角度測量
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角度測量范文第1篇
中圖分類號：P2 文獻標識碼：A
在基本的建筑測繪工作中，角度測量技術(shù)的應(yīng)用范圍是非常廣泛的[1]。比如關(guān)于測定建筑的位置、建立控制網(wǎng)絡(luò)等等，都與角度測量有著密切的聯(lián)系。一時之間角度測量技術(shù)成為了建筑測繪中的熱門詞匯，許多其他的行業(yè)也紛紛引進角度測量技術(shù)?，F(xiàn)階段我國的建筑測繪角度測量工作中還存在著一些問題，比如測量不準確等等，要想切實的解決這些存在的問題就必須提高角度測量技術(shù)，必須做好實際的角度測量工作。本文作者就角度測量的相關(guān)問題提出了以下一些自身的看法。
1 角度測量的基本內(nèi)容
從定義上來看，角度測量就是指兩條相交的直線所形成的夾角[2]。簡單來說就是測量水平角或者是豎直角的工作，是最基本的測量內(nèi)容之一?，F(xiàn)階段的角度測量一般采用的是60分制或者是弧度制，使用的測量工具一般都是經(jīng)緯儀。在建筑測繪工作中，要想確定各點之間的距離一般都是采用的角度測量。總的來說，角度測量的應(yīng)用范圍廣，是最適合建筑測繪的測量技術(shù)之一。
2 角度測量工具的實際應(yīng)用
就目前的測繪工作實際情況來看，使用的角度測量工具是經(jīng)緯儀。經(jīng)緯儀根據(jù)不同的性質(zhì)分為不同的類型，現(xiàn)在市場上的經(jīng)緯儀有許多種，最主要的幾種經(jīng)緯儀包括電子以及光學經(jīng)緯儀?，F(xiàn)階段大部分的建筑工程采用的是光學經(jīng)緯儀，這類經(jīng)緯儀由照準部，基座以及水平度盤這幾個部分構(gòu)成。經(jīng)緯儀的使用相對來說比較簡單，可是需要細心仔細才能做好。本文作者認為在經(jīng)緯儀的實際使用過程中應(yīng)該注意以下幾點：
2.1注意經(jīng)緯儀是否對中[3]。這項工作是為了將經(jīng)緯儀的縱軸放在測繪點的垂線上，也為了將水平度盤調(diào)整到水平的位置?？梢詫嵤┑膶χ蟹椒ㄓ性S多，現(xiàn)階段采用的主要是垂球?qū)χ幸约肮鈱W器對中。例如在進行橋梁的建筑測量工作中，一旦經(jīng)緯儀沒有對中，水平度盤就不能達到水平的位置，測量的結(jié)果就會出現(xiàn)誤差，橋梁的建設(shè)也就會相應(yīng)的出現(xiàn)問題。
2.2注意經(jīng)緯儀是否整平。這項工作是為了通過經(jīng)緯儀垂線的調(diào)整將水平度盤進行調(diào)整，使其達到水平的位置。一般來說，將經(jīng)緯儀趨于整平的做法是將照準部進行旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)動將長水準管與腳螺旋達到平行的位置，然后轉(zhuǎn)動腳螺旋，將水準管的氣泡居中。做完這一輪的工作之后，重復(fù)進行這些步驟，最終使得所有的氣泡都居中就可以了。這樣就算是完成了經(jīng)緯儀的整平工作，這項工作對于測量結(jié)果的準確性也是互相聯(lián)系的，做好了整平的工作才能為接下來的測量工作打下基礎(chǔ)。
2.3注意是否瞄準了所需測量的物體[4]。瞄準所需測量的物體是角度測量中最重要的步驟，也是最關(guān)鍵的步驟之一。首先在瞄準之前應(yīng)該做好望遠鏡的調(diào)焦工作，努力將畫面調(diào)整到最清晰的水平。其次再利用瞄準器進行定位，最后來進行最終的瞄準、測量工作。比如建立住宅小區(qū)以及地下停車場，這個時候就應(yīng)該在建設(shè)場地當中找尋A.B.C三個目標點或者更多的目標點進行瞄準測量，也可以根據(jù)不同的方位來進行測量，最終來確定住宅各項建筑的具置，在瞄準的過程中要注意以上提到的幾點，才能準確的做好測量工作。以上幾點都是角度測量工作中應(yīng)用測量工具應(yīng)該注意的問題，將測量工具也就是經(jīng)緯儀的應(yīng)用工作做好之后，才能為高質(zhì)量的測量工作提供物質(zhì)保障。
3 角度測量中出現(xiàn)測量偏差的原因
目前我國的角度測量技術(shù)還不夠先進、測量工作還存在著一些問題，比如很多時候都會出現(xiàn)測量偏差的問題。歸根結(jié)底這些問題的產(chǎn)生都是由于工作人員不仔細或者其他外部條件造成的，作者在此將建筑測繪中角度測量出現(xiàn)測量偏差的原因總結(jié)了出來，具體分為以下幾個方面：
3.1由于測量工具帶來的測量偏差。測量工具引起的測量失誤主要是因為儀器本身制造不夠完善或者是使用不恰當而造成的，這是目前造成存在測量誤差最多的原因之一。這一原因又具體的分為以下幾點：
3.1.1由于視準軸與橫軸之間沒有垂直而造成的[5]。雖然在進行測量之前經(jīng)緯儀會被送去檢測，但由于工作人員的疏忽或者等等其他情形，視準軸與橫軸沒有完全的垂直，這樣就會引起測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。
3.1.2由于豎軸與橫軸沒有垂直而造成的。同上一樣由于種種原因橫軸與豎軸之間沒有完全垂直，這樣的測量也會出現(xiàn)一定的偏差。
3.1.3由于豎軸的傾斜而造成的。從根源來看豎軸的傾斜又是由于水準管與儀器之間沒有垂直而引起的，這項儀器本身的問題而造成的測量偏差比較大，誤差很難修復(fù)。尤其在大山深處進行測量的時候這種誤差可能會更大，比如修建山村公路的過程中，山地地形復(fù)雜很容易引起豎軸的傾斜，這樣測量的結(jié)果是非常不準確的，工作人員應(yīng)該時刻注意這一點。
3.1.4由于度盤偏心而造成的。很多情況下水平度盤的中心和照準部的中心存在不一致的現(xiàn)象，最終就會引起度盤偏心的情況。所以測繪部門在進行測量之前應(yīng)該校對度盤的中心，盡量減少由于度盤偏心而引起的測量誤差。
3.1.5可能存在由于度盤刻畫不準確而造成的測量誤差。這種情形的存在性比較小，可是仍然不排除存在的可能性，在測量的過程中可以運用觀察刻盤最初位置來減少這一問題引起的誤差。
3.2由于觀察不準確而造成的誤差[6]。這里的觀察誤差也存在著許多方面，比如讀數(shù)出現(xiàn)失誤、目標瞄準失誤等等。很多情況下，由于觀察失誤造成的誤差是不能解決的，所以角度測量工作中必須重視這一點。比如在建立寫字樓的過程中，利用經(jīng)緯儀進行測量的時候一旦氣泡的偏離大于3格就應(yīng)該迅速的重新測量，放棄之前的測量結(jié)果，檢查儀器是否平整。再比如說由于放大鏡本身的相關(guān)問題會造成觀察誤差之外，工作人員自身的眼睛分辨能力也與觀察誤差有著一定的聯(lián)系，工作人員自身的色彩分辨能力好壞也影響著觀察的結(jié)果。除此之外，工作人員對于儀器的使用方法、工作認真與否也與觀察誤差有著聯(lián)系。比如工作人員工作不認真，沒有仔細的對于被測量目標進行實時的觀察，漏掉了部分觀察結(jié)果，從而也能導(dǎo)致測量誤差。減少觀察誤差是減少整個測量誤差的有效方法，建筑測繪部門應(yīng)該注意這一點。
3.3由于外部條件而造成的測量誤差。外部條件造成的各種不利于測量的因素很難被解決，測繪部門職能盡力的避免這些由于外部條件而引起的測量誤差。比如說強風可能導(dǎo)致各種儀器的擺放出現(xiàn)問題；大霧可能導(dǎo)致測量目標的瞄準失誤；溫差的劇烈變化可能影響視準軸等等，這些外部條件造成的誤差都是可能存在的。測繪部門在選擇測繪時間、地點的時候應(yīng)該充分的考慮測繪的實際情況，將實際情況與測量工作結(jié)合起來，盡量減少角度測量的誤差。以上這些都是可能導(dǎo)致建筑測繪角度測量出現(xiàn)偏差的原因之一，要想做好建筑測繪工作就應(yīng)該避免這些問題。
4 結(jié)語
角度測量技術(shù)在建筑測繪中占有重要地位，做好角度測量工作是現(xiàn)實與社會的需要?，F(xiàn)階段我國的角度測量中還存在著許多影響測量結(jié)果的不安因素，如何做好角度測量工作還需要工作人員的不斷研究與思考。本文作者認為，做好建筑測繪中的角度測量工作需要全面的計劃與長期的實施，只有認真的利用角度測量工具、仔細的進行測量工作、切實的減少測量誤差，最終才能提高角度測量技術(shù)，才能做好建筑測繪中的角度測量工作。
