VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Инклинометр — прибор, с помощью которого измеряются зенитный угол и азимут в отдельных точках ствола скважины. Инклинометр состоит из скважинного прибора и наземного устройства обработки и отображения данных.

Для определения зенитного угла используются гравитационные датчики (поплавковые конструкции, физические маятники, акселерометры). Для измерения угла азимута используются датчики магнитного поля: магнитомеханические, индукционные, гальваномагнитные (рис.1).

Рис. 1. Блок чувствительных элементов скважинного инклинометра

Типы магнитометров

Магнитостатические магнитометры

Принцип действия магнитостатических магнитометров основан на измерении механического момента J, действующего на индикаторный магнит прибора в измеряемом поле. Момент J в магнитометрах различной конструкции сравнивается:

1) с моментом кручения кварцевой нити (действующие по этому принципу кварцевые магнитометры и универсальные магнитные вариометры на кварцевой растяжке обладают чувствительностью G ~ 1 нТл);

2) с моментом силы тяжести (магнитные весы с G ~ 10 − 15 нТл);

3) с моментом, действующим на вспомогательный эталонный магнит, установленный в определённом положении (оси индикаторного и вспомогательного магнитов в положении равновесия перпендикулярны). В последнем случае, определяя дополнительно период колебания вспомогательного магнита в поле H_i, можно измерить абсолютную величину H_i (абсолютный метод Гаусса).

Основное назначение магнитостатических магнитометров — измерение компонент и абсолютной величины напряжённости геомагнитного поля, градиента поля, а также магнитных свойств веществ.

Индукционные магнитометры

Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции - возникновении ЭДС в измерительной катушке при изменении проходящего сквозь её контур магнитного потока Θ. Изменение потока в катушке может быть связано:

1) с изменением величины или направления измеряемого поля во времени (примеры - индукционные вариометры, флюксметры). Простейший флюксметр (веберметр) представляет собой баллистический гальванометр, действующий в сильно переуспокоенном режиме (G~10⁻⁴ Вб/деление); широко применяются магнитоэлектрические веберметры с G ~10^{− 6} Вб/деление, фотоэлектрические веберметры с G ~ 10 ^{− 8} Вб/деление и другие.

2) с периодическим изменением положения (вращением, колебанием) измерительной катушки в измеряемом поле; простейшие тесламетры с катушкой на валу синхронного двигателя обладают G ~ 10 ^{− 8} Тл. У наиболее чувствительных вибрационных магнитометров G ~ 0,1*10^-1 нТл.

3) с изменением магнитного сопротивления измерительной катушки, что достигается периодическим изменением магнитной проницаемости пермаллоевого сердечника (он периодически намагничивается до насыщения вспомогательным переменным полем возбуждения); действующие по этому принципу феррозондовые магнитометры имеют G ~ 0,2*10 ^-1 нТл.

Индукционные магнитометры применяются для измерения земного и космических магнитных полей, технических полей, в магнитобиологии и т.д.

Квантовые магнитометры

Приборы, основанные на свободной прецессии магнитных моментов ядер или электронов во внешнем магнитном поле и других квантовых эффектах (ядерном магнитном резонансе, электронном парамагнитном резонансе). В зависимости от способа создания макроскопического магнитного момента и метода детектирования сигнала различают: протонные магнитометры (свободной прецессии, с динамической поляризацией и с синхронной поляризацией), резонансные магнетометры (электронные и ядерные), магнитометры с оптической накачкой и др. Квантовые магнитометры применяются для измерения напряжённости слабых магнитных полей (в том числе геомагнитного и магнитного поля в космическом пространстве), в геологоразведке, в магнетохимии (G - до 10 ^{– 5} -10 ^{− 7} нТл). Значительно меньшую чувствительность (G ~ 10 ^{- 5} Тл) имеют квантовые магнитометры для измерения сильных магнитных полей. Существуют магнитометры следующих типов: протонный магнитометр, гелиевый магнитометр, атомный магнитометр на щелочных металлах с оптической накачкой, атомный магнитометр, свободный от спин-обменного уширения (SERF-магнитометр)

Гальваномагнитные магнитометры

Принцип действия гальваномагнитных магнитометров основан на воздействии магнитного поля на движущийся электрический заряд. На эффекте Холла основано действие различного рода тесламетров для измерения постоянных, переменных и импульсных магнитных полей (чувствительностью 10^-4-10^-5Тл); градиентометров и приборов для исследования магнитных свойств материалов. Чувствительность тесламетров, работающих на основе эффекта Гаусса, достигает 10 мкВ/Тл; чувствительность электронно-вакуумных М. ~ 30 нТл.

Таблица 1. Основные характеристики магнитометров

Тип	Наименование	Диапазон измерения	Чувствительность	Температурный диапазон, °С	Габариты, мм	Цена, руб.
Магнито резистивный	HMC1021S	±6*10-4 Тл	0,1 мкТл	–55… +150°С	н/д	889
Магнито резистивный	HMC1053	±66*10-4 Тл	0,1 мкТл	–55… +150°С	н/д	н/д
Магнито резистивный	HMC1001	±2*10-4 Тл	0,32 мкТл	–55… +150°С	н/д	н/д
Феррозондовый	НВ0391.5-35	±100 мкТл	0,5 нТл	-10…+70°С	11,8 х35	н/д
Феррозондовый	НВ0391.5-20	±1000 нТл	2 нТл	-10…+70°С	11,8х35	н/д
Датчик Холла	SS49E	±0,1 Тл	н/д	-40…+85°С	4x3	90
Датчик Холла	SS413A	±67мТл	0,31 мкТл	-40…+150°С	н/д	240
Датчик Холла	SS496A	±84мТл	0,25 мкТл	40…+125°С	н/д	370

Заключение: Выбор типа преобразователей магнитного поля осуществляется с учетом требуемых параметров разрабатываемой аппаратуры, условий её эксплуатации и целого ряда экономических факторов. Основные эксплуатационные требования, связанные с процессом бурения – это широкий диапазон рабочих температур и вибрационная стойкость. Из таблицы 1 видно, магниторезистивные датчики обладают самым широким диапазоном температур и достаточной чувствительностью. Феррозондовые датчики обладают высокой чувствительностью, но низким температурным диапазоном, что неприемлемо в условиях бурения.

Список литературы:

Общие сведения о магнитометрах. http://deepgeotech.com/magnitometry.php

Как выбрать магнитометр. С.Г. Седов, геофизик, канд. геол.- минер. наук http://www.magnitometr.com/magnitometr_type/

Geodan. Лаборатория технологий. Инклинометр. http://www.geodan.ru/inclinometr.shtml

Инклинометрия. Оборудование для инклинометрии,инклинометр.

http://www.velco.ru/page_obink.htm

Микроника. Магниторезистивные датчики. http://micronika.ru/docs/sensor/m_p_1.shtml#3

Чип и дип. Магазин электронных компонентов. http://www.chipdip.ru/catalog-show/magnetic-field-sensor/

Робокрафт. Датчики Холла. http://robocraft.ru/blog/electronics/594.html

Код для цитирования: Скопировать