三轴磁力计温度漂移标定方法、装置、设备及介质与流程

1.本发明涉及磁力计标定技术领域，具体涉及一种三轴磁力计温度漂移标定方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.工具面角常用于石油、页岩气等钻探设备中，工具面角能够确定当面专探设备处于某个工具面，以便于控制钻探设备更准确的朝着目标前进；采用磁力计x、y两个轴向的地磁分量来计算获得工具面角，可以提高工具面角的测量精度，且具有抗振动的优点。
3.地磁的测量主要采用磁通门磁力计或者原子磁力计，磁通门磁力计或者原子磁力计最终都需要封装成三轴磁力计的形式，以便测算工具面角。三轴磁力计在投入使用前或者使用一段时间后，都需要进行误差标定。然而在现有技术中的温漂标定方法中，由于温漂的标定涉及较多的参数，标定工作量较大，造成了标定成本高的同时磁力标定的精度也无法得到保证。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种三轴磁力计温度漂移标定方法、装置、设备及介质，本发明的标定方法适用于大多空旷无磁环境标定，保证了磁力计标定的精度，同时极大地降低了磁力计标定需要无磁实验室和无磁加热装置的成本。
5.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种三轴磁力计温度漂移标定方法，该方法包括：
6.将待标定三轴磁力计置于无磁环境中的第一位置点处，以获取保持任意两个轴向的磁力计测量输出值为0时的第三轴向的多个温度下的磁力计测量输出值，并生成第一组数据集；
7.将所述待标定三轴磁力计由第一位置点处变更为第二位置点处，以获取保持任意两个轴向的磁力计测量输出值为0且与所述多个温度对应相同温度下的第三轴向的磁力计测量输出值，并生成第二组数据集；
8.基于所述第一组数据集、所述第二组数据集以及温度补偿标定模型生成标定结果。
9.根据本发明的一个实施例，所述温度补偿标定模型如下式所示：
10.h
x
＝v
xsxt
vys
yt
*c
xy
vzs
zt
*c
xz
b
xt
11.hy＝vys
yt
v
xsxt
*c
yx
vzs
zt
*c
yz
b
yt
12.hz＝vzs
zt
vys
yt
*c
zy
v
xsxt
*c
zx
b
zt
13.上式，h
x
、hy、hz为磁力计真实值，v
x
、vy、vz为磁力计测量输出值，b
xt
、b
yt
、b
zt
为温度t对应的磁力计零偏值，s
xt
、s
yt
、s
zt
为温度t对应的磁力计的比例因子，c
ij
(i＝x，y，z；j＝x，y，z；i≠j)为磁力计的安装误差系数。
14.根据本发明的一个实施例，所述将待标定三轴磁力计置于无磁环境中的第一位置点处或者所述将所述待标定三轴磁力计由第一位置点处变更为第二位置点处的步骤包括，将所述待标定三轴磁力计用保温装置放置在高温箱中加热至预设温度且保温一预设时间后取出放置于所述第一位置点处或所述第二位置点处。
15.根据本发明的一个实施例，获取保持任意两个轴向的磁力计测量输出值为0时的第三轴向的多个温度下的磁力计测量磁力计测量输出值，并生成第一组数据集的步骤包括，对所述待标定三轴磁力计进行偏转微调以保持在y轴向和z轴向上的磁力计测量输出值为0，获取此时的第一温度以及x轴向的数值，固定偏转角度，将待标定三轴磁力计替换为已标定过的三轴磁力计获取实测的磁场值，生成x轴向下，由第一温度降低过程中获取的基于多个温度对应的x轴向数值和磁场值的第一组子数据集x1，同理，生成y轴向的第一组子数据集y1和z轴向的第一组子数据集z1，由所述第一组子数据集x1、第一组子数据集y1和第一组子数据集z1构成所述第一组数据集。
