[发明专利]矿用测斜仪的全空间误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种矿用测斜仪的全空间误差补偿方法，在全空间内选择至少六个不同的测量点，根据采集到的所述测量点的三轴加速度和三轴磁传感器的数值确定内管误差的修正系数，最后根据内管误差的修正系数重新解算钻孔的测量参数；将测量内管装配到安装外管之中，在安装外管的两个相互垂直的平面内分别旋转一周，同时采集不同角度的三轴磁传感器的数值，根据最小二乘法对采集不同角度的三轴磁传感器的数值分别拟合两个平面，根据拟合获得的两个平面确定安装误差的两个角度，进而对钻孔姿态进行解算。本发明解决了现有矿用测斜仪测量内管构成的坐标系与安装外管载体坐标系不正交使得测量结果较差的问题，补偿安装过程中的安装误差，能快速、有效补偿全空间钻孔测斜系统误差。

技术领域

本发明属于测斜仪误差补偿技术领域，具体涉及一种矿用测斜仪的全空间误差补偿方法。

背景技术

当前，我国已成为煤炭生产和消费第一大国，煤矿安全问题也越来越受到国家关注。钻孔测斜仪在煤矿井下施工和瓦斯抽放方面的大面积应用，极大提高了瓦斯抽放效率，降低了煤矿安全事故。矿用钻孔测斜仪通常采用三轴磁传感器来测量地球磁场大小以确定钻孔方位，同时通过内置三轴加速度传感器解算钻孔倾角和工具面向角。然而，钻孔测斜仪所处的测量环境恶劣，包含硬磁和软磁等各种干扰磁场；同时传感器在制造和安装的过程中都会产生一定的误差，从而影响整个测量精度。因此，为了提高钻孔测斜仪的测量精度，必须对钻孔测斜仪进行一定地误差补偿。

目前，针对钻孔测斜仪的误差补偿方法较多。2003年，南京航空航天大学杨新勇，黄圣国等人提出一种基于椭圆假设误差模型的补偿方法，方法简单、可行但仅能修正环境误差。2003年，李希胜、王家鑫在论文《高精度电子罗盘的研制》中用最小二乘线性拟合的标定方法，这种方法受数据量影响很大，数据量太大或太少都可能造成补偿效果较差。2003年，海军工程大学胡海滨、林春生等人对模型中优化参数，构建了目标函数利用数学优化中的共轭梯度的方法，得到较高的精度，但方法较为复杂，数据量较大。

综上所述，尽管上述方法取得一定地补偿效果，但由于应用煤矿领域对象存在的特殊性，上述误差补偿方法不能够完全适用于煤矿领域。矿用钻孔测斜仪通常是由测量内管和安装外管两部分构成；由于安装外管质量重、体积大，标定时无法和测量内管一起标定。现有误差补偿方法采用先标定测量内管，再装配到和钻杆相连接的外管中去测量钻孔轨迹，测量内管和安装外管的具体安装情况受人为和机械加工影响，从而引入新的安装误差，降低了测量精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种矿用测斜仪的全空间误差补偿方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种矿用测斜仪的全空间误差补偿方法，该方法为：在全空间内选择至少六个不同的测量点，根据采集到的所述测量点的三轴加速度和三轴磁传感器的数值确定内管误差的修正系数，最后根据内管误差的修正系数重新解算钻孔的测量参数；将测量内管装配到安装外管之中，在安装外管的两个相互垂直的平面内分别旋转一周，同时采集不同角度的三轴磁传感器的数值，根据最小二乘法对采集不同角度的三轴磁传感器的数值分别拟合两个平面，根据拟合获得的两个平面确定安装误差的两个角度，进而对钻孔姿态进行解算。

上述方案中，所述将测量内管在安装外管的两个相互垂直的平面内旋转一周，同时采集不同角度的三轴磁传感器的数值，具体为：所述测量内管位于标定转台上；

将标定转台旋转至工具面向角α＝0°时，依次旋转倾角β＝15°、55°、-15°、-55°，方位角依次旋转γ＝0°、90°、180°、270°，测量出三轴磁传感器的数值；

将标定转台旋转至工具面向角α＝-15°时，依次旋转倾角β＝15°、55°、-15°、-55°，方位角依次旋转γ＝0°、90°、180°、270°，测量出三轴磁传感器的数值；