Cxy-5陀螺测斜仪的测试与调校

芮学来

（淮南矿业集团地质勘探工程处，安徽 淮南 232052）

0 引言

Cxy-5型陀螺测斜仪是测量井眼轴线倾斜角和方位角的专用仪器，适合套管直井或地质异常区的井眼轴线倾斜角和方位角的测量。它主要由电容伺服加速度计和框架陀螺仪构成。为保证仪器正常使用和测量精度，在仪器进厂、故障维修和更换陀螺等各项工作后，我们都需要对其进行测试与调校。结合工作实践及电路原理，本文详细介绍了Cxy-5型陀螺测斜仪的测试项目与调校方法。

1 基本工作原理

Cxy－5型陀螺连续测斜仪整体由井下探管和地面仪器及便携计算机组成。地面仪器向探管供交流电压，井下探管的单片机系统将采集到的传感器信号转换为FSK调制信号，经电缆传输到地面，井上地面仪器将FSK信号解调，其单片机系统接收解调后的信号并根椐公式计算出井轴心轨迹的倾斜角和方位角，通过D／A变换器生成模拟电压，供测井车记录倾斜角和方位角的测试曲线用。或者便携计算机接收解调后的信号并根椐公式计算出井轴心轨迹的倾斜角、方位角、闭合方位角、偏距、偏率等参数，生成测试文件供打印和分析用。

2 测试与调校

2.1 FSK中心频率

井下探管的单片机系统将采集到的传感器信号经XR2206调制为FSK信号经电缆传输到地面仪，地面仪则用XR2211对此FSK信号进行解调。二者的中心频率必须一致，否则会使仪器面板“信号指示灯”闪烁频率不正常（正常是亮1秒灭1秒）。当FSK中心频率不一致时，可调节XR2211电路中的电位器W1，使FSK中心频率上下一致。

2.2 深度计数

首先在采集软件中设置地轮直径为310mm，脉冲数为每周3个。在地轮转动过程中，它将不断向计数电路提供两个相位相差90度的脉冲，计数电路由此判断地轮运转方向并计算脉冲数，然后根据地轮直径计算测井深度。若计数方向与实际不符，可将地轮信号与计数电路连接插头的1、2芯调换即可。

2.3 自由／锁紧状态

按下地面仪“自由／锁紧”按钮，观察自由／锁紧电机带动陀螺限位杆的运行情况。若陀螺初始为自由状态，则自由／锁紧电机会带动限位杆向下运动并插入陀螺电机的限位孔。此时下限位开关闭合，自由／锁紧电机停转，地面仪“自由／锁紧”灯显红色，表示锁紧状态；若陀螺初始为锁紧状态，则自由／锁紧电机会带动限位杆向上运动并脱离陀螺电机的限位孔。此时上限位开关闭合，自由／锁紧电机停转，地面仪“自由／锁紧”灯显绿色，表示自由状态；若陀螺初始状态不定，则自由／锁紧电机将以自由优先的方式运行。

若自由／锁紧电机实际运行情况与上述不符，分两种情况：第一是地面仪显示状态与限位柱位置不对应，说明探管CPU读入的状态信号不对。此时应将探管中陀螺上接线板的第8、9接线柱上的信号线互换。第二是地面仪状态显示与限位柱位置相对应，说明自由／锁紧电机供电不对，应将探管中陀螺上接线板的第11、12接线柱上的供电线互换。在这两种情况下，自由／锁紧电机均出现“蹩”的声音。

2.4 陀螺电机

陀螺电机是陀螺测斜仪中最关键的部件，其工作寿命只有300h。判定陀螺工作情况时，可从“一听、二看、三测、四观”四方面入手。一听，当陀螺正常工作时，听电机声音，应运转顺畅、无杂音；二看，看电机旋转方向，可用右手螺旋规则来判定，简单一点就是从引出端看逆时针方向旋转。若方向不对，则需调换三相电压中的任两相；三测，三相工作电压为交流36V，启动电流约150mA，转速稳定后约50mA。当修正电机工作时，电流会增大约20mA。三相绕组电阻基本相等，阻值约100欧姆；四观，在静态情况下，观察陀螺电机外观，在其位置空间的自由活动情况等借以判断其基本状况。

2.5 方位电位器

方位电位器是Cxy-5型陀螺仪测量方位和工具面角的重要部件。它是一种高精密的线绕电阻，采用贵金属精密电阻合金丝作绕组材料。其工作特点是绕组工作面裸露，匝间间隙很小且相互高度绝缘。针对方位电位器测试有两个方面：

（1）满度调整，仪器规定方位电位器旋转一周表示360度，并转换成2000个码，用参数Gy表示。在更换电位器或维修调试仪器时，均需测试Gy满度是否是2000，若不对则需调整。方法是：将方位电位器中心抽头从陀螺下接线板7号接线柱上焊下，此时在计算机采集软件上显示的就是Gy最大值，应为2000。否则调整方位满度电路中的W2，使其显示2000。调整完毕再将电位器中心头焊上，然后转动探管，观察Gy值在0度左右变化情况，应连续变化，不能跳变。

（2）方向调整 自转探管，看采集软件上方位变化与探管转动方向是否一致，不一致则需将陀螺电位器下接线板7、8接线连线互换。

2.6 修正电机

主要有两点，一是修正方向，也即修正电机的运转方向。若不对可将探管中陀螺上接线板第5、6接线柱上的供电线（A、C相）互换。二是修正灵敏度，可通过改变修正电机启动电容大小来调整。此电容位于陀螺下接线板5、6接线柱之间。

2.7 正常／异常指示

面板“正常／异常”指示灯有两个功能：一是指示陀螺三相电流是否正常，正常显绿色，异常显示红色；二是指示陀螺修正电机是否工作，不工作显绿色，工作显红色。其调整方法见图1。

图1

首先从陀螺下接线板上将修正电机A相电压接线焊掉，使修正电机不工作，只让陀螺电机工作。调整R12、R13、R14，使a、b、c电压在0.5到1.5V之间，最好调整到1V之上。然后接上修正电机，当修正电机不工作时，正常异常灯应显示绿灯；当修正电机工作时，应显示红灯。否则要重新调整abc电压。

2.8 斜度与方位综合校验

将陀螺探管置于校验台上，顶角按0.5度、1度、1.5度、2度、2.5度、3度、3.5度、4度、4.5度、5度依次变化，在每个角度上方位按30度梯度变化进行系统校验。同时还要进行静漂、动漂测试，测试数据要详细记录并保存备案。

3 结语

Cxy-5型陀螺测斜仪属高精密测斜仪器，但其精度的保障有很大一部分要依赖于平时对仪器测试与调校工作。在我们的精心维护下，该仪器已在我处注浆钻孔轨迹测量，特种钻孔终孔落点定位、开侧钻等多个工程中应用，效果良好。