參考文獻：
[1] 徐曉雄,劉松林,李白. 三維激光掃描測量技術(shù)及其在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 中國測繪. 2009(02)
[2] 朱萬彬,鐘俊,莫仁蕓. 激光位移傳感器在角度測量中的應(yīng)用[J]. 傳感器與微系統(tǒng). 2010(06)
[3] 周紅鋒,王東云,黃銻儒,楊光弟. 激光三角法測量小角度的測量模型和光路設(shè)計研究[J]. 云南民族大學學報(自然科學版). 2008(03)
[4] 陳小英. 淺析新測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用[J]. 黑龍江科技信息. 2012(02)
角度測量范文第2篇
【關(guān)鍵詞】 信號遮擋 GPS檢測 精度控制
隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，GPS定位系統(tǒng)已經(jīng)逐漸的出現(xiàn)在社會工程檢測項目當中，適用范圍的不斷擴張，使得高山峽谷對于信號的遮擋作用會造成GPS檢測出現(xiàn)問題。文章針對我國的境內(nèi)的某一處水電站樞紐區(qū)進行實際的研究，并且該區(qū)域的地勢較為復(fù)雜和陡峭，通過對于該區(qū)域的實際信號的研究，分析增強信號以及提升數(shù)據(jù)質(zhì)量的辦法。
1 提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量方法
1.1 該項目測量的主要問題
在進行項目檢測的過程中，對于該水電站進行實際的檢測過程中，由于地勢的問題以及制備的覆蓋面積的影響，使得在實際的檢測過程中GPS技術(shù)面臨著相應(yīng)的難題。
第一，在屬牛當中的控制點不能夠準確的避開陡峭峽谷的信號遮擋，并且由于制備的覆蓋面積廣闊，導(dǎo)致GPS信號在實際的接受對空信號的過程中，實際的信號傳輸出現(xiàn)危險，導(dǎo)致信號遮擋面積過大，影響精準的測量。
第二，該項工程的實際建設(shè)地點是森林的保護區(qū)，樹木嚴禁看法。這就導(dǎo)致了該項目工程的實際監(jiān)測點檢測受到限制，衛(wèi)星在實際的成像過程效果相對較差。同時對于觀測衛(wèi)星對于信號控制點的檢測受到影響，使得對于整個項目的數(shù)據(jù)采集受到影響，信息采集不能夠精準準確[1]。
1.2 實際的數(shù)據(jù)采集結(jié)果
對于項目的實際的檢測過程中，控制網(wǎng)的觀測過程出現(xiàn)了相應(yīng)的問題，下面通過實際的檢測數(shù)據(jù)進行分析。主要對于實際觀測衛(wèi)星檢測結(jié)果GS030842以及GS050725進行實際的情況觀測，并進行實際的分析通過對于實際的檢測結(jié)果與數(shù)據(jù)進行實際的計算，可以看出，在實際的運行的過程中。GS03在實際的數(shù)據(jù)采集的過程中，僅能夠收集到四顆衛(wèi)星的實際數(shù)據(jù)，并且在實際的數(shù)據(jù)采集過程中會出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷的現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不準確性。同時GS05進行數(shù)據(jù)采集的過程中，信號的接受以及信號的采集同樣的出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象，不能夠提供實際完整的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的采集與檢測，不能夠完成實際的計算模式。
通過對于數(shù)據(jù)的采集能夠發(fā)展，在進行實際的采集過程中，該項目當中的北部區(qū)域受到嚴重的遮擋，導(dǎo)致信號的采集的準確性受到影響。同時在進行地點選擇的過程中，應(yīng)該按照理想的方式進行實際的工作的開展。該工程當中的南部區(qū)域地勢較為平坦，對于數(shù)據(jù)的采集以及信號的檢測會相對的準確。同時應(yīng)該對于該區(qū)域進行遮擋區(qū)域的實際研究，實現(xiàn)衛(wèi)星運行圖運行路線的最優(yōu)化策略，判斷出衛(wèi)星實際運行最好的時間段以及運行過程中最好的采集數(shù)據(jù)的效果。經(jīng)過實際的位置的檢測，以及控制點的選擇，明確了整個控制網(wǎng)的分布情況。并且在實際的衛(wèi)星活動的區(qū)域布置控制點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的準確性。通過對于實際各個控制點的控制手段，通過GS03以及GS05的再次觀測，進行實際的數(shù)據(jù)的檢測，必對結(jié)果。數(shù)據(jù)采集狀況如下圖1所示。經(jīng)過再次的檢測，相對于上一次的數(shù)據(jù)的采集，這一次的數(shù)據(jù)較為準確，說明這個方法可行[2]。
2 提高采集數(shù)據(jù)的處理精度
2.1 提高基線結(jié)算精度
在進行實際的結(jié)算的過程中，極限結(jié)算是指在GPS當中，理應(yīng)具體的觀測值進行計算，并通過相應(yīng)的計算模型進行同步觀測點之間的向量計算模式，最終實現(xiàn)觀測結(jié)果的實際計算。在進行基線計算的過程中，人為控制的計算內(nèi)容主要的體現(xiàn)在以下的幾個方面。主要是調(diào)整衛(wèi)星高度截止角、調(diào)整采樣間隔、提高基線起算點精度以及改變基線結(jié)算參考衛(wèi)星等方式進行實際的計算。在進行采集數(shù)據(jù)的過程中，人文控制因素也是控制采集精準度的重要的體現(xiàn)。在進行實際的調(diào)節(jié)過程中，衛(wèi)星高度截止角控制為15°，采樣的間隔時間是16秒，對于參考衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行實際的選擇，應(yīng)該選用觀測數(shù)據(jù)較為準確并且數(shù)據(jù)采集實踐較長的衛(wèi)星為參考衛(wèi)星，保證數(shù)據(jù)的準確性。在起算點的實際的選擇中，應(yīng)該重視起算點坐標的準確性，實現(xiàn)誤差的最小化。對于基線計算的實際過程中，通過精密星歷進行實際的解算開展，通過平均值的方式進行實際的結(jié)算工作的開展。
2.2 提高平差精度
提高平差精度是在高角度信號遮擋區(qū)域GPS測量控制網(wǎng)精度控制當中的重要的組成部分，并且是提升精度的重要的方式之一。在這一措施的實際實施當中，人工干預(yù)主要的體現(xiàn)在二維無約束的平差環(huán)節(jié)當中。對于該水電工程當中主要的使用平差方式是單點計算，實際投影采用的是高斯的投影法，經(jīng)過實際的子午線測量以及控制網(wǎng)的實際邊長進行尺度比的計算，實現(xiàn)精準的程度。
在進行平差精度計算的過程中，控制投影區(qū)域的中央子午線之分重要，通過大地的坐標實現(xiàn)子午線的精準的控制以及被測區(qū)域的選擇。使得其成為對稱的投影的方式進行實際計算的開展。經(jīng)過這樣的投影面高程值計算，才能夠保證計算的準確性[3]。
3 結(jié)語
綜上所述，在實際高角度遮擋區(qū)域GPS測量控制網(wǎng)精度控制有著重要的意義，完善測量的精準程度對于實際工程的開展有著促進作用。在實際的數(shù)據(jù)采集以及測量的過程中，應(yīng)該重視對于高角度信號遮擋進行實際的處理，通過人工控制實現(xiàn)測量誤差的最小化，有效的解決GPS信號覆蓋問題。
參考文獻：
[1]汪亮.南水北調(diào)中線GPS精密控制網(wǎng)復(fù)測的研究[D].西安科技大學，2013.
