井中磁通門三分量?jī)x的研制及校準(zhǔn)算法研究.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、在地質(zhì)勘探測(cè)井工作中,勘探工具能實(shí)時(shí)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(duì)地質(zhì)勘探和礦物探測(cè)起到至關(guān)重要的作用。磁法勘探就是一種實(shí)現(xiàn)測(cè)井和物探的有效方法。井中磁通門三分量?jī)x可認(rèn)為是基于磁測(cè)的地面慣性導(dǎo)航系統(tǒng)往地下的擴(kuò)展和延伸,它作為磁法勘探的有力工具,不僅可以作為測(cè)井作業(yè)中的傾斜角、方位角等姿態(tài)的測(cè)量,而且可以檢測(cè)井中磁異常,因此廣泛應(yīng)用在磁場(chǎng)探源、環(huán)境磁場(chǎng)檢測(cè)、井中勘探、定向測(cè)量等領(lǐng)域。
  本文利用一個(gè)三軸加速度傳感

2、器(ADIS16210)和一個(gè)三分量磁通門傳感器組成慣性系統(tǒng),根據(jù)重力場(chǎng)和磁場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定性的特點(diǎn),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(jì)算公式,給出了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案,包括系統(tǒng)框圖、硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā),最終成功研制了三分量磁測(cè)儀器。針對(duì)傳感器誤差和系統(tǒng)安裝誤差,詳細(xì)分析了其誤差來源,分析了已有對(duì)誤差進(jìn)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(jìn)而達(dá)到優(yōu)化校準(zhǔn)、提高測(cè)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(yàn)證了該方法的可行性和有效性。另外,針對(duì)三分量?jī)x的磁異常檢測(cè),初步探討了檢測(cè)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(jì)算公式,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)為了方便對(duì)儀器數(shù)據(jù)的處理和參數(shù)計(jì)算,還設(shè)計(jì)了多個(gè)Matlab GUI人機(jī)交互界面進(jìn)行輔助分析。
  設(shè)計(jì)采用Freescale MC9S12XEP100單片機(jī)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(jì)和三分量磁通門的數(shù)據(jù),然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,用C語言編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,并解算輸出測(cè)量?jī)x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(cè)試、軟件調(diào)試、系統(tǒng)安裝,研制了磁通門三分量?jī)x。運(yùn)用最小二乘法求得的校準(zhǔn)參數(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行誤差校準(zhǔn),并在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下驗(yàn)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(cè)算當(dāng)前位置的磁三分量結(jié)果,用于判定是否

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