16.根据本发明的一个实施例，获取保持任意两个轴向的磁力计测量输出值为0且与所述多个温度对应相同温度下的第三轴向的磁力计测量输出值，并生成第二组数据集的步骤包括，对所述待标定三轴磁力计进行偏转微调以保持在y轴向和z轴向上的磁力计测量输出值为0，当达到所述第一温度时，获取此时的x轴向数值，固定偏转角度，将待标定三轴磁力计替换为已标定过的三轴磁力计获取实测的磁场值，生成x轴向下，与所述多个温度对应相同温度下的x轴向数值和磁场值的第二组子数据集x2，同理，生成y轴向的第二组子数据集y2和z轴向的第二组子数据集z2，由所述第二组子数据集x2、第二组子数据集y2和第二组子数据集z2构成所述第二组数据集。
17.所述对所述待标定三轴磁力计进行偏转微调以保持在y轴向和z轴向上的磁力计测量输出值为0，当达到所述第一温度时，获取此时的x轴向数值的方法为：
18.在温度未到达所述第一温度时，通过微调获取使三轴磁力计y轴向和z轴向的数值保持为0的偏转微调方向和幅度的规律，然后基于获取的偏转微调方向和幅度的规律，在温度到达所述第一温度时，快速偏转微调使三轴磁力计y轴向和z轴向的数值为0，并获取此时的x轴向数值。
19.根据本发明的一个实施例，基于所述第一组数据集、所述第二组数据集以及温度补偿标定模型生成标定结果的步骤包括，基于所述第一组数据集、所述第二组数据集以及如下公式进行温度漂移拟合，分别得到在温度t对应的x轴向、y轴向、z轴向的磁力计比例因子、零偏值，并根据所述温度补偿标定模型生成标定结果：
20.hi＝vis
it
b
it
21.式中，i＝x，y，z。
22.根据本发明的一个实施例，所述预设温度为180℃，所述预设时间为60min。
23.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种三轴磁力计温度漂移标定装置，其特征在于，所述装置包括：
24.第一生成模块，用于将待标定三轴磁力计置于无磁环境中的第一位置点处，以获取保持任意两个轴向的磁力计测量输出值为0时的第三轴向的多个温度下的磁力计测量输出值，并生成第一组数据集；
25.第二生成模块，用于将所述待标定三轴磁力计由第一位置点处变更为第二位置点
处，以获取保持任意两个轴向的磁力计测量输出值为0且与所述多个温度对应相同温度下的第三轴向的磁力计测量输出值，并生成第二组数据集；
26.标定模块，用于基于所述第一组数据集、所述第二组数据集以及温度补偿标定模型生成标定结果。
27.为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了计算机可读存储介质，其上存储有应用程序和操作系统，所述程序或指令被处理器执行时实现如本发明第一方面实施例提出的三轴磁力计温度漂移的标定方法。
28.为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种电子设备，包括：
29.存储器，其上存储有应用程序和操作系统；
30.处理器，用于执行所述程序或指令时实现如本发明第一方面实施例提出的三轴磁力计温度漂移的标定方法。
附图说明
31.图1为本发明一个实施例的三轴磁力计温度漂移标定方法的流程图。
32.图2为本发明一个实施例的三轴磁力计温度漂移标定装置的示意图。
具体实施方式
33.为便于理解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.根据误差产生机制不同，磁力计误差主要分为零位偏差、标度系数误差、安装误差及轴问非正交误差等。零位误差和标度系数误差是影响其精度的主要因素，且随时间环境的变化而变化，安装误差及轴间非正交误差在长时间范围内不会产生较大的变化，并可以通过提高安装工艺及制造工艺来减小此类误差的影响。轴间非正交误差造成影响和安装误差相似，可将其统一划归为安装误差。本发明通过提出三轴磁力计温度漂移标定方法，具体方案是基于安装误差叠加零位偏差温漂而进行的，提高了标定数据的准确性。
35.下面以具体地实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本技术的实施例进行描述。
