一种扇区定位传感器的制作方法

本发明涉及定位传感器技术领域，尤其涉及一种扇区定位传感器。

背景技术：

目前定向钻井技术主要分为导向马达导向钻井和旋转导向钻井。应用导向马达时，在滑动导向模式时，钻柱不旋转，贴靠在井底，钻头只在马达内部转子带动下旋转，在大斜度和水平钻井过程中常会导致给钻头加压困难。在调整井眼轨迹时容易造成台阶，使得井眼不光滑，由于钻柱不旋转，不利于携屑，从而在井底形成岩屑床，增加了卡钻的风险，从而降低了施工效率。旋转导向技术的出现有效的克服以上困难，在用旋转导向技术钻井时，井下钻具始终处于旋转状态，因此携屑好，钻出的井眼轨迹光滑，作业效率提高，有利于后续阶段的作业施工和降低作业风险。

以上优势，使得旋转导向钻井技术在高水垂比水平井、大位移井等特殊工艺井的施工中得到了广泛应用。定位传感器作为随钻测量的核心部件，为定向钻进提供井斜方位和工具面测量数据，井眼轨迹上每一个点的三维位置是通过井深、井斜和方位确定的。

目前国内中海油、中油油服、cpl随钻中心、胜利钻井院、威海海滨等单位都在进行lwd仪器研制，包括随钻感应、随钻声波、随钻电成像、随钻中子、方位伽马仪器，以上仪器都要进行扇区的测量。而目前国内和国外专门用于扇区定位的传感器还没有，通过前期跟以上客户的接触，客户对于扇区定位传感器是有明确的需求的。中海油服的随钻电成像仪器需要120扇区的测量，目前国内外还没有适合随钻电成像仪器用120扇区测量的定位传感器，并且在2018年给中海油服研发了ms570h三轴磁力计作为测量扇区应用，样品已于2018年交付客户试用。由于ms570h内部没有加速度传感器，进行扇区测量时需要接受mwd工具提供的井斜和方位角来进行扇区测量，增加了系统的复杂度和对于使用方的技术要求，不便于了向其他厂家推广。

技术实现要素：

本发明提供一种扇区定位传感器，增加了mems三轴加速度传感器和mems角速率传感器，可以独立的进行扇区定位测量，提高了采样率和测量精度，同时其增加了陀螺仪，提高了测量的精度和动态响应。

本发明提供的具体技术方案如下：

本发明提供的一种扇区定位传感器包括外壳、固定在所述外壳上的盖板、安装在所述外壳和所述盖板之间的电路板组件和变压器组件、安装在所述电路板组件和所述外壳之间的磁通门组件和传感器组件，其中，所述磁通门组件包括相互垂直设置的磁通门x组件、磁通门y组件、磁通门z组件，所述传感器组件包括mems三轴加速度传感器和mems角速率传感器，所述mems三轴加速度传感器采用夹持板固定在所述外壳的内部，所述外壳的端部设置有过线孔，所述变压器组件通过所述过线孔外接电源为所述电路板组件供电，所述磁通门组件采用电线与所述电路板组件相互连接，所述传感器组件采用金线压焊的方式与所述电路板组件之间电连接。

可选的，所述外壳包括壳体、设置在所述壳体内部的变压器容置腔、加速度计安装槽、电路板安装槽、电路板固定座和磁通门安装槽，所述电路板固定座设置在所述电路板安装槽的边沿，所述电路板安装座的高度高出所述电路板安装槽底部且低于所述壳体的边缘，所述电路板安装座上设置有用于固定电路板组件的螺钉孔。

可选的，所述变压器组件安装在所述变压器容置腔内，所述变压器容置腔位于所述电路板安装槽的左端，所述变压器组件的上端抵接在所述盖板上，所述变压器组件与所述电路板组件之间电连接。

可选的，所述夹持板包括u型夹持部和固定在所述u型夹持部上端的固定板，所述固定板上设置有用于与所述外壳相固定的螺钉孔，所述mems三轴加速度传感器安装在所述u型夹持部内，所述mems三轴加速度传感器和所述夹持板相互配合之后固定在所述加速度计安装槽内，所述mems三轴加速度传感器和所述夹持板均位于所述电路板组件的下方。

