鉆孔電視攝像產(chǎn)狀參數(shù)誤差分析與校準(zhǔn)

程含發(fā) 張建清

鉆孔電視攝像產(chǎn)狀參數(shù)誤差分析與校準(zhǔn)

程含發(fā) 張建清

（長(zhǎng)江工程地球物理勘測(cè)武漢有限公司 湖北武漢 430010）

介紹了鉆孔電視攝像產(chǎn)狀參數(shù)實(shí)行原理，分析了影響產(chǎn)狀參數(shù)誤差的各種因素與解決辦法，詳述了產(chǎn)狀參數(shù)的校準(zhǔn)方法。對(duì)從事鉆孔電視攝像工作的同仁有一定的借鑒作用。

鉆孔電視 產(chǎn)狀參數(shù) 誤差分析 解決辦法 校準(zhǔn)方法

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高清晰攝像頭與電子羅盤的引進(jìn)，鉆孔電視攝像設(shè)備的不斷更新與升級(jí)，使得鉆孔圖像更加清晰逼真，圖像信息與產(chǎn)狀參數(shù)完全數(shù)字化，已成為鉆孔測(cè)試中不可或缺的測(cè)試手段之一。

由于電子羅盤替代原來(lái)的機(jī)械羅盤，產(chǎn)狀參數(shù)無(wú)法用肉眼識(shí)別，產(chǎn)狀參數(shù)誤差存在不確定性。因此，要求鉆孔攝像人員在工作前必須進(jìn)行產(chǎn)狀參數(shù)基點(diǎn)校準(zhǔn)與產(chǎn)狀參數(shù)標(biāo)定，以保證攝像資料的準(zhǔn)確可靠。

2 鉆孔電視攝像產(chǎn)狀參數(shù)測(cè)試原理

2.1方位傳感器類型

目前國(guó)內(nèi)外鉆孔攝像所用的方位傳感器為機(jī)械羅盤與電子羅盤，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。其工作性能比較見(jiàn)表1。

表1 方位傳感器比較

2.2方位傳感器原理

（1）機(jī)械羅盤。機(jī)械羅盤原理與普通地質(zhì)羅盤原理相同，利用羅盤上的磁針指北的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）電子羅盤。電子羅盤與機(jī)械羅盤一樣，感應(yīng)地球磁場(chǎng)來(lái)識(shí)別南極和北極。只是電子羅盤把磁針換成了磁阻傳感器，應(yīng)用霍爾效應(yīng)，利用洛倫磁力造成電流中電子的偏向，引起電壓變化的數(shù)據(jù)，從而得知方向。

2.3產(chǎn)狀參數(shù)測(cè)試原理

2.3.1 傾角測(cè)試原理

巖層的傾角就是垂直巖層走向的剖面上層面（跡線）與水平面（跡線）之間的夾角。可通過(guò)攝像圖層面的高低點(diǎn)差（h）與鉆孔孔徑（d）的比值的反正切求得，即：α=arctgh/d。

2.3.2 傾向測(cè)試原理

（1）機(jī)械羅盤。機(jī)械羅盤安裝時(shí)與攝像頭保持同向，則鉆孔攝像中旋轉(zhuǎn)探管管芯正對(duì)于裂隙或斷層畫(huà)面，其最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)械羅盤指北針刻度數(shù)即是裂隙或斷層的方位。

（2）電子羅盤。電子羅盤調(diào)試基點(diǎn)時(shí)，攝像的起掃點(diǎn)與北向同步，則鉆孔攝像畫(huà)面中正對(duì)于裂隙或斷層產(chǎn)狀，其最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電子顯數(shù)即是產(chǎn)狀的方位。