36.图1为本发明一个实施例的三轴磁力计温度漂移标定方法的流程图。如图1所示，温度漂移标定方法可包括：
37.s1.将待标定三轴磁力计置于无磁环境中的第一位置点处，以获取保持任意两个轴向的磁力计测量输出值为0时的第三轴向的多个温度下的磁力计测量输出值，并生成第一组数据集。
38.s2.将所述待标定三轴磁力计由第一位置点处变更为第二位置点处，以获取保持任意两个轴向的磁力计测量输出值为0且与所述多个温度对应相同温度下的第三轴向的磁力计测量输出值，并生成第二组数据集；
39.s3.基于所述第一组数据集、所述第二组数据集以及温度补偿标定模型生成标定
结果。
40.在一些实施例中，可将磁力计置于无磁环境中的三轴无磁旋转台或qa架上，三轴无磁旋转台或qa架能使三轴磁力计处于多个标定位置点处，以获取磁力计在不同标定位置点处的磁力计真实值，以及磁力计在各个位置点处测量输出值。
41.在一些实施例中，通过常温标定模型(1)进行标定，如下式：
42.h
x
＝v
xsx
vy*c
xy
vz*c
xz
b
x
43.hy＝vysy v
x
*c
yx
vz*c
yz
by44.hz＝vzsz v
x
*c
zx
vy*c
zy
bz45.以x轴向的磁场测量结果为例，完整的数学模型应当为：
46.h
x
＝(v
x-b
xt
)s
xt
(v
y-b
yt
)s
yt
*c
xy
(v
z-b
zt
)s
zt
*c
xz
47.上述两个模型实际上是将s
yt
*c
xy
简化为一个系数c
xy
，s
zt
*c
xz
简化为一个系数c
xz
，将常量-s
xtbxt-s
ytbyt
*c
xy-s
ztbzt
*c
xz
简化为一个系数b
x
。
48.在本发明的实施例中，通过对常温标定模型进行变换得到温度补偿标定模型，变换后的模型根据各参数的实际特性，尤其考虑了安装误差系数，从而能够较为快速方便地实现温度漂移标定。
49.具体的，以x轴向的磁力计真实值h
x
为例，进行说明，将常温标定模型变换为模型(2)如下所示：
50.h
x
＝v
xsxt
vys
yt
*c
xy
vzs
zt
*c
xz
b
xt
51.需要说明的是，模型(2)中的s
yt
*c
xy
等于模型(1)中的c
xy
，模型(2)中的s
zt
*c
xz
等于模型(1)的c
xz
。由于模型(2)中的s
yt
、s
zt
是已知的，因此模型(2)中的c
xy
和c
xz
实际可以获知的且受温度影响较小，在后续温漂标定过程中，将沿用此处获得的c
xy
和c
xz
。
52.同理，对y轴向和z轴向进行模型变换，结合模型(2)，得到温度补偿标定模型，如下式所示：
53.h
x
＝v
xsxt
vys
yt
*c
xy
vzs
zt
*c
xz
b
xt
54.hy＝vysyt v
xsxt
*c
yx
vzs
zt
*c
yz
b
yt
55.hz＝vzs
zt
vys
yt
*c
zy
v
xsxt
*c
zx
b
zt
56.上式，h
x
、hy、hz为磁力计真实值，v
x
、vy、vz为磁力计测量输出值，b
xt
、b
yt
、b
zt
为温度t对应的磁力计零偏值，s
xt
、s
yt
、s
zt
为温度t对应的磁力计的比例因子，c
ij
(i＝x，y，z；j＝x，y，z；i≠j)为磁力计的安装误差系数。该模型可以更加准确地反应安装误差带来的微弱温漂，主要是标度系数误差引起的，叠加在原有安装误差上。
57.在本发明的一个实施例中，由于磁力计需要在无磁环境下进行测试，故在本实施例中，采用保温装置降温方式采集磁力计三轴输出值。以下将以x轴向为例进行第一组数据集和第二组数据集生成过程的说明。
58.具体地，将待标定磁力计用保温装置(如qa架的保温桶)放置在高温箱中，加热至预设温度，如180摄氏度，并保温一预设时间，如60分钟，然后取出带保温装置的待标定三轴磁力计，再将待标定三轴磁力计放置在三轴无磁旋转台或qa架上，调整定向磁力计位置至第一位置点处，其中，第一位置点可为井斜45度左右，工具面315度左右。