角度測量范文第3篇
關(guān)鍵詞：絕對式光電編碼器；格雷碼；二進制碼；Labview
中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)31-
Angle Measurement of Absolute Optical Encoder Based on Virtual Instruments
ZHANG Hui, LIU Jing, QIU chang-li
(Department of Electrician and Electron, Aviation University of Air Force, Changchun 130022, China)
Abstract: Angle measurement of Absolute optical encoder base on Virtual Instruments, the Gray code of absolute optical encoder is sent to single-chip and is convered to binary code, using Labview for data analysis and processing, whose man-machine interface design is beautiful and convenient, it can easily overcome the difficulties of single-chip division calculation.
Key words: absolute optical encoder; gray Code;bBinary code; Labview
1 引言
編碼器是一種特殊形式的光電耦合器件，根據(jù)編碼器刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式兩種。
增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。
絕對式編碼器的每一個位置對應(yīng)一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)，它的特點是可以直接讀出角度坐標的絕對值；沒有累積誤差；電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。
在編碼器的應(yīng)用中，由于絕對編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。
2 設(shè)計原理
本系統(tǒng)由絕對式編碼器，數(shù)據(jù)處理模塊，AVR單片機及Labview虛擬儀器平臺組成。系統(tǒng)工作過程如下：編碼器通過數(shù)據(jù)處理模塊完成相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換，并將格雷碼送至單片機相應(yīng)的I/O端口。單片機讀入碼值進行碼值轉(zhuǎn)換，并通過SPI接口將結(jié)果顯示到液晶屏，同時通過USART接口將結(jié)果送至上位機，用Labview進行后級數(shù)據(jù)分析處理及相應(yīng)人機交互界面的設(shè)計。
圖1 硬件原理示意框圖
3 系統(tǒng)實現(xiàn)
1) 數(shù)據(jù)處理模塊：主要實現(xiàn)的是+12V電平到+5V電平的轉(zhuǎn)化。因為編碼器所提供的并行碼的電平是+12V的，而ATmega16的電平為+5V。在模塊中采用了光耦作為電平轉(zhuǎn)化器件，輸入的編碼器的并行碼進行電平轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過74LS14反向器輸出給ATmega16。
2) ATmega16：主要實現(xiàn)的是對采集到的編碼器的輸出碼進行從格雷碼到二進制的轉(zhuǎn)換，同時并把轉(zhuǎn)換后的二進制碼通過串口發(fā)送給虛擬儀器。為了實現(xiàn)對編碼器的旋轉(zhuǎn)角度的準確描述和顯示，我們采用對編碼器進行三次采樣，它們分別是：編碼器從靜止到轉(zhuǎn)動的初試狀態(tài)，編碼器轉(zhuǎn)動過程中的中間狀態(tài)和編碼器從轉(zhuǎn)動到靜止的終止狀態(tài)。
格雷碼到二進制碼的轉(zhuǎn)換規(guī)律：
格雷碼的最高位與0相異或作為二進制碼的最高位，格雷碼的次高位與二進制碼的最高位相異或作為二進制碼的次高位，格雷碼的第三位與二進制碼的次高位相異或作為二進制碼的第三位，依次進行下去就得到了轉(zhuǎn)換后的二進制碼。
3) 虛擬儀器：
由于單片機對于數(shù)學的除法計算不易實現(xiàn)，所以采用了用虛擬儀器對采集到的數(shù)據(jù)進行處理并顯示。Labview接收到來自單片機的三組數(shù)，它們是：編碼器從靜止到轉(zhuǎn)動的初試狀態(tài)A[0]，編碼器轉(zhuǎn)動過程中的中間狀態(tài)A[1]和編碼器從轉(zhuǎn)動到靜止的終止狀態(tài)A[2]。在Labview的后面板中具體的數(shù)據(jù)處理是通過A[0]與A[1]的比較可以得出轉(zhuǎn)動方向，A[2]與A[0]的差值經(jīng)過角度變換便可以得出旋轉(zhuǎn)的角度，同時在前面板中進行顯示。實驗結(jié)果如圖2所示。
圖2 實驗結(jié)果
程序框圖如圖3所示。
圖3 程序框圖
4 結(jié)論
該系統(tǒng)實現(xiàn)了基于絕對式編碼器的角度測量，利用虛擬儀器，克服了單片機對數(shù)學的除法計算的困難。可以實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)角度的精確測量。
參考文獻：
[1] 劉豐文,鄧文和.25位絕對式編碼器[J].光電工程,2007,27(6):66-68.
[2]鄧方,陳杰,陳文頡,等.一種高精度的光電編碼器檢測方法及其裝置[J].北京理工大學學報,2007,27(11):977-980,1008.
角度測量范文第4篇
石油測井的深度測量
在石油測井的野外作業(yè)中，包括勘探測井、生產(chǎn)測井、射孔測井、打撈測井等，在所有這些項目工程的執(zhí)行過程中，都有一個非常重要的基本參數(shù)，那就是深度測量和深度定位，在完成這些項目的工程車、或拖撬上，不僅在執(zhí)行項目的專用設(shè)備上，如測井系統(tǒng)的地面機柜，有專門的深度測量；另外，在工程車撬的電纜絞車操作臺上，還有可獨立工作的絞車面板，這些面板測量并顯示電纜運行的深度速度張力等參數(shù)；除此之外，許多的車撬還配備有機械軟軸驅(qū)動的深度計數(shù)器，所有的這些深度計量裝置同時工作，在應(yīng)用中相互對比校驗，以確保深度測量準確。
深度測量的方法有很多種，最早期原始的記繩法，除了有經(jīng)驗的測井作業(yè)隊在特殊情況下做過短距離的布條標記使用外，現(xiàn)在已不再使用，然而，類似記繩法的鎧裝電纜磁記號MMD深度測量法，在行業(yè)中仍普遍使用，但是，因為MMD每隔20米注磁一個記號，深度測量的分辨率很低，所以磁記號現(xiàn)在只能作為深度測量的輔助方法存在。在石油測井中，深度測量的參數(shù)還有自然伽碼Gr、套管接箍磁定位CCL、自然電位SP、地層電阻率Rs等，這些參數(shù)都很重要，它們是測井目標深度的界定，但是，它們都不能直觀而準確地分辨和顯示下井工具深度的即時狀態(tài)。