可选的，所述电路板组件在所述传感器组件的上方对应位置设置有缺口，所述壳体的内部设置有角速率传感器固定座，其中，所述mems角速率传感器采用螺钉固定在所述角速率传感器固定座上，所述mems角速率传感器位于所述缺口内。

可选的，所述电路板组件采用盘头螺钉固定在所述电路板固定座上，所述mems三轴加速度传感器粘结固定在所述夹持板上，所述夹持板采用沉头螺钉固定在所述电路板安装槽的底部，所述变压器组件粘结固定在所述变压器容置腔中，所述壳体内设置有盖板定位台，所述盖板采用沉头螺钉固定在所述盖板定位台上。

可选的，所述磁通门x组件沿所述外壳的宽度方向安装，所述磁通门y组件沿所述外壳的长度方向安装，所述磁通门z组件沿所述外壳的高度方向安装，所述磁通门x组件和所述磁通门y组件位于所述电路板组件的下方，所述磁通门z组件位于所述电路板组件的右端。

可选的，所述磁通门x组件、所述磁通门y组件、所述磁通门z组件的出线焊接在磁通门出线板上，所述磁通门出线板采用电线连接至电路板组件，所述磁通门出线板位于所述磁通门x组件和所述磁通门y组件的上方，且所述磁通门出线板位于所述电路板组件的下方。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例提供一种扇区定位传感器通过将磁通门组件和传感器组件安装在电路板组件和外壳之间，也即通过结构优化实现了将磁通门组件和传感器组件布置在电路板组件的下方，减小了扇区定位传感器的整体长度，其次增加了mems三轴加速度传感器和mems角速率传感器，可以独立的进行扇区定位测量，提高了采样率和测量精度，同时其增加了陀螺仪，提高了测量的精度和动态响应，mems三轴加速度传感器用于测量井斜角，mems角速率传感器用于测量井下仪器转速，进而通过转速对磁通门输出信号进行相位和幅度补偿，保证了高转速下的磁性工具面角的测量精度，采用mems三轴加速度传感器和mems角速率传感器提高了采样率，进而提高角了度测量的分辨率可以达到更高精度的补偿效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种扇区定位传感器的爆炸结构示意图；

图2为本发明实施例的一种扇区定位传感器的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例的一种扇区定位传感器的另一剖视结构示意图；

图4为本发明实施例的一种扇区定位传感器的外壳结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合图1~图4对本发明实施例的一种扇区定位传感器进行详细的说明。

参考图1、图2和图3所示，本发明实施例的一种扇区定位传感器包括外壳1、固定在外壳1上的盖板2、安装在外壳1和盖板2之间的电路板组件3和变压器组件4、安装在电路板组件3和外壳1之间的磁通门组件5和传感器组件6，也即磁通门组件5和传感器组件6位于电路板组件3的下方且磁通门组件5和传感器组件6位于外壳1的内部，也即磁通门组件5和传感器组件6安装在外壳1的内部之后，再其上方安装电路板组件3，由于电路板组件3的长度较长但厚度较薄，利用电路板组件3背面的走线空间合理的设置磁通门组件5和传感器组件6的安装位置，可以减小扇区定位传感器的整体长度，并利用电路板组件3辅助磁通门组件5和传感器组件6的固定，降低磁通门组件5和传感器组件6的固定难度并提高磁通门组件5和传感器组件6的固定可靠性。

参考图1、图2和图4所示，磁通门组件5包括相互垂直设置的磁通门x组件51、磁通门y组件52、磁通门z组件53，传感器组件6包括mems三轴加速度传感器61和mems角速率传感器62，mems三轴加速度传感器61采用夹持板7固定在外壳1的内部，外壳1的端部设置有过线孔8，变压器组件4通过过线孔8外接电源为电路板组件3供电，磁通门组件5采用电线与电路板组件3相互连接，传感器组件5采用金线压焊的方式与电路板组件3之间电连接。电路板组件3将mems角速率传感器62（陀螺仪）和mems三轴加速度传感器61以及磁通门x组件51、磁通门y组件52、磁通门z组件53采集的数据信号转换成数字信号，之后由电线通过过线孔8连接至外部控制器上进行数据处理。

