[發明專利]井下鉆機姿態測量儀及其測量方法

有效

• 申請號: 201310562331.X
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103591927A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 王小龍;張仲禮;張福平;高爽;程建遠;林鐵;江浩;王繼礦
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司;北京航空航天大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種井下鉆機姿態測量儀，其特征在于，包括：電源電路模塊、慣性測量系統和控制顯示部分；電源電路模塊將鎳氫電池組輸出的直流電壓經過隔離升壓或降壓，再經穩壓和限流后供給慣性測量系統和控制顯示部分；慣性測量系統包括慣性測量單元和導航計算機；慣性測量單元包括三軸光纖陀螺儀和三軸加速度計，導航計算機包括信號調理電路、A/D采樣模塊、DSP處理器和FPGA采集電路；控制顯示部分包括STM32控制器、顯示器、鍵盤鼠標、USB通訊電路和Nand-flash存儲器；

三軸光纖陀螺儀敏感井下鉆機姿態測量儀的三個轉動運動的角速度，并通過RS422通信線輸入FPGA采集電路；三軸加速度計敏感井下鉆機姿態測量儀的三個平移運動的加速度，將輸出的電流信號輸入信號調理電路；信號調理電路將電流信號通過跨阻運放和低通濾波轉換為電壓信號，并輸入給A/D采樣模塊；A/D采樣模塊將輸入的電壓信號轉化為數字脈沖信號，并輸入給FPGA采集電路；FPGA采集電路將輸入的轉動運動的角速度和平移運動的加速度打包后傳給DSP處理器；DSP處理器進行捷聯姿態解算得到鉆機的方位角和俯仰角，并傳送給FPGA采集電路；FPGA采集電路通過RS232串口輸出給STM32控制器；

STM32控制器將得到的方位角和俯仰角通過顯示器顯示給用戶，同時將方位角與俯仰角信息存入Nand-flash存儲器，Nand-flash存儲器中的數據可通過USB總線傳送到PC機中，在PC機中完成數據讀取與操作。

2.基于權利要求1所述的井下鉆機姿態測量儀的井下鉆機姿態測量方法，其特征在于，具體實現過程為：開機上電后，STM32控制器發送測量點位置信息給導航計算機，發送成功后，STM32控制器發送尋北命令給導航計算機；導航計算機接收到尋北命令后，觸發三軸光纖陀螺儀和三軸加速度計開始工作，并將測量得井下鉆機姿態測量儀的三個轉動運動的角速度和三個平移運動的加速度輸入給DSP處理器進行捷聯姿態解算，將解算得到鉆機的方位角和俯仰角輸出給STM32控制器；然后，導航計算機實時測量鉆機的當前姿態并輸出給STM32控制器，直至測量結束。