在測井或工程作業(yè)中，深度測量的基本辦法有兩種，一種是增量式光柵角位移編碼器測量法，一種是井口同步馬達電機測量法。編碼器的方法，是通過電纜測量丈量儀，用彈簧壓緊等機械辦法，使電纜運行和與編碼器聯(lián)動的丈量儀計量輪轉(zhuǎn)動同步，編碼器每周轉(zhuǎn)360°，發(fā)出兩路固定相位差90°的、可辨方向的、對稱方波脈沖，這些脈沖，每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)可以是1200、1024、960、600、500等任意整數(shù)，根據(jù)計量輪切邊周長（如果電纜與計量輪不是切線接觸、而有弧度包角時，等效周長為計量輪接觸半徑加電纜半徑換算所得），可以折算電纜運行每走一米時，對應(yīng)的編碼器轉(zhuǎn)動的角度和圈數(shù)，換算為深度系數(shù)（每米脈沖數(shù)），深度測量就是將編碼器輸出的兩路可辯向脈沖做加減計數(shù)（同向運動加，反相運動減）后，除深度系數(shù)得測量深度。井口馬達的方法，通過電纜經(jīng)過的天地滑輪的齒輪咬合，使電纜運行和馬達電機轉(zhuǎn)動同步，早期的深度測量辦法，就是利用放置在井口的、和電纜同步運行的、同步馬達主電機，所輸出的電信號，經(jīng)過電線，驅(qū)動放置在測井車上的同步電機從馬達轉(zhuǎn)動，再帶動機械軟軸深度計數(shù)器，或聯(lián)動的一個增量式光柵編碼器，二次輸出編碼器信號進行深度計數(shù)；同步馬達電機和天地滑輪同步，和電纜運行緊配合，由于電纜倒角受力，即便是在冬季，電纜結(jié)冰也不容易打滑，所以同步馬達在勘探測井、射孔測井等對深度參數(shù)要求嚴格的情況下使用較多；但是，由于同步馬達需要天地滑輪，設(shè)備笨重裝卸不便，加之需要主從兩個馬達電機，所以現(xiàn)在傳統(tǒng)意義上的所謂雙電機的“同步馬達深度測量”法已不多見。目前，比較流行的辦法，是只使用用一個同步電機主馬達，馬達輸出的三相工頻調(diào)制信號，經(jīng)過電路分理和數(shù)字化A/D轉(zhuǎn)換，一樣可以分析出馬達運行的位角狀態(tài)，然后和編碼器深度測量法一樣，通過電子化的‘虛擬同步馬達從電機’解算出的位角變化，可以測量出電纜運行的深度狀態(tài)。由于同步馬達從機虛擬電子化，只要信號完整不變形，那么主馬達輸出的驅(qū)動功率可以大幅度減小，馬達供電的工頻電壓完全可以從AC110V降到AC24V，這有利于同步馬達電機設(shè)備小型化，同時，也符合油井現(xiàn)場低壓防爆的發(fā)展趨勢。
在石油測井領(lǐng)域，編碼器深度測量法完全普及，作為行業(yè)標準存在，而同步馬達深度測量法在個別油田區(qū)域性存在，同時也是勘探和射孔測井的重要保證。
石油測井中深度測量的工作模式
石油測井中，測井曲線和測量深度一一對應(yīng)，但測井成果的文件記錄，和各參數(shù)采樣，與深度測量的工作模式各不相同，集中體現(xiàn)在，有兩種不同的深度測量模式，一種是傳統(tǒng)的3700深度模式，一種是時間驅(qū)動模式。
20世紀90年代初，西安石油儀器總廠最早引進了3700地面測井系統(tǒng)，對我國石油測井儀器的發(fā)展，起了很大的影響。其中，3700測井參數(shù)的采樣頻率，是以連續(xù)執(zhí)行中斷的方法實現(xiàn)的，而中斷和編碼器輸出的脈沖信號同步相關(guān)，并通過編碼器信號分頻實現(xiàn)，比如電纜每走1米編碼器發(fā)出1280個脈沖，3700對它做128：1、64：1、32：1、16：1的分頻，就可以實現(xiàn)對隨電纜運行的井下儀，做每米10點、20點、40點、80點等不同密度的參數(shù)采樣，這就是傳統(tǒng)的3700深度測量模式，直到現(xiàn)在，在眾多的國產(chǎn)石油測井設(shè)備產(chǎn)品中，該模式仍大量存在。但是，二十多年過去了，隨著電子技術(shù)和軟硬件手段的快速發(fā)展，3700模式越發(fā)顯得先天不足，特別是它的深度測量對編碼器的每米脈沖數(shù)有嚴格要求，必須是2的冪次方的整數(shù)倍，相關(guān)編碼器和丈量輪直徑按規(guī)定配置，不符規(guī)定的不能隨意更換，這給設(shè)備兼容和維護帶來了不便，當出現(xiàn)因計量輪磨損直徑改變而有誤差時，當在測量中出現(xiàn)動態(tài)的因電纜彈性拉長等原因造成誤差時，系統(tǒng)不方便做線性化的和動態(tài)的校準，比如3700系統(tǒng)只能人為地隨機增加或減少脈沖數(shù)，造成了測井曲線深度的歪曲；另外，3700工作模式的深度測量，既不能自由設(shè)置采樣密度，也不方便做測井成果的二次加工，比如需要調(diào)整采樣密度二次展現(xiàn)時，無法通過室內(nèi)作業(yè)處理來完成。
和3700深度測量模式不同，時間驅(qū)動深度測量模式，就是按時間順序高密度采樣，比如，早期先行的天津707所研制的石油測井地面系統(tǒng)，北京航空航天大學207電子工程系研制的DCLS系列石油測井地面系統(tǒng)，和北京紫貝龍科技股份有限公司研制的Unilog系列地面測井系統(tǒng)，在它們的測井數(shù)據(jù)原始記錄文件里，同時保存著深度、時間等多維參數(shù)，而圖形展現(xiàn)的測井成果，則是在原始文件的基礎(chǔ)上，可以在現(xiàn)場或室內(nèi)、可以根據(jù)任意設(shè)置的深度采樣間隔生成，也即可以在室內(nèi)二次改變設(shè)置實現(xiàn)新的虛擬現(xiàn)場的快速測井；這樣，在測井現(xiàn)場，因各參數(shù)采樣實際上是時間驅(qū)動，對編碼器的脈沖數(shù)和計量輪直徑就沒有了嚴格要求，每米脈沖數(shù)可以從幾十到數(shù)千之間任意變化，而且還可以保留數(shù)位小數(shù)，比如每米1276.6529個脈沖，軟件上，測井曲線可以根據(jù)實際情況做全井段均布深度拉伸、或分階段做深度伸縮處理，也可以根據(jù)張力變化動態(tài)校正井下儀工具所處的準確位置。上述三家的國產(chǎn)地面測井系統(tǒng)，它們沒有受到3700模式的條框約束，到現(xiàn)在看來是適應(yīng)了時代的發(fā)展，另外，這幾家的產(chǎn)品，也都實現(xiàn)了運用單個同步馬達、和電子數(shù)字化處理，最終完成同步馬達深度測量的可備選方案，其中DCLS數(shù)控和Unilog數(shù)控在勝利、華北、中原、江蘇、南陽、冀東等各油田生產(chǎn)井測井中，都有廣泛的應(yīng)用。
目前國內(nèi)主流的完井（或勘探井）地面測井設(shè)備，主要是引進的BakerAtlas阿特拉斯eclips5700地面系統(tǒng)、和Halliburton哈利伯頓EXCELL2000地面系統(tǒng)，5700繼承了3700的深度驅(qū)動模式，而2000則采用標準的時間驅(qū)動模式，兩家站在行業(yè)的潮頭，典型代表了石油測井系統(tǒng)深度測量工作模式的兩大分支。
在測井系統(tǒng)的設(shè)備配置上，和深度信號采集相關(guān)的設(shè)備單元也各具特色，其中5700系統(tǒng)，深度信號采集在地面系統(tǒng)的核心箱體--5752數(shù)據(jù)采集箱，外加擴展顯示窗口的5712絞車面板，5752深度采樣方式較3700有改進，但對編碼器脈沖數(shù)仍有嚴格要求；5712界面為Win98/XP桌面的10寸觸摸屏，窗口參數(shù)顯示包括編碼器深度、磁記號深度、速度、井口張力、差分張力、井下纜頭張力等，數(shù)據(jù)刷新頻率4Hz。EXCELL2000地面系統(tǒng)，它配套的深度單元是SDDP-A/B絞車面板、或WSDP（IQ）絞車面板，其窗口顯示的參數(shù)和5712相當，因2000絞車面板自帶編碼器、張力、磁記號等信號的采集，所以它們是可以獨立工作的，當它們和2000地面測井系統(tǒng)配套使用時，通過IEEE488[1]的GPIB接口，和2000地面數(shù)據(jù)采集單元聯(lián)機，每隔10mS傳遞一幀深度速度張力等參數(shù)信息。