参考图1和图4所示，外壳1包括壳体101、设置在壳体101内部的变压器容置腔102、加速度计安装槽103、电路板安装槽104、电路板固定座105和磁通门安装槽106，电路板固定座105设置在电路板安装槽104的边沿，电路板安装座105的高度高出电路板安装槽104底部且低于壳体101的边缘，电路板安装座105上设置有用于固定电路板组件3的螺钉孔。参考图1、图2、图3和图4所示，变压器组件4安装在变压器容置腔102内，变压器容置腔102位于电路板安装槽104的左端，变压器组件4的上端抵接在盖板2上，变压器组件4与电路板组件3之间电连接。

参考图1、图2和图4所示，夹持板7包括u型夹持部71和固定在u型夹持部71上端的固定板71，固定板72上设置有用于与外壳1相固定的螺钉孔，mems三轴加速度传感器61安装在u型夹持部71内，mems三轴加速度传感器61和夹持板71相互配合之后固定在加速度计安装槽103内，mems三轴加速度传感器61和夹持板7均位于电路板组件3的下方。参考图1和图3所示，电路板组件3在传感器组件6的上方对应位置设置有缺口31，壳体1的内部设置有角速率传感器固定座107，其中，mems角速率传感器62采用螺钉固定在角速率传感器固定座107上，mems角速率传感器62位于该缺口内。

参考图1、图2、图3和图4所示，本发明实施例的电路板组件3采用盘头螺钉固定在电路板固定座105上，mems三轴加速度传感器61粘结固定在夹持板7上，夹持板7采用沉头螺钉固定在电路板安装槽104的底部，变压器组件4粘结固定在变压器容置腔102中，壳体1内设置有盖板定位台108，盖板2采用沉头螺钉固定在盖板定位台108上，电路板组件3的下方对应的电路板安装槽104的底部设置有避让孔109，避让孔109用于避让电路板组件3走线。

参考图1、图2、图4所示，磁通门x组件51沿外壳1的宽度方向安装，磁通门y组件52沿外壳1的长度方向安装，磁通门z组件53沿外壳1的高度方向安装，磁通门x组件51和磁通门y组件52位于电路板组件3的下方，磁通门z组件53位于电路板组件3的右端。也即磁通门x组件51、磁通门y组件52、磁通门z组件53分别沿xyz三个轴向方向安装，磁通门x组件51、磁通门y组件52、磁通门z组件53相互之间垂直，由于磁通门z组件竖直安装之后高度较高，因此将其设置在电路板组件3的右端，磁通门x组件51和磁通门y组件52水平安装其高度较低，可以放在电路板组件3的下方，进而可以降低扇区定位传感器的整体长度。

参考图1、图2和图4所示，磁通门x组件51、磁通门y组件52、磁通门z组件53的出线焊接在磁通门出线板9上，磁通门出线板9采用电线连接至电路板组件3，磁通门出线板9位于磁通门x组件51和磁通门y组件52的上方，且磁通门出线板9位于电路板组件3的下方。磁通门出线板9的设置可以降低磁通门组件的连线难度并提高磁通门组件的电连接可靠性。

本发明实施例提供一种扇区定位传感器通过将磁通门组件和传感器组件安装在电路板组件和外壳之间，也即通过结构优化实现了将磁通门组件和传感器组件布置在电路板组件的下方，减小了扇区定位传感器的整体长度，其次增加了mems三轴加速度传感器和mems角速率传感器，可以独立的进行扇区定位测量，提高了采样率和测量精度，同时其增加了陀螺仪，提高了测量的精度和动态响应，mems三轴加速度传感器用于测量井斜角，mems角速率传感器用于测量井下仪器转速，进而通过转速对磁通门输出信号进行相位和幅度补偿，保证了高转速下的磁性工具面角的测量精度，采用mems三轴加速度传感器和mems角速率传感器提高了采样率，进而提高角了度测量的分辨率可以达到更高精度的补偿效果。

本发明实施例的扇区定位传感器，创造性的增加了mems三轴加速度传感器和mems角速率传感器（陀螺仪），可以独立的进行扇区测量，并提高了采样率和测量精度，同时由于增加了陀螺仪，测量的精度和动态响应也得到了相应提高。并且，本发明实施例的扇区定位传感器具有体积小、精度高、通用性好等特点，填补了国内同类产品的空白。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。