Método de compensación de deriva de polarización cero para giroscopios MEMS

En un entorno con cambios dinámicos de temperatura

La sustancia principal del giroscopio MEMS es el silicio, y sus propiedades físicas cambian con la temperatura. Además, la estructura de montaje y los componentes electrónicos del giroscopio MEMS también son muy sensibles a los cambios de temperatura, lo que hace que el sesgo cero de los giroscopios MEMS fluctúe con los cambios de temperatura. Cuando cambia la temperatura del entorno de trabajo, los parámetros de polarización cero estáticos previamente calibrados también cambiarán en gran medida con la temperatura de la profundidad del pozo y el autocalentamiento.

En los últimos años, en la exploración y explotación de recursos de petróleo y gas, cada vez hay menos recursos de petróleo y gas de alta calidad que sean fáciles de explotar, y la exploración de recursos de petróleo y gas ha empezado a desplazarse a zonas con terreno complejo, capas de petróleo dispersas y explotación difícil. En este entorno especial de exploración y producción, la tecnología tradicional de perforación vertical no puede satisfacer los requisitos de la adquisición actual de recursos de petróleo y gas, y el éxito de la perforación dependerá directamente de si la perforación con una pendiente y un rumbo determinados puede llevarse a cabo de acuerdo con la trayectoria prevista. En los últimos años, se han desarrollado gradualmente la exploración de trayectoria de perforación direccional, la exploración de trayectoria de perforación de pequeño diámetro y la exploración de trayectoria de perforación horizontal, que tienen las características de bajo coste, pequeño volumen y alta eficiencia de producción, y se han convertido gradualmente en la tecnología de perforación dominante en los principales yacimientos de petróleo y gas en el país y en el extranjero. La clave de la tecnología de perforación direccional en el proceso de exploración es la adquisición de la trayectoria de la perforación. El hecho de que la broca pueda perforar con precisión según la trayectoria prevista determina si el sistema de exploración petrolífera puede alcanzar la capa de petróleo designada para la explotación petrolífera.

Debido al continuo progreso de la tecnología MEMS, el giroscopio MEMS se utiliza gradualmente como parte de instrumentos y equipos clave. En este artículo se presentan tres métodos para compensar la deriva de polarización cero del giroscopio MEMS.

Método de compensación de la deriva de sesgo cero del giroscopio MEMS：

Con el fin de reducir la influencia del cambio de temperatura en la precisión de medición del giroscopio MEMS y mejorar el rendimiento de medición del giroscopio MEMS, es necesario corregir y compensar la desviación cero del giroscopio causada por el cambio de temperatura en tiempo real. En la actualidad, existen tres métodos principales para reducir la desviación de polarización cero del giroscopio MEMS:

1. El primer método consiste en empezar por el diseño del propio dispositivo, desarrollar un giroscopio MEMS de mayor precisión, optimizar el diseño de la estructura interna de su sensor y reducir la dependencia de la temperatura. Este método puede mejorar fundamentalmente el rendimiento general del giroscopio MEMS, pero complicará la tecnología de procesamiento, aumentará la dificultad técnica del diseño del sensor y aumentará el coste.

2. El segundo método consiste en estudiar la relación entre la temperatura del giroscopio MEMS y la señal de salida en cada punto estático de temperatura. El experimento de desviación cero de cada punto de temperatura se llevó a cabo antes de la perforación, y se estableció el modelo de compensación de temperatura. La temperatura de trabajo se obtuvo mediante el sensor de temperatura durante el funcionamiento del inclinómetro, y el modelo de compensación de temperatura estática se utilizó directamente para compensar la temperatura dinámica de perforación real. Este método es simple en estructura y fácil de implementar, pero no considera la deriva de sesgo cero en el entorno dinámico de cambio de temperatura, y la adaptabilidad del modelo de compensación de sesgo cero es pobre.

3. El tercer método consiste en añadir equipos de control de temperatura al sistema inclinométrico y adoptar estrictos dispositivos de aislamiento para controlar la temperatura del inclinómetro sin grandes cambios. Este método no sólo aumenta el volumen total del sistema clinómetro, sino también para la exploración petrolera de pozos ultra profundos en alta mar, el rango de temperatura cubre desde -20℃ de la plataforma derrick, con la perforación de pozos de petróleo puede alcanzar 125℃, incluso 150℃, y el tiempo de trabajo de la encuesta es generalmente más de 12h, el método de añadir dispositivo de aislamiento al sistema no es adecuado para el entorno de aplicación a largo plazo en el mar.

Teniendo como objetivo el entorno operativo de variación dinámica de temperatura, este trabajo propone un esquema de compensación de variación dinámica de temperatura. Llevando a cabo un experimento de variación dinámica de la temperatura en una cámara de alta y baja temperatura, se obtienen los datos de salida en tiempo real del giroscopio para llevar a cabo la compensación de la temperatura. Dado que la salida del giroscopio MEMS contiene muchas interferencias de ruido, que no favorecen el ajuste de la curva dinámica de temperatura, es necesario eliminar primero el ruido de la señal de medición original del giroscopio. En este estudio, se utiliza el filtro wavelet multiescala, más maduro en aplicaciones de laboratorio, para eliminar el ruido y, a continuación, se ajusta la función de salida a los datos filtrados y se lleva a cabo la compensación del sesgo cero en un entorno de cambio dinámico de temperatura en tiempo real.

Conclusión

En este artículo se presentan tres métodos para compensar la deriva de polarización cero del giroscopio MEMS. El giroscopio MEMS es una opción muy popular en todos los ámbitos de la vida, su nivel de precisión es muy importante, y es muy importante utilizar varios métodos eficaces para compensar el error. Ericco desarrolla principalmente giroscopios MEMS, que están totalmente compensados en el momento de su aparición y están estrictamente calibrados. ER-MG2-50/100 es un giroscopio MEMS que busca el norte, es un giroscopio de grado de navegación, su inestabilidad de sesgo cero puede llegar a 0,01-0,02°/hora, el paseo aleatorio de velocidad angular puede llegar a 0,0025-0,005°/√hr. Asimismo, Ericco tiene una serie de giroscopios MEMS de grado táctico y de dos y tres ejes.

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