Unilog2000生產(chǎn)井數(shù)控測井系統(tǒng)，深度采集單元集中在標準機架式的預(yù)處理單元箱，在這個箱體內(nèi)，配有兩套深度采集單元，一套是箱內(nèi)核心機籠插槽內(nèi)的FPGA深度采集模塊，一套是箱體前面板上安裝的16位單片機[2]深度采集單元，兩套深度單元都具備獨立的工作模式，也可以聯(lián)機運行；其中，單片機深度采集直接和編碼器深度傳感器連接，其信號經(jīng)正交去抖后引入CPU采集，而FPGA深度模塊的信號輸入，需要通過軟件窗口程控，可以選擇單片機單元輸出的編碼器信號，也可以選擇機籠插槽內(nèi)硬件生成的仿真編碼器深度信號；Unilog2000數(shù)控系統(tǒng)，測井時圖形走曲線可選時間驅(qū)動、仿真深度驅(qū)動，或真實下井深度（編碼器信號）驅(qū)動。
Unilog2000測井中，儀器下井或出井時，測井系統(tǒng)主機不工作，只要預(yù)處理單元箱體上電，單片機深度系統(tǒng)就可以單獨工作，當井下儀下井到目的層后，測井系統(tǒng)主機開機，或者，當測井系統(tǒng)的深度驅(qū)動由仿真深度驅(qū)動或時間驅(qū)動，轉(zhuǎn)向真實的深度驅(qū)動時，那么FPGA深度模塊通過RS232向單片機索取當前井下儀深度位置，然后和單片機并行運行。聯(lián)機工作時，使用單片機的16鍵小鍵盤，在井下儀運動和測井停止時，給單片機設(shè)置的當前深度、深度系數(shù)，和用小鍵盤在大深度位置自動反算的深度系數(shù)，通過RS232，可以覆蓋FPGA深度單元相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，反之，使用上位機鍵盤設(shè)置的當前深度、深度系數(shù)，也可以覆蓋單片機單元對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置；單片機單元的設(shè)置參數(shù)經(jīng)過帶I2C接口的E2PROM芯片保存，F(xiàn)PGA深度單元的參數(shù)設(shè)置經(jīng)過上位機電腦硬盤文件保存。
在Unilog2000的井口馬達工作模式，首先通過小鍵盤，將單片機的深度測量模式由編碼器轉(zhuǎn)換成井口馬達。馬達信號在單片機模塊上，經(jīng)過電路預(yù)處理、A/D采集、及軟件處理，解出馬達轉(zhuǎn)動的位角變化和電纜深度數(shù)據(jù)，并在單片機模塊的窗口上顯示相應(yīng)的深度速度信息，同時，單片機通過HSO快速接口，輸出每米2560脈沖的方波信號，這個信號的頻率數(shù)，和電纜運動速度精確對應(yīng)，然后，再分相分頻，見圖3.，得到兩路相位差90°正交的、每米1280脈沖數(shù)的虛擬編碼器信號，輸送給FPGA的深度單元。
絞車面板深度測量
絞車面板是安裝在絞車操作臺上的，供絞車操作員使用的電纜計量裝置，是測井車、拖撬、或打撈車的絞車操作的配套測控設(shè)備。絞車面板測量深度、速度、張力、差分張力四個參數(shù)，其中深度、速度公用一個增量式光柵角位移編碼器傳感器，或公用一組井口馬達電機信號，張力、差分張力公用一個拉力傳感器。
CM-3系列[3]絞車面板主要電路組成
CM-3系列絞車面板采用80C196單片機[2]，程序片選用8K字節(jié)的可擦除E2PROM芯片AT28C64，現(xiàn)場可恢復(fù)及掉電保數(shù)使用鐵電存儲器FM1808，鍵盤管理與數(shù)字顯示采用傳統(tǒng)芯片8279，主要電路結(jié)構(gòu)圖2.。
深度與速度的編碼器信號測量
編碼器信號正交去抖。編碼器輸出的脈沖信號，會因編碼器產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境干擾等原因，出現(xiàn)不標準或干擾和尖刺，在接入采集之前需要做校正處理。CM-3系列絞車面板的電路，均對編碼器信號做了正交去抖處理，如圖3.其中編碼器輸入信號經(jīng)施密特整形后做簡單RC延遲，再經(jīng)74HC86對脈沖信號做上升和下降的雙邊沿檢測，然后輸入兩個D觸發(fā)器，對正交存在的encod-A和encod-B信號做正交去抖，去抖結(jié)果在IC4（74HC74）的5腳、9腳輸出，對應(yīng)波形A-D（encod-B）和B-D（encod-A）如圖所示。
編碼器信號的深度速度測量。CM-3系列智能絞車面板，成功研發(fā)于1997年，在當時8031/8051八位單片機使用流行的時候，使用了Intel80C196十六位單片機，由于其CPU強大的寄存器-寄存器的多累加器指令結(jié)構(gòu)，和先進的16位乘法與32位/16位除法的硬件指令，加上軟件匯編可以方便地實現(xiàn)48位/32位的除法運算，使該型絞車面板和以八位單片機為核心的眾多型絞車面板相比，有許多先天的優(yōu)勢，除了測量量程大，精度高，操作方便之外，其突出特點，就是計算能力強和速度快，得益于這個優(yōu)勢，使得設(shè)計絞車面板時，將深度測量的基本計量單位設(shè)計成原始的編碼器脈沖數(shù)物理量，僅在面板窗口顯示的數(shù)據(jù)刷新時，即時通過除法運算將物理量轉(zhuǎn)成工程量；而當時，一般八位單片機的絞車面板，其存儲器中采集的深度計量單位都是將編碼器脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成工程量的某某某米數(shù)，這樣從計算上，CM-3絞車面板直接避免了“物理量-工程量”的轉(zhuǎn)換誤差與誤差積累。
通常，八位單片機采集深度編碼器脈沖數(shù)的方式，是將單片機的硬件計數(shù)器，設(shè)計成可中斷的重載計數(shù)器，重載預(yù)置參數(shù)設(shè)置成對應(yīng)的編碼器每米脈沖數(shù)的1/N，也即，軟件參數(shù)的設(shè)置，和每米脈沖數(shù)設(shè)置綁定，并要求脈沖數(shù)是N的整數(shù)倍，計數(shù)器中斷一次，然后二次計數(shù)器加一，對應(yīng)電纜運行1/N米，實際上1/N是這種設(shè)備測量工程值的最小單位和分辨率，比如電纜每走1米編碼器發(fā)出1280個脈沖，那么計數(shù)器重載參數(shù)為128，N=10，計數(shù)器每中斷一次，電纜運行0.1米。顯然，常規(guī)八位單片機核心的絞車面板，它的深度測量方式和測井地面系統(tǒng)中傳統(tǒng)的3700深度測量模式相當，而這種方式測量的工程值分辨率小轉(zhuǎn)換誤差大，誤差積累也很明顯，對射孔測井等精確測深的要求適應(yīng)差，盡管它們都增設(shè)了每千米電纜矯正量，但校正不線性，也不準確。
CM-3系列智能絞車面板使用intel80C196核心，該單片機芯片上自帶一個16位加減計數(shù)器T2，可根據(jù)T2up/dn--Pin33管腳電平的高低變化自動完成計數(shù)器累加或累減。將編碼器信號與T2clk--Pin44管腳連接，將D觸發(fā)器鑒別的編碼器方向信號與Pin33管腳相連，軟件對T2計數(shù)器設(shè)置開中斷，另外軟件配置一個LA的32位雙字長整形變量，將其中16位低字變量LAD和T2計數(shù)器鏡像等值，當T2上溢中斷，T2脈沖數(shù)累加夠65536個脈沖數(shù)，中斷子程序?qū)?6位高字整形變量LAH加1，當T2下溢中斷，表明脈沖數(shù)累減夠65536個脈沖數(shù)，中斷子程序?qū)?6位高字整形變量LAH減1。T2中斷的子程序也非常簡潔，如下：
由于T2加減計數(shù)是自動的，T2中斷一次相當于電纜運行數(shù)十米，80C196計數(shù)器T2中斷的次數(shù)，比一般八位機深度采樣的計數(shù)器中斷的次數(shù)低兩個數(shù)量級，而且由于子程序簡單，中斷所占用的指令周期數(shù)近似忽略不計。這樣，CM-3系列的絞車面板，實際上它不再局限于深度系數(shù)的大小，系統(tǒng)只用按照系統(tǒng)時鐘（間隔?秒），定時刷新LA雙字整形變量【只執(zhí)行“LD LAD，TIMER2”一個指令】即可，所以，它的深度采集，使用了非傳統(tǒng)的八位機通用的深度采集模式，其實就是時間采樣，簡單又可靠。