3 產(chǎn)狀參數(shù)誤差分析與解決辦法

3.l影響羅盤精度的因素

3.1.1 機(jī)械羅盤

（1）安裝的非水平性；

（2）安裝與攝像頭的不一致性；

（3）羅盤旋轉(zhuǎn)的靈活性；

（4）人為讀數(shù)誤差；

（5）地球磁場(chǎng)的變化；

（6）工作環(huán)境中鐵磁介質(zhì)的磁場(chǎng)變化；

（7）機(jī)械羅盤誤差。

3.1.2 電子羅盤

（1）電子羅盤A／D轉(zhuǎn)換的分辨率；

（2）溫度影響；

（3）磁傳感器誤差；

（4）地球磁場(chǎng)的變化；

（5）羅盤的傾斜誤差；

（6）工作環(huán)境中鐵磁介質(zhì)的磁場(chǎng)變化；

（7）攝像前的基點(diǎn)校準(zhǔn)誤差；

（8）攝像中的居中程度。

3.2消除誤差的辦法

3.2.1 機(jī)械羅盤

（1）安裝機(jī)械羅盤時(shí)，在鉆孔一定傾斜范圍內(nèi)保持其水平性；

（2）安裝機(jī)械羅盤時(shí)，應(yīng)與攝像頭保持同一方向；

（3）選購(gòu)羅盤時(shí)注意羅盤旋轉(zhuǎn)的靈活性；

（4）人為讀數(shù)時(shí)應(yīng)將裂隙或斷層的最低點(diǎn)旋至畫(huà)面正中間取值；

（5）讀數(shù)值加上或減去當(dāng)?shù)氐拇牌且韵厍虼艌?chǎng)引起的誤差；

（6）觀察鉆孔周邊是否存在鐵磁介質(zhì)；

（7）選購(gòu)精度高的機(jī)械羅盤。

3.2.2 電子羅盤

（1）選購(gòu)高精度高質(zhì)量的電子羅盤；

（2）磁偏角的影響可從電路設(shè)計(jì)上解決；

（3）安裝時(shí)盡量保持水平狀態(tài)；

（4）攝像前的基點(diǎn)要嚴(yán)格校準(zhǔn)；

（5）攝像時(shí)應(yīng)安裝扶正器；

（6）攝像中要進(jìn)行深度校正。

4 鉆孔攝像產(chǎn)狀校準(zhǔn)

4.1校準(zhǔn)模具制作

為校準(zhǔn)鉆孔電視攝像產(chǎn)狀參數(shù)，必須建立鉆孔電視攝像產(chǎn)狀參數(shù)校準(zhǔn)模具，其步驟如下：

（1）購(gòu)置一根內(nèi)徑0.76m，長(zhǎng)度0.5m的圓形PC管材；

（2）在內(nèi)徑0.76m，長(zhǎng)度0.5m圓周展開(kāi)圖平面上，按PC管上一定傾角與傾向的裂隙截面，制作裂隙截面軌跡平面展開(kāi)圖（見(jiàn)圖1）；

圖1 構(gòu)造裂隙軌跡平面展開(kāi)示意圖

（3）將裂隙截面軌跡平面展開(kāi)圖對(duì)折成圓柱狀后套入PC管材中，即在模具上模擬一構(gòu)造裂隙，模具內(nèi)側(cè)見(jiàn)有裂隙軌跡（見(jiàn)圖2）。

圖2 鉆孔裂隙校準(zhǔn)模具示意圖

4.2校準(zhǔn)方法

（1）將鉆孔模具固定夾放在校正臺(tái)上，可作360°空間轉(zhuǎn)動(dòng)（見(jiàn)圖3）。

（2）當(dāng)鉆孔模具固定某一方位及某一傾角時(shí)，分別由地質(zhì)羅盤與儀器攝錄后，讀出其裂隙方位值與傾角值進(jìn)行比對(duì)，求出其絕對(duì)誤差（見(jiàn)表2）。

（3）北向零度校對(duì)，以求零度基點(diǎn)誤差，并校準(zhǔn)于0度。見(jiàn)表2中序號(hào)1。

（4）將鉆孔模具在校正臺(tái)上隨意固定于不同的方位與傾角，分別讀出其相應(yīng)的羅盤值及儀器攝錄后方位及傾角的顯數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出絕對(duì)誤差，以求不同方位與傾角的絕對(duì)誤差。見(jiàn)表2中序號(hào)2～5。

圖3 鉆孔裂隙校準(zhǔn)架

表2 鉆孔電視攝像產(chǎn)狀參數(shù)校準(zhǔn)表

（5）在同一方位與傾角上，模具不動(dòng)，然后將探頭轉(zhuǎn)動(dòng)并攝錄，分別讀出地質(zhì)羅盤值及儀器攝錄后方位與傾角的顯數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，以求探頭動(dòng)態(tài)時(shí)方位的重復(fù)穩(wěn)定性。見(jiàn)表2中序號(hào)5～6，其絕對(duì)誤差為表2中序號(hào)5～6之差。

（6）在同一方位與傾角上，模具不動(dòng)，測(cè)試儀器通斷電時(shí)的羅盤值并與儀器攝錄后方位與傾角的顯數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，檢驗(yàn)儀器讀數(shù)的穩(wěn)定性。見(jiàn)表2中序號(hào)6～7，其絕對(duì)誤差為表2中序號(hào)6～7之差。

5 結(jié)語(yǔ)

鉆孔電視攝像儀的發(fā)展與升級(jí)，越來(lái)越被工程界關(guān)注與依賴。作為鉆孔電視攝像儀設(shè)計(jì)的初衷，產(chǎn)狀參數(shù)的定性與定量，其誤差是不能回避與忽略的。建議從事鉆孔電視攝像工作的同行引起高度重視，在工作中認(rèn)真仔細(xì)，精益求精，消除產(chǎn)狀參數(shù)誤差的不確定性，滿足工程對(duì)產(chǎn)狀參數(shù)要求的誤差范圍。同時(shí)建議生產(chǎn)廠家與工程實(shí)際需求相結(jié)合，解決工程實(shí)際問(wèn)題，加強(qiáng)儀器工藝與結(jié)構(gòu)完善，采用機(jī)械羅盤數(shù)字化，使得產(chǎn)狀參數(shù)誤差恒定，便于識(shí)別。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.002

P634

B

1672-2469（2014）02-0002-03

程含發(fā)（1956年- ），男，高級(jí)工程師。