隔离升压或降压，再经稳压和限流后供给惯性测量系统和控制显示部分；惯性测量系统包括惯性测量单元和导航计算机；惯性测量单元包括三轴光纤陀螺仪和三轴加速度计，导航计算机包括信号调理电路、A/D采样模块、DSP处理器和FPGA采集电路；控制显示部分包括STM32控制器、显示器、键盘鼠标、USB通讯电路和Nand‑flash存储器；三轴光纤陀螺仪敏感井下钻机姿态测量仪的三个转动运动的角速度，并通过RS422通信线输入FPGA采集电路；三轴加速度计敏感井下钻机姿态测量仪的三个平移运动的加速度，将输出的电流信号输入信号调理电路；信号调理电路将电流信号通过跨阻运放和低通滤波转换为电压信号，并输入给A/D采样模块；A/D采样模块将输入的电压信号转化为数字脉冲信号，并输入给FPGA采集电路；FPGA采集电路将输入的转动运动的角速度和平移运动的加速度打包后传给DSP处理器；DSP处理器进行捷联姿态解算得到钻机的方位角和俯仰角，并传送给FPGA采集电路；FPGA采集电路通过RS232串口输出给STM32控制器；STM32控制器将得到的方位角和俯仰角通过显示器显示给用户，同时将方位角与俯仰角信息存入Nand‑flash存储器，Nand‑flash存储器中的数据可通过USB总线传送到PC机中，在PC机中完成数据读取与操作。