速度測量，是在每隔?秒時，將當前讀的LA變量，與上一次讀得的LA’變量相減，得到變量差變量VS（16位整形字），然后累計連續(xù)四次的差變量，得一秒內(nèi)編碼器脈沖數(shù)的變化量，然后轉(zhuǎn)換成“米/小時”、或“米/分鐘”單位即可。
深度速度顯示。絞車面板數(shù)碼管顯示深度六位數(shù)，根據(jù)數(shù)值的大小，浮動保留一位或二位小數(shù)（內(nèi)部計算精確到四位小數(shù)，即0.1mm）；速度顯示5位數(shù)，保留一位小數(shù)顯示時單位是m/min，全部整數(shù)顯示時單位是m/h，單位設(shè)置和報警速度設(shè)置同步。顯示數(shù)據(jù)刷新頻率4Hz，和5712相當。
CM-3系列絞車面板深度和深度系統(tǒng)的同步校深。由于CM-3深度測量的內(nèi)存變量，是編碼器發(fā)出的原始脈沖數(shù)，在測井大深度段，如果能夠明確當前位置的準確深度值，可以以此反算校正深度系數(shù)，實現(xiàn)既校深度又校正深度系數(shù)的同步校深。同步校深反算的深度系數(shù)，為8位有效數(shù)，其中保留四位小數(shù)，精確到1萬米有一個脈沖數(shù)的誤差。面板實際操作順序為：按下“深度”、“系數(shù)”鍵，數(shù)碼管第一至第七位顯示當前所測量的深度，第八、九位顯示“L.=”，然后，可從高位到低位依次鍵入當前的標準深度值，鍵入的數(shù)字在窗口第九位后依次顯示，輸入完畢后按“深度”或“系數(shù)”鍵確認，然后深度顯示即為校正后深度，同時，單片機保存的深度系數(shù)自動更新為校正后的數(shù)值[4]。
3.3.張力與差分張力測量
3.3.1.張力與差分張力測量方式
CM-3絞車面板的張力信號輸入為0～5V模擬信號，80C196單片機上有0～5V輸入的10位A/D采集接口，為了保證張力采樣精度，軟件上做了32次的劃船式平均值處理，得到Σ-Δ型的準15位的張力平均值采樣，再乘張力系數(shù)，得張力工程值。
程序軟件設(shè)HSO軟件定時器，定時一級時鐘為1/16秒，定時器中斷，子程序讀取前一次張力A/D結(jié)果，然后打開下一次A/D采集。系統(tǒng)將前兩秒內(nèi)32個A/D結(jié)果累計，作為當前的一秒鐘之前的平均值（即張力采樣），拿最新一次的A/D結(jié)果，與1秒之前的平均值差分，得1秒鐘內(nèi)張力的變化量，即差分張力的采樣結(jié)果；然后，將最新A/D的采樣結(jié)果，替換到2秒以前最后一次的A/D采樣的內(nèi)存空間中，完成數(shù)據(jù)更新。
張力顯示位5位數(shù)碼管，顯示數(shù)據(jù)工程值單位位kg，數(shù)據(jù)刷新頻率和深度速度顯示相同，為4Hz。差分張力輸出給59C23型-5V～0～+5V雙擺指針表模擬量顯示[CM-3A小面板是兩列光柱顯示]，滿量程為500kg，顯示刷新頻率16Hz；單片機通過PWM方式實現(xiàn)數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)換，見圖4.。
圖4.差分張力數(shù)模轉(zhuǎn)換圖
張力系數(shù)的常用設(shè)置。張力系數(shù)是張力傳感器滿量程時（輸出最大信號5V），張力顯示的最大數(shù)據(jù)，因為張力單位選kg，為了和國產(chǎn)張力計參數(shù)保持一致，所以張力系統(tǒng)以噸為單位，設(shè)置范圍為0.100～32.760（t/5V）。張力系數(shù)和深度系數(shù)一樣，可以在絞車面板上用小鍵盤直接輸入，實際操作：按下“系數(shù)”、“張力”，顯示窗口1～6位數(shù)碼管顯示之前的張力系數(shù)，第八、九位顯示“F.=”，然后，可從高位到低位依次鍵入新的張力系數(shù)，鍵入的數(shù)字在窗口第十一位后依次顯示，如果預(yù)置張力乘系數(shù)小于1.000，第一鍵直接按“.”鍵，系統(tǒng)默認按下了‘0.’，數(shù)值輸入完畢后按“系數(shù)”或“張力”鍵確認。
在測井中，張力計（傳感器）一般安裝在天滑輪或地滑輪上，電纜經(jīng)過滑輪受力倒角α，如圖5，根據(jù)受力分析，張力系數(shù)F.和張力傳感器滿量程參數(shù)M關(guān)系如下：
為了便于現(xiàn)場操作，絞車面板增加了夾角為α的、10噸張力計（M=10）的張力系數(shù)角度輸入法，按正常張力系數(shù)輸入的方法，以整數(shù)的形式輸入夾角α，系統(tǒng)自動查表換算出對應(yīng)的張力系數(shù)。這里，α輸入范圍為1°～162°，輸入時，不能夾帶小數(shù)點，否則系統(tǒng)默認直接輸入張力系數(shù)F. 。如果系統(tǒng)不是使用10噸傳感器，可以先按10噸傳感器的辦法先輸入α夾角，完畢后再按“系數(shù)”、“張力”鍵，查看已算好的、10噸時α角的張力系數(shù)，然后按比例換算實際噸位的張力系數(shù)，重新輸入即可。
張力兩點刻度。在2006年，根據(jù)現(xiàn)場需要，輸入張力系數(shù)的辦法，又增加了張力兩點刻度。張力系數(shù)的三種輸入方法，最后操作的占先。這樣的功能，在unilog2000數(shù)控的單片機深度單元，和“WCU3000智能數(shù)控絞車面板”上，都得以實現(xiàn)。
張力兩點刻度操作，按“張力”、“系數(shù)”鍵 ，1～6位數(shù)碼管顯示當前張力A/D轉(zhuǎn)換的代碼值，7～11位數(shù)碼管顯示窗分別顯示“CAL 1=”或“CAL 2=”，分別是第一點刻度或第二點刻度，輸入每點刻度的工程值，輸入時，輸入的數(shù)字依次在12～16位數(shù)碼管顯示出，輸入的工程值單位是kg，輸入范圍0～65535，輸入小數(shù)點、“-”、或其它非數(shù)字鍵表示輸入完畢[5]。兩點刻度后，可檢查或設(shè)置修改張力加常數(shù)，連續(xù)按“系數(shù)”、“張力”、“0”鍵，1～6位數(shù)碼管顯示當前張力加常數(shù)，7～11位數(shù)碼管顯示窗顯示“FEb=”，隨后設(shè)置新的張力加常數(shù)，設(shè)置方法和設(shè)置修改深度的方法一樣。
井口張力對零：測井中為了讓絞車面板顯示相對井口時電纜重力的變化量，可以當儀器在井口吊掛和深度對零時，按“張力”、“0”、“張力”鍵，進行張力初值對零操作，該操作僅在當前深度顯示小于200米時有效，并記錄井口張力初值。在其它深度位置，按“張力”、“0”、“張力”鍵，張力顯示為當前值與井口初值之差，按“張力”、“1”、“張力”鍵，則撤銷減初值顯示。
同步馬達深度速度測量
在同步馬達深度測量模式，同步馬達轉(zhuǎn)子接收AC110V工頻信號交流電，定子次級輸出星形連接的{MV，MU，MW}三相工頻調(diào)制信號（最大開路電壓50±2V），這三相信號工頻解調(diào)后，為分別相差120°的正弦波信號。同步馬達信號預(yù)處理，如圖6.圖7.。首先通過開關(guān)三極管解出工頻同步SYN50Hz，通過74HCT123解出工頻正弦波90°角波峰時的1mS開門電平，然后開門電平與采樣保持芯片LF198相連，在1mS的開門時間內(nèi)，解出工頻解調(diào)的三相相位正弦波信號：V=A*sinφ，U=A*sin（φ+120°），W=A*sin（φ-120°）；因（U-W）= *A*cosφ，所以理論上通過V和（U-W）可以解析出φ。
圖6.同步馬達信號電路預(yù)處理