59.偏转三轴无磁转台直至待标定三轴磁力计y轴向和z轴向的数值为0，记录此时待标定三轴磁力计保温装置内的第一温度，记为t1，以及此时x轴向的数值记作v
x11
；固定三轴
无磁转台的偏转角度，将待标定三轴磁力计替换为已标定过的磁力计，获取实测的磁场值v
x11’，在本实施例中采用的是保温装置降温方式采集磁力计三轴输出值，当温度降低t2时，记录x轴向的数值v
x12
以及实测的磁场值v
x12’，依此过程，获取温度tn时x轴向的数值v
x1n
以及实测的磁场值v
x1n’，生成在温度降低过程中在温度t1至tn对应的x轴向数值和磁场值的x轴向的第一组子数据集x1，如下式表示：
[0060][0061]
在第一位置点进行标定获取所需要的数据后，调整定向磁力计位置至第二位置点处也即更换待标定三轴磁力计的标定位置以获取标定数据。将待标定磁力计用保温装置(如qa架的保温桶)放置在高温箱中，加热至预设温度，如180摄氏度，并保温一预设时间，如60分钟，然后取出带保温装置的待标定三轴磁力计，再将待标定三轴磁力计放置在三轴无磁旋转台或qa架上，调整定向磁力计位置至第二位置点处，其中，第二位置点可以为井斜135度左右，工具面135度左右。
[0062]
偏转三轴无磁转台直至待标定三轴磁力计y轴向和z轴向的数值为0，等到待标定三轴磁力计保温装置内的温度降到第一温度t1时，获取此时x轴向的数值记作v
x21
，需要说明的是，在此过程中三轴无磁转台需要持续的偏转微调，以确保在温度t1时待标定三轴磁力计y轴向和z轴向的数值为0；具体地，是在温度未到达t1时，通过微调获取使三轴磁力计y轴向和z轴向的数值保持为0的偏转微调方向及规律，然后基于获取的偏转微调方向及规律，在温度到达t1时，快速偏转微调使三轴磁力计y轴向和z轴向的数值为0；固定三轴无磁转台的偏转角度，将待标定三轴磁力计替换为已标定过的磁力计，获取实测的磁场值v
x21’，同时，当温度降低到t2时，记录此时x轴向的数值v
x22
以及实测的磁场值v
x22’，依此过程，依此获取温度tn时x轴向的数值v
x2n
以及实测的磁场值v
x2n’，从而生成与第一位置点标定时温度对应相同的第二位置点处x轴向数值和磁场值的x轴向的第二组子数据集x2，如下式表示：
[0063][0064]
同理，在y轴向进行标定时，保持待标定三轴磁力计x轴向和z轴向的磁力计测量输出值为0生成y轴向的第一组子数据集y1和第二组子数据集y2，在z轴向进行标定时，保持待标定三轴磁力计x轴向和y轴向的磁力计测量输出值为0生成z轴向的第一组子数据集z1和第二组子数据集z2，由第一组子数据集x1、第一组子数据集y1和第一组子数据集z1构成所述第一组数据集；由第二组子数据集x2、第二组子数据集y2和第二组子数据集z2构成所述第二组数据集。基于第一组数据集、第二组数据集以及公式进行拟合获得拟合结果。公式如下所示：
[0065]hi
＝vis
it
b
it
[0066]
式中，i＝x，y，z。
[0067]
具体的，以x轴向数据为例，将第一组子数据集x和第二组子数据集x带入hi＝vis
it
b
it
，得到温度漂移拟合数据组：
[0068][0069]
对上述拟合数据组拟合获得s
xt
和b
xt
：
[0070]sxt
＝α0 α1*t α2*t2 α3*t3[0071]bxt
＝β0 β1*t β2*t2 β3*t3[0072]
同理可以获得s
yt
、b
yt
、s
zt
、b
zt
。
[0073]
在拟合出s
xt
、b
xt
、s
yt
、b
yt
、s
zt
、b
zt
后，将磁力计输出值代入如下温度补偿标定模型得到含有温度补偿的校正数据：
[0074]hx
＝v
xsxt
vys
yt
*c
xy
vzs
zt
*c
xz
b
xt
[0075]hy
＝vys
yt
v
xsxt
*c
yx
vzs
zt
*c
yz
b
yt
