井中磁通门三分量仪的研制及校准算法研究
发布时间：2022-07-07 10:42
在地质勘探测井工作中，勘探工具能实时有效的向地面系统反馈当前井斜、方位等姿态信息，对地质勘探和矿物探测起到至关重要的作用。磁法勘探就是一种实现测井和物探的有效方法。井中磁通门三分量仪可认为是基于磁测的地面惯性导航系统往地下的扩展和延伸，它作为磁法勘探的有力工具，不仅可以作为测井作业中的倾斜角、方位角等姿态的测量，而且可以检测井中磁异常，因此广泛应用在磁场探源、环境磁场检测、井中勘探、定向测量等领域。本文利用一个三轴加速度传感器（ADIS16210）和一个三分量磁通门传感器组成惯性系统，根据重力场和磁场相对稳定性的特点，结合空间坐标矩阵变换和代数方程推导出了倾斜角和方位角的计算公式，给出了整个系统的实现方案，包括系统框图、硬件设计和软件开发，最终成功研制了三分量磁测仪器。针对传感器误差和系统安装误差，详细分析了其误差来源，分析了已有对误差进行校准的方法，提出了通过建立综合误差数学模型，利用最小二乘法求取校准参数，进而达到优化校准、提高测量精度的目的。文中给出了最小二乘法校准后的结果，并通过和常用校准方法的比较，验证了该方法的可行性和有效性。另外，针对三分量仪的磁异常检测，初步探讨了检测磁...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外发展现状
1.3 研究目的和意义
1.4 本文的主要研究内容
2 三分量磁测斜仪的测量原理
2.1 基本原理
2.2 姿态角的解算
2.2.1 姿态角定义
2.2.2 姿态角推算
2.3 三分量仪井中矿物初探
2.3.1 井中磁测介绍
2.3.2 磁异常垂直分量
2.3.3 磁异常水平分量
2.4 本章小结
3 磁通门三分量仪硬件设计与实现
3.1 系统总体构建方案
3.2 传感器及微控制器选型
3.2.1 三轴加速度传感器
3.2.2 三分量磁通门
3.2.3 MC9S12XEP100 单片机
3.3 硬件系统研制
3.3.1 单片机主控系统
3.3.2 加速度传感器模块
3.3.3 三分量磁通门模块
3.3.4 仪器装配
3.4 本章小结
4 系统软件开发
4.1 编程及下载环境介绍
4.2 主控程序设计
4.3 上位机软件设计
4.4 本章小结
5 传感器校准算法研究
5.1 传感器误差分析
5.2 常用校准方法介绍
5.3 椭球法铁效应修正
5.4 最小二乘法建模校准
5.4.1 最小二乘估计
5.4.2 加速度计校准
5.4.3 磁通门校准
5.5 本章小结
6 实验测试与分析
6.1 实验条件和目的
6.2 传感器校准结果
6.3 两种校准方法的结果比较
6.4 矿物探测效果分析
6.5 结果分析
6.6 本章小结
7 总结与展望
7.1 本文总结
7.2 后续工作及展望
致谢
参考文献
附录
A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]全姿态光纤陀螺井眼轨迹连续测量仪研究[J]. 任春华,李兵,赵幸子,廖冠,李静伟. 仪器仪表学报. 2012(12)
[2]基于总体最小二乘的捷联三轴磁力仪标定与地磁场测量误差补偿[J]. 吴志添,武元新,胡小平,吴美平. 兵工学报. 2012(10)
[3]捷联式旋转导向井斜方位动态解算方法[J]. 薛启龙,王瑞和,孙峰,韩来聚,倪红坚. 中国石油大学学报(自然科学版). 2012(03)
[4]Magnetometer Compensation Scheme and Experimental Results on ZDPS-1A Pico-satellite[J]. HAN Ke, WANG Hao*, XIANG Tian, JIN Zhonghe Department of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China. Chinese Journal of Aeronautics. 2012(03)
[5]磁通门磁力仪野外台阵观测技术系统研制[J]. 王晓美,滕云田,王晨,范晓勇,马洁美. 地震学报. 2012(03)
[6]基于线性化参数模型的三轴磁场传感器校准方法[J]. 张琦,潘孟春,陈棣湘,庞鸿峰. 传感技术学报. 2012(02)
[7]磁力仪发展及相关标准应用现状[J]. 侯志成. 标准科学. 2011(11)