如圖7.，P（U-W）方波是（U-W）余弦信號零檢電平邏輯，P（/V）方波是V正弦信號的零檢電平邏輯，“P（/V） xor P（U-W）”異或門方波信號的邊沿和V正弦波的0度～90度～180度～270度～360度對應(yīng)。由于80C196單片機A/D輸入為0～5V正信號，所以V正弦波經(jīng)U7、U8做絕對值變化，輸入單片機A/D（CH2）。由于正弦波波峰值因工礦不同大小不一，因此每次采樣后，要比較判斷提取最大值，作為正弦波最高基值，90度位角時實測值與最大值比為1.0，其它比值時查表得0～90度的位角大小，然后，通過單片機P1.6腳P（/V）電平、和P1.4腳異或門輸出電平的鑒別，就可以準確確定φ位角在一周0度～360度之間的準確定位。
圖7.同步馬達信號相位邏輯關(guān)系圖
在同步馬達深度測量模式，80C196單片機程序軟件設(shè)HSO軟件定時器，定時一級時鐘為1/128秒，在定時中斷子程序中，井口馬達信號和張力信號交替A/D采集，對應(yīng)馬達信號V--A/D（CH2）的采集周期是1/64秒，由于電纜天地滑輪和井口馬達齒輪咬合比為1：4，即電纜走一米馬達轉(zhuǎn)動4周，當電纜最大運行速度小于19.2km/h時，每1/64秒井口馬達最快轉(zhuǎn)動1/3轉(zhuǎn)，也即兩次解算馬達位角差變化最大小于120度，如果實測的數(shù)值大于120度，則認為位角有新增360度的解算變化，即有跨周期的位角變化。因此，設(shè)計井口馬達解算適應(yīng)電纜的運動速度范圍0 ～ ±19km/h，相關(guān)產(chǎn)品向用戶提供的操作技術(shù)要求，限制電纜最高運行速度小于18km/h，推薦最高限速15km/h [6]。
在同步馬達深度測量模式，位角變化虛擬對等編碼器脈沖數(shù)，每轉(zhuǎn)360度角虛擬320個脈沖數(shù)，每米電纜軟件虛擬1280個脈沖，相關(guān)深度測量的深度預(yù)置，和深度系數(shù)設(shè)置、同步校深，和編碼器深度測量模式一致，設(shè)置方法相同；如果天地滑輪參數(shù)和電纜直徑都是標準型號，那么深度系數(shù)應(yīng)該是1280.0000，如果有出入，那就是接近1280的一個小數(shù)，具體大小需要在標準井上校對反算。
在同步馬達深度測量模式，編碼器深度測量模式被關(guān)閉，在該模式下，unilog2000數(shù)控預(yù)處理單元的單片機模塊，具有馬達深度信號轉(zhuǎn)化為虛擬編碼器正交雙脈沖信號的能力（見圖3.），提供給FPGA深度模塊做深度采集；WCU3000智能數(shù)控絞車面板只有同步馬達深度信號接收能力，但不具備虛擬轉(zhuǎn)換編碼器正交雙脈沖信號的能力。虛擬脈沖輸出的過程，利用了80C196單片機高速HSO.0接口的‘鎖定T2時基比較觸發(fā)電平變化不中斷’，同時設(shè)定‘T2鎖定計數(shù)連續(xù)溢出復(fù)位不中斷’，而T2定時器重載參數(shù)，和T2時基比較參數(shù)，與解算的同步馬達位角變化量的解算值、和與對應(yīng)的虛擬編碼器脈沖個數(shù)相關(guān)；相關(guān)具體賦值設(shè)置，都在1/64秒刷新頻率的中斷子程序中完成。
單片機深度測量在絞車面板和地面測井系統(tǒng)中應(yīng)用效果
自從1997年80C196單片機在絞車面板上使用之后，當時行業(yè)里對‘電纜丈量儀計量輪加工的技術(shù)保密’，就馬上變得沒有任何意義，因為80C196單片機系列的絞車面板，已經(jīng)不受計量輪周長和編碼器脈沖的限制，可以自行校正深度，而且精確度顯著提高；并且從南陽到廊坊，兩次工廠化地編外生產(chǎn)過上百套‘CMC’型、‘HM-3’型、‘CM-3’型、‘CM-3A’型智能數(shù)控絞車面板，給生產(chǎn)電纜測井車的華美員工，帶來了福利；同時，也給各油田用戶帶來了成果，比如克拉瑪依白堿灘打撈隊，使用Φ5.6電纜，在5600米的井下打撈，電纜彈性拉長40米，如果沒有深度校正性能良好的HM-3型絞車面板，那么將是非常困難的。
從普通絞車面板，到Unilog2000地面測井系統(tǒng)，包括RS232通訊、軟件實現(xiàn)I2C、CRC校驗、同步馬達信號虛擬轉(zhuǎn)換編碼器信號等，80C196單片機深度測量模塊的功能逐次升級完善，而且測量精度完全符合行業(yè)標準要求，雖然這種應(yīng)用實現(xiàn)已經(jīng)過去很多年，但是這種應(yīng)用現(xiàn)在并不顯得落后，起碼在測量精度上，和WSDP高檔絞車面板有的一拼；雖然，常用的進口地面測井系統(tǒng)配套的專業(yè)絞車面板，都是WinXP平臺觸摸屏化，界面很友好，80C196核心LED數(shù)碼管窗口的絞車面板有些落后，但是，和常規(guī)的絞車面板相比，其操作的靈活性和便捷性，即便在現(xiàn)階段仍然實用，一些老用戶，目前仍有這些老產(chǎn)品的使用需求。
絞車面板及深度測量發(fā)展展望
畢竟，單片機繁榮的時期已經(jīng)過去，現(xiàn)在已經(jīng)是FPGA和ARM崢嶸的年代，但是，相關(guān)的深度采集的方法技術(shù)，在現(xiàn)階段乃至有限發(fā)展中，并沒有落后，這些技術(shù)還是要使用的。比如預(yù)期新的絞車面板，將采用STM32芯片，具備“ARM 32-bit Cortex-M4 CPU with FPU”核心，具備強大的DSP運算能力，芯片上有自帶正交去抖的多路編碼器信號輸入，可以實現(xiàn)WSDP特有的能夠防止計量輪打滑的雙路編碼器深度信號輸入的測量方式，另外STM32芯片，自帶LCD-TFT控制接口，方便連接觸摸顯示屏，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)更簡單、功能更強大、界面更友好的新一代深度測量絞車面板。
注1： IEEE488總線，是20世紀70年代HP公司制定，由1975年IEEE、1977年國際電工委員會（IEC）推薦的、最大20米最高1MB/s的并口協(xié)議。
注2： intel80C196KB/KC十六位單片機，含232/488字節(jié)寄存器的、寄存器-寄存器式累加器，集成硬件16*16乘法、32/16除法指令，有四個軟件定時器、高速輸入/輸出接口、16位加減計數(shù)器、10位A/D等功能。
注3：CM-3系列絞車面板，包括“CMC智能數(shù)控絞車面板”、“HM-3智能數(shù)控絞車面板”、“CM-3智能數(shù)控絞車面板”、“CM-3A智能數(shù)控絞車面板”（小面板，差分張力有兩列光柱顯示）、“WCU3000智能數(shù)控絞車面板”
注4： 同步校深操作，要求儀器下井前作好深度對零工作，之后同步校深前，沒有人為修改過深度數(shù)據(jù)。
注5：張力兩點刻度第一點刻度輸入后，半小時內(nèi)如果沒有繼續(xù)輸入兩點刻度的第二點，則退出張力兩點刻度；如果第一點刻度輸入后，想中斷取消張力兩點刻度，那么點擊“張力”、“系數(shù)”、“張力”（第三鍵可以是任意非數(shù)字鍵）即可。如果兩點刻度兩次吊掛的砝碼相差很小，則第二點刻度作廢。兩點刻度設(shè)置完成以后，如果想檢查刻度的結(jié)果，可以使用“系數(shù)”、“張力”鍵檢查新的張力系數(shù)，看完如果不修改，鍵入非數(shù)字鍵退出。
角度測量范文第5篇
1、知識與技能目標：
(1)通過實驗進一步鞏固物質(zhì)密度的概念;
(2)嘗試用密度知識解決簡單的問題，能解釋生活中一些與密度有關(guān)的物理現(xiàn)象;
(3)學會量筒的使用方法，一是用量筒測量液體體積的方法;二是用量筒測量不規(guī)則形狀物體體積的方法。
2、過程與方法目標：
通過探究活動學會測量液體和固體的密度。學會利用物理公式間接地測定一個物理量的科學方法。
3、情感、態(tài)度與價值觀目標：
培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。
(二)學法點撥
本節(jié)在學習質(zhì)量、密度概念及用天平測量質(zhì)量的基礎(chǔ)上，學習測量物質(zhì)的密度。學習利用公式間接測定某個物理量的方法。
量筒的容積單位一般是毫升(mL),也有使用立方厘米(cm3)作單位的。1mL=1cm3.
