Methode zur Kompensation der Nullpunktsdrift für MEMS-Gyroskope

Unter dynamischer Temperaturänderung Umgebung

Der Hauptbestandteil des MEMS-Kreisels ist Silizium, und seine physikalischen Eigenschaften ändern sich mit der Temperatur. Darüber hinaus sind die Montagestruktur und die elektronischen Komponenten des MEMS-Gyroskops sehr empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, was dazu führt, dass die Nullpunktverschiebung des MEMS-Gyroskops bei Temperaturschwankungen schwankt. Wenn sich die Temperatur der Arbeitsumgebung ändert, verschieben sich auch die zuvor kalibrierten statischen Nullpunkt-Parameter stark mit der Temperatur in der Tiefe und der Selbsterhitzung.

In den letzten Jahren wurden bei der Erkundung und Ausbeutung von Öl- und Gasvorkommen immer weniger hochwertige Öl- und Gasvorkommen gefunden, die sich leicht ausbeuten lassen, und die Erkundung von Öl- und Gasvorkommen hat sich auf Gebiete mit komplexem Terrain, verstreuten Ölschichten und schwieriger Ausbeutung verlagert. In diesem speziellen Explorations- und Produktionsumfeld kann die herkömmliche Vertikalbohrtechnik den Anforderungen der aktuellen Öl- und Gasressourcengewinnung nicht gerecht werden. Ob die Bohrung mit einer bestimmten Neigung und einem bestimmten Streichen gemäß der geplanten Trajektorie durchgeführt werden kann, wirkt sich direkt auf den Erfolg der Bohrung aus. In den letzten Jahren wurden schrittweise Richtbohrungen, Bohrungen mit kleinem Durchmesser und Horizontalbohrungen entwickelt, die sich durch niedrige Kosten, geringes Volumen und hohe Produktionseffizienz auszeichnen und sich allmählich zur Hauptbohrtechnologie in den großen Öl- und Gasfeldern im In- und Ausland entwickelt haben. Der Schlüssel zur Richtbohrtechnologie im Prozess der Exploration ist die Erfassung der Bohrlochtrajektorie. Ob der Bohrer genau nach der geplanten Bahn bohren kann, entscheidet darüber, ob das Erdölexplorationssystem die für die Ölförderung vorgesehene Ölschicht erreichen kann.

Aufgrund des kontinuierlichen Fortschritts der MEMS-Technologie wird der MEMS-Kreisel allmählich als Teil der wichtigsten Instrumente und Geräte eingesetzt. In diesem Beitrag werden drei Methoden zur Kompensation der Nullpunktabweichung von MEMS-Kreiseln vorgestellt.

Methode zur Kompensation der Nullpunktdrift von MEMS-Gyroskopen：

Um den Einfluss von Temperaturänderungen auf die Messgenauigkeit des MEMS-Kreisels zu verringern und die Messleistung des MEMS-Kreisels zu verbessern, ist es notwendig, die durch Temperaturänderungen verursachte Nullpunktabweichung des Kreisels in Echtzeit zu korrigieren und zu kompensieren. Derzeit gibt es drei Hauptmethoden, um die Nullpunktabweichung von MEMS-Kreiseln zu reduzieren:

1. Die erste Methode besteht darin, bei der Konstruktion des Geräts selbst anzusetzen, ein MEMS-Gyroskop mit höherer Präzision zu entwickeln, die interne Sensorstruktur zu optimieren und die Temperaturabhängigkeit zu verringern. Diese Methode kann die Gesamtleistung des MEMS-Kreisels grundlegend verbessern, aber sie führt dazu, dass die Verarbeitungstechnologie kompliziert wird, die technischen Schwierigkeiten des Sensordesigns zunehmen und die Kosten steigen.

2. Die zweite Methode besteht darin, die Beziehung zwischen der Temperatur des MEMS-Kreisels und dem Ausgangssignal an jedem statischen Temperaturpunkt zu untersuchen. Das Nullabweichungsexperiment für jeden Temperaturpunkt wurde vor dem Bohren durchgeführt, und das Temperaturkompensationsmodell wurde erstellt. Die Arbeitstemperatur wurde durch den Temperatursensor während des Betriebs des Neigungsmessers ermittelt, und das statische Temperaturkompensationsmodell wurde direkt zur Kompensation der tatsächlichen dynamischen Bohrtemperatur verwendet. Diese Methode ist einfach strukturiert und leicht zu implementieren, berücksichtigt jedoch nicht die Nullpunktdrift bei dynamischen Temperaturänderungen, und die Anpassungsfähigkeit des Nullpunktkompensationsmodells ist gering.

3. Die dritte Methode besteht darin, das Neigungsmessersystem mit Temperaturkontrollgeräten auszustatten und strenge Isoliervorrichtungen zu verwenden, um die Temperatur des Neigungsmessers ohne große Veränderungen zu kontrollieren. Diese Methode erhöht nicht nur das Gesamtvolumen des Neigungsmessersystems, sondern auch für Offshore-Ultra-Tiefbohrung Ölexploration, deckt der Temperaturbereich von -20℃ der Derrick-Plattform, mit der Ölbohrung kann 125℃, sogar 150℃ erreichen, und die Umfrage Arbeitszeit ist in der Regel mehr als 12h, die Methode des Hinzufügens Isolierung Gerät an das System ist nicht geeignet für langfristige Anwendung Umwelt auf See.

Mit Blick auf die Betriebsumgebung mit dynamischen Temperaturschwankungen wird in diesem Papier ein System zur Kompensation dynamischer Temperaturschwankungen vorgeschlagen. Durch die Durchführung von Experimenten mit dynamischen Temperaturschwankungen in einer Kammer mit hoher und niedriger Temperatur werden die Echtzeit-Ausgangsdaten des Gyroskops zur Durchführung der Temperaturkompensation gewonnen. Da das Ausgangssignal des MEMS-Gyroskops viele Störgeräusche enthält, die für die Anpassung der dynamischen Temperaturkurve nicht förderlich sind, muss das ursprüngliche Messsignal des Gyroskops zunächst entrauscht werden. In dieser Studie wird der Wavelet-Multi-Skalen-Filter, der in der Laboranwendung ausgereifter ist, verwendet, um das Rauschen zu entrauschen, und dann wird die Ausgangsfunktion an die gefilterten Daten angepasst, und die Nullpunktkompensation wird in einer dynamischen Echtzeit-Temperaturänderungsumgebung durchgeführt.

Schlussfolgerung

In diesem Beitrag werden drei Methoden zur Kompensation der Nullpunktsdrift von MEMS-Kreiseln vorgestellt. MEMS-Gyroskope sind in allen Bereichen des Lebens sehr beliebt, ihre Genauigkeit ist sehr wichtig, und es ist sehr wichtig, verschiedene effektive Methoden zur Kompensation des Fehlers zu verwenden. Ericco entwickelt hauptsächlich MEMS-Gyroskope, die zum Zeitpunkt ihres Erscheinens vollständig kompensiert und streng kalibriert sind. ER-MG2-50/100 ist ein nach Norden ausgerichteter MEMS-Kreisel, ein Navigationskreisel, dessen Nullpunktinstabilität 0,01-0,02°/Std. erreichen kann, und dessen Winkelgeschwindigkeit 0,0025-0,005°/√Std. erreichen kann. Ebenso verfügt Ericco über eine Reihe von taktischen, zwei- und dreiachsigen MEMS-Kreiseln.

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