[8]三分量磁通门传感器非正交性误差校正[J]. 焦秉刚,顾伟,张松勇. 现代电子技术. 2011(13)
[9]基于Matlab GUI的串口通信编程实现[J]. 王战军,沈明. 现代电子技术. 2010(09)
[10]磁罗盘误差分析与校准[J]. 晁敏,蒋东方,文彩虹. 传感技术学报. 2010(04)
硕士论文
[1]磁通门式电子罗盘的设计与研究[D]. 温祖旭.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3656278
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外发展现状
1.3 研究目的和意义
1.4 本文的主要研究内容
2 三分量磁测斜仪的测量原理
2.1 基本原理
2.2 姿态角的解算
2.2.1 姿态角定义
2.2.2 姿态角推算
2.3 三分量仪井中矿物初探
2.3.1 井中磁测介绍
2.3.2 磁异常垂直分量
2.3.3 磁异常水平分量
2.4 本章小结
3 磁通门三分量仪硬件设计与实现
3.1 系统总体构建方案
3.2 传感器及微控制器选型
3.2.1 三轴加速度传感器
3.2.2 三分量磁通门
3.2.3 MC9S12XEP100 单片机
3.3 硬件系统研制
3.3.1 单片机主控系统
3.3.2 加速度传感器模块
3.3.3 三分量磁通门模块
3.3.4 仪器装配
3.4 本章小结
4 系统软件开发
4.1 编程及下载环境介绍
4.2 主控程序设计
4.3 上位机软件设计
4.4 本章小结
5 传感器校准算法研究
5.1 传感器误差分析
5.2 常用校准方法介绍
5.3 椭球法铁效应修正
5.4 最小二乘法建模校准
5.4.1 最小二乘估计
5.4.2 加速度计校准
5.4.3 磁通门校准
5.5 本章小结
6 实验测试与分析
6.1 实验条件和目的
6.2 传感器校准结果
6.3 两种校准方法的结果比较
6.4 矿物探测效果分析
6.5 结果分析
6.6 本章小结
7 总结与展望
7.1 本文总结
7.2 后续工作及展望
致谢
参考文献
附录
A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]全姿态光纤陀螺井眼轨迹连续测量仪研究[J]. 任春华,李兵,赵幸子,廖冠,李静伟. 仪器仪表学报. 2012(12)
[2]基于总体最小二乘的捷联三轴磁力仪标定与地磁场测量误差补偿[J]. 吴志添,武元新,胡小平,吴美平. 兵工学报. 2012(10)
[3]捷联式旋转导向井斜方位动态解算方法[J]. 薛启龙,王瑞和,孙峰,韩来聚,倪红坚. 中国石油大学学报(自然科学版). 2012(03)
[4]Magnetometer Compensation Scheme and Experimental Results on ZDPS-1A Pico-satellite[J]. HAN Ke, WANG Hao*, XIANG Tian, JIN Zhonghe Department of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China. Chinese Journal of Aeronautics. 2012(03)
[5]磁通门磁力仪野外台阵观测技术系统研制[J]. 王晓美,滕云田,王晨,范晓勇,马洁美. 地震学报. 2012(03)
[6]基于线性化参数模型的三轴磁场传感器校准方法[J]. 张琦,潘孟春,陈棣湘,庞鸿峰. 传感技术学报. 2012(02)
[7]磁力仪发展及相关标准应用现状[J]. 侯志成. 标准科学. 2011(11)
[8]三分量磁通门传感器非正交性误差校正[J]. 焦秉刚,顾伟,张松勇. 现代电子技术. 2011(13)
[9]基于Matlab GUI的串口通信编程实现[J]. 王战军,沈明. 现代电子技术. 2010(09)
[10]磁罗盘误差分析与校准[J]. 晁敏,蒋东方,文彩虹. 传感技术学报. 2010(04)
硕士论文
[1]磁通门式电子罗盘的设计与研究[D]. 温祖旭.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3656278
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/dqwllw/3656278.html
