Metodo di compensazione della deriva di zero bias per il giroscopio MEMS

In condizioni di variazione dinamica della temperatura

La sostanza principale del giroscopio MEMS è il silicio e le sue proprietà fisiche cambiano con la temperatura. Inoltre, anche la struttura di assemblaggio e i componenti elettronici del giroscopio MEMS sono molto sensibili alle variazioni di temperatura, il che fa sì che lo zero bias dei giroscopi MEMS fluttui con le variazioni di temperatura. Quando la temperatura dell'ambiente di lavoro cambia, anche i parametri statici di zero bias calibrati in precedenza si spostano notevolmente con la temperatura del pozzo e l'autoriscaldamento.

Negli ultimi anni, nell'esplorazione e nello sfruttamento delle risorse petrolifere e di gas, le risorse petrolifere e di gas di alta qualità facili da sfruttare sono sempre meno e l'esplorazione delle risorse petrolifere e di gas ha iniziato a spostarsi in aree con terreni complessi, strati petroliferi sparsi e sfruttamento difficile. In questo particolare ambiente di esplorazione e produzione, la tradizionale tecnologia di perforazione verticale non è in grado di soddisfare i requisiti dell'attuale acquisizione di risorse petrolifere e di gas; la possibilità di eseguire la perforazione con una certa pendenza e con un certo strike secondo la traiettoria pianificata influisce direttamente sul successo della perforazione. Negli ultimi anni sono state gradualmente sviluppate l'esplorazione direzionale con traiettoria di trivellazione, l'esplorazione con traiettoria di trivellazione di piccolo diametro e l'esplorazione con traiettoria di trivellazione orizzontale, che hanno le caratteristiche di basso costo, volume ridotto ed elevata efficienza produttiva e sono gradualmente diventate la tecnologia di perforazione mainstream nei principali giacimenti di petrolio e gas in patria e all'estero. La chiave della tecnologia di perforazione direzionale nel processo di esplorazione è l'acquisizione della traiettoria del foro. La capacità della punta di perforare con precisione secondo la traiettoria pianificata determina la capacità del sistema di esplorazione petrolifera di raggiungere lo strato petrolifero designato per lo sfruttamento del petrolio.

Grazie ai continui progressi della tecnologia MEMS, il giroscopio MEMS viene gradualmente utilizzato come componente di strumenti e apparecchiature chiave. Il presente documento introduce tre metodi per compensare la deriva del bias zero del giroscopio MEMS.

Metodo di compensazione della deriva di polarizzazione zero del giroscopio MEMS：Metodo di compensazione della deriva di polarizzazione zero del giroscopio MEMS

Per ridurre l'influenza delle variazioni di temperatura sulla precisione di misura del giroscopio MEMS e migliorare le prestazioni di misura del giroscopio MEMS, è necessario correggere e compensare la deviazione dello zero del giroscopio causata dalle variazioni di temperatura in tempo reale. Attualmente esistono tre metodi principali per ridurre la deriva dello zero-bias del giroscopio MEMS:

1. Il primo metodo consiste nel partire dalla progettazione del dispositivo stesso, sviluppando un giroscopio MEMS di maggiore precisione, ottimizzando la struttura interna del sensore e riducendo la dipendenza dalla temperatura. Questo metodo può migliorare sostanzialmente le prestazioni complessive del giroscopio MEMS, ma complica la tecnologia di elaborazione, aumenta la difficoltà tecnica della progettazione del sensore e aumenta il costo.

2. Il secondo metodo consiste nello studiare la relazione tra la temperatura del giroscopio MEMS e il segnale di uscita in ogni punto statico della temperatura. L'esperimento di deviazione zero di ogni punto di temperatura è stato effettuato prima della perforazione e il modello di compensazione della temperatura è stato stabilito. La temperatura di lavoro è stata ottenuta dal sensore di temperatura durante il funzionamento dell'inclinometro e il modello di compensazione della temperatura statica è stato utilizzato direttamente per compensare l'effettiva temperatura dinamica di perforazione. Questo metodo è semplice nella struttura e facile da implementare, ma non considera la deriva dello zero-bias nell'ambiente di variazione dinamica della temperatura e l'adattabilità del modello di compensazione dello zero-bias è scarsa.

3. Il terzo metodo consiste nell'aggiungere al sistema inclinometrico un'apparecchiatura di controllo della temperatura e nell'adottare dispositivi di isolamento rigorosi per controllare la temperatura dell'inclinometro senza grandi variazioni. Questo metodo non solo aumenta il volume complessivo del sistema clinometrico, ma anche per l'esplorazione petrolifera offshore a pozzo ultra-profondo, l'intervallo di temperatura copre da -20℃ della piattaforma derrick, con la perforazione del pozzo petrolifero che può raggiungere 125℃, anche 150℃, e l'orario di lavoro dell'indagine è generalmente superiore a 12h, il metodo di aggiunta del dispositivo di isolamento al sistema non è adatto per l'ambiente di applicazione a lungo termine in mare.

Per quanto riguarda l'ambiente operativo di variazione dinamica della temperatura, il presente documento propone uno schema di compensazione della variazione dinamica della temperatura. Effettuando esperimenti di variazione dinamica della temperatura in una camera ad alta e bassa temperatura, si ottengono i dati di uscita in tempo reale del giroscopio per effettuare la compensazione della temperatura. Poiché l'uscita del giroscopio MEMS contiene molte interferenze di rumore, che non favoriscono l'adattamento della curva di temperatura dinamica, è necessario de-nobilizzare prima il segnale di misura originale del giroscopio. In questo studio, il filtro wavelet multi-scala, più maturo nelle applicazioni di laboratorio, viene utilizzato per denudare il rumore, quindi la funzione di uscita viene adattata ai dati filtrati e la compensazione dello zero bias viene effettuata in tempo reale in un ambiente di variazione dinamica della temperatura.

Conclusioni

Il presente lavoro introduce tre metodi per compensare la deriva dello zero bias del giroscopio MEMS. Il giroscopio MEMS è una scelta molto popolare in tutti i settori della vita, il suo livello di precisione è molto importante ed è molto importante utilizzare vari metodi efficaci per compensare l'errore. Ericco sviluppa principalmente giroscopi MEMS, che sono completamente compensati al momento della loro comparsa e sono rigorosamente calibrati. ER-MG2-50/100 è un giroscopio MEMS che cerca il nord, è un giroscopio di livello per la navigazione, la cui instabilità a zero bias può raggiungere 0,01-0,02°/ora, mentre la velocità angolare random walk può raggiungere 0,0025-0,005°/√ora. Allo stesso modo, Ericco ha una serie di giroscopi MEMS a due e tre assi di tipo tattico.

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