[0076]hz
＝vzs
zt
vys
yt
*c
zy
v
xsxt
*c
zx
b
zt
[0077]
本实施例的三轴磁力计的标定方法，适用于大多空旷无磁环境标定，只需要把相关产品至于空旷地带即可(50米内无磁干扰)，标定过程简单，保证了磁力计标定的精度，极大的降低了磁力计标定需要无磁实验室和无磁加热装置的成本，并解决温度漂移问题。
[0078]
其中，在温度未到达t1时，通过微调获取使三轴磁力计y轴向和z轴向的数值保持为0的偏转微调方向及规律，然后基于获取的偏转微调方向及规律，在温度到达t1时，快速偏转微调使三轴磁力计y轴向和z轴向的数值为0；是保障三轴磁力计的标定方法准确、高效的关键。
[0079]
本发明提供了一种三轴磁力计温度漂移标定装置。
[0080]
如图2为本发明一个实施例的三轴磁力计温度漂移标定装置的示意图，如图2所示，三轴磁力计温度漂移标定装置100可包括第一生成模块10、第二生成模块20和标定模块30。
[0081]
其中，第一生成模块10用于将待标定三轴磁力计置于无磁环境中的第一位置点处，以获取保持任意两个轴向的磁力计测量输出值为0时的第三轴向的多个温度下的磁力计测量输出值，并生成第一组数据集；
[0082]
第二生成模块20用于将所述待标定三轴磁力计由第一位置点处变更为第二位置点处，以获取保持任意两个轴向的磁力计测量输出值为0且与所述多个温度对应相同温度下的第三轴向的磁力计测量输出值，并生成第二组数据集；
[0083]
标定模块30用于基于所述第一组数据集、所述第二组数据集以及温度补偿标定模型生成标定结果。
[0084]
需要说明的是，本发明实施例提供的三轴磁力计温度漂移标定装置的其他具体实施方式可参见本发明上述实施例的三轴磁力计的温度漂移标定方法的其他具体实施方式。
[0085]
本发明是实施例的三轴磁力计温度漂移标定装置适用于大多空旷无磁环境标定，只需要把相关产品至于空旷地带即可(50米内无磁干扰)，标定过程简单，保证了磁力计标定的精度，极大的降低了磁力计标定需要无磁实验室和无磁加热装置的成本，并解决温度
漂移问题。
[0086]
本发明提出了一种计算机可读存储介质。
[0087]
在该实施例中，计算机可读存储介质上存储有应用程序和操作系统，所述程序或指令被处理器执行时实现上述三轴磁力计温度漂移的标定方法。
[0088]
本发明提出了一种电子设备。
[0089]
在实施例中，电子设备可包括存储器、处理器，存储器上存储有计算机程序和操作系统，计算机程序被处理器执行时，实现如上述的三轴磁力计温度漂移的标定方法。
[0090]
本发明实施例的计算机可读存储介质和电子设备，利用上述磁力计的标定方法对磁力进行标定，标定过程简单，且极大地降低了磁力计标定成本，同时保证了磁力计标定之后的精度，并解决的温度漂移问题，且适用于大多空旷无磁环境标定。
[0091]
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0092]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0093]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0094]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0095]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排
他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本技术实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
[0096]
上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。