同許多測量儀器(電流表、電壓表、天平)一樣，量筒也有量程和分度值。
測量物體體積的方法：
規(guī)則形狀物體可以用直尺測量。不規(guī)則形狀物體可以用量筒測量。用量筒測量體積常用“溢杯法”：將物體浸入盛滿水的容器中，同時將溢出的水接到量筒中，讀取量筒內(nèi)水的數(shù)值便是該物體的體積。測量石蠟等密度密度比水的密度小的固體的體積，可以采用“懸垂法”：先讀取懸掛重物被浸沒于量筒中液體對應(yīng)的體積，再將石蠟和重物系在一起浸沒于量筒中，讀取此時的液體體積，兩者的差便是石蠟的體積。
教學過程
一、引入新課
通過上一節(jié)課學習，我們知道密度是物質(zhì)的一種特性。在實際應(yīng)用中有重要的意義。
1、問：什么叫物質(zhì)的密度?怎樣計算物質(zhì)密度?
2、出示一塊長方體鐵塊，問：要測這鐵塊的密度，需要測哪些量?用什么器材測量?記錄哪些量?怎樣求出鐵塊的密度?
3、再出示一塊任意形狀的石塊和裝在小碗的鹽水問：能否用測長方體鐵塊密度的方法測這塊石塊的密度和小碗里的鹽水?用刻度尺不行，那么用什么儀器來測定形狀不規(guī)則的石塊和鹽水的體積?出示量筒，指出液體的體積可以用量筒來測量。
二、量筒的使用
指出：量筒中液面呈凹形時，讀數(shù)時要以凹形的底部為準，且視線要與液面相平，與刻度線垂直。
1、探究怎樣用量筒測量不規(guī)則形狀物體的體積
方法：先在量筒中裝入適量的水(以待測體積的物體放入量筒后能完全浸沒，且量筒中的水上升的高度不超過量筒的最大刻度值為準)，讀出此時量筒中水的體積V1;將不規(guī)則形狀物體浸沒在量筒中，讀出此時量筒中水面所對應(yīng)的刻度值V2。V2與V1的差值就是被測不規(guī)則形狀物體的體積。
2、了解這種測量方法的原理：利用等量占據(jù)空間替代的方法進行測量。
3、嘗試測量一個塑料塊的體積。
4、探究怎樣用量筒測量一些形狀不規(guī)則且無法浸入量筒之內(nèi)的固體的體積。
可采用“溢杯法”測量其體積。所謂“溢杯法”即將物體浸入盛滿水的容器內(nèi)，同時將溢出的水接到量筒中，讀取的數(shù)值便是該物體的體積。但現(xiàn)有量筒一次不能盛取石塊溢出的水量，可用較大容器盛接溢出的水，再分若干次用量筒測量所接到的水，多次讀取數(shù)據(jù)，最后相加得到石塊的體積。
5、探究怎樣用量筒測量密度小于水的不規(guī)則物體的體積。
(1)壓入法：用一根細而長的鐵絲將蠟塊壓入水中。蠟塊投進量筒和壓入水中后量筒中水面所對的刻度的差值就是烹塊的體積。
(2)沉錘法：用細線將一個鉤碼系在蠟塊下面，用細線吊著蠟塊和鉤碼放入量筒，鉤碼先浸沒在水中，記下此時量筒中水面所對應(yīng)的刻度值V1，然后鉤碼和蠟塊一起浸入水中，記下此時量筒中水面所對應(yīng)的刻度值V2，V2與V1的差值就是蠟塊的體積。
三、測量形狀不規(guī)則的塑料塊和鹽水的密度
1、學生分組設(shè)計實驗方案、設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格。
2、各小組間交流所設(shè)計的實驗方案。根據(jù)交流結(jié)果對自己設(shè)計的實驗方案進行適當調(diào)整。
3、各小組匯報實驗數(shù)據(jù)，然后進行討論;
引導(dǎo)學生進一步體會到：密度是屬于物質(zhì)本身的一種特性，其大小與物質(zhì)的質(zhì)量、體積無關(guān)，它與物質(zhì)種類有關(guān)，同一種物質(zhì)密度相同。
達標自查
1、測量一種物質(zhì)的密度，一般需要測量它的和。然后利用公式，計算出物質(zhì)的密度。這是一種(填“直接”或者“間接”)測量法。
2、測量形狀不規(guī)則固體體積的時候，要用量筒來測量，量筒的容積要適量，適量的含義是固體(填“能夠”或者“不能”)浸沒入液體中。
3、小亮做測量石塊的密度的實驗，量筒中水的體積是40mL，石塊浸沒在水里的時候，體積增大到70mL，天平測量的砝碼數(shù)是50g,20g,5g各一個。游碼在2.4g的位置。這個石塊的質(zhì)量是，體積是，密度是。
4、為了減輕飛機的質(zhì)量，制造飛機時，應(yīng)該選用密度較的材料。
5、下列是不同量筒的量程和分度值，小明同學要測量出密度是0.8g/cm3的酒精100g,則應(yīng)選擇()
A、50mL，5mLB、100mL,2mLC、250mL,5mLD、400mL,10mL
6、使用托盤天平的時候，下列做法錯誤的是()
A、加減砝碼的時候，可以用手輕拿輕放B、不允許把化學藥品直接放在天平托盤里
C、被測物體不能超過天平的量程
D、被測物體的質(zhì)量等于右盤砝碼的質(zhì)量加上游碼的讀數(shù)
7、用天平和量筒測量食用油密度的實驗中，不必要且不合理的是()
A、用天平稱出空燒杯的質(zhì)量
B、將適量的食用油倒入燒杯中，用天平測出杯和油的總質(zhì)量
C、將燒杯中的油倒入量筒中讀出油的體積
D、用天平測出倒掉油以后燒杯的質(zhì)量
8、下面是小明在測鐵塊密度時的主要步驟，請你寫下正確的操作步驟序號()
A、將m、V代入公式中，算出鐵塊密度
B、鐵塊用細線拴好輕輕放入水中，測出水和鐵塊的總體積V2
C、在量筒中倒入一部分水，測出水的體積V1
D、用天平稱出鐵塊的質(zhì)量m
E、根據(jù)數(shù)據(jù)V1、V2算出鐵塊的體積V
9、根據(jù)密度的公式，下列說法正確的是()
A、質(zhì)量越大，密度越大B、體積越大，密度越小
C、密度是物質(zhì)的性質(zhì)，與質(zhì)量、體積無關(guān)
能力提高
10、在調(diào)節(jié)托盤天平指針前，發(fā)現(xiàn)指針偏向刻度線中央的右側(cè)。為使天平橫梁平衡，應(yīng)將橫梁右端的調(diào)節(jié)螺母()
A、向或移動B、向左移動C、不必移動，而移動游碼D、以上三種都可以
11、給你一臺天平、一把直尺、一枝鉛筆，測出一卷細銅絲的長度，寫出你的方法。
12、用鐵、木分別做成體積相同的實心立方體，問哪一個質(zhì)量大?為什么?
13、小實驗：測量雪的密度
問題：雪的密度在任何地方、不同的時間都一樣嗎?
材料：兩個同樣大小的玻璃或塑料筒(高約25cm,直徑約7cm);
兩個塑料袋，一架天平，一個量筒。
操作過程：(1)在冬天時將塑料袋裝滿雪，記下雪的類型(例如，濕雪、干雪、干粉狀雪等)及室外空氣的溫度;
(2)返回教室內(nèi)把雪全部倒入一個大碗里;
(1)將一個圓筒稱重(m1),仔細地裝滿雪，不要使筒內(nèi)留下空隙，再一次將圓筒稱重(m2)，m2-m1即測得的雪的質(zhì)量;
(2)取第二個圓筒測量它的體積。方法有二：一是用量具測量;二是將圓筒裝滿水，用量筒測出其體積，記錄下需要水的數(shù)量(mL)
(3)雪的密度等于雪的質(zhì)量除以圓筒的體積;
雪的密度=
(4)在不同溫度下重復(fù)這個實驗，觀察雪的密度在不同溫度下是否相同。
14、為了判斷一個鐵球是不是空心的，某同學測得如下數(shù)據(jù)：
(1)做這個實驗需要哪些器材?主要步驟怎樣?
