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

程含發(fā) 張建清

（長江工程地球物理勘測武漢有限公司 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)的校準方法。對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 校準方法

1 前言

隨著科學技術的發(fā)展，高清晰攝像頭與電子羅盤的引進，鉆孔電視攝像設備的不斷更新與升級，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，已成為鉆孔測試中不可或缺的測試手段之一。

由于電子羅盤替代原來的機械羅盤，產(chǎn)狀參數(shù)無法用肉眼識別，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行產(chǎn)狀參數(shù)基點校準與產(chǎn)狀參數(shù)標定，以保證攝像資料的準確可靠。

2 鉆孔電視攝像產(chǎn)狀參數(shù)測試原理

2.1方位傳感器類型

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

表1 方位傳感器比較

2.2方位傳感器原理

（1）機械羅盤。機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實現(xiàn)。

（2）電子羅盤。電子羅盤與機械羅盤一樣，感應地球磁場來識別南極和北極。只是電子羅盤把磁針換成了磁阻傳感器，應用霍爾效應，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)測試原理

2.3.1 傾角測試原理

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?？赏ㄟ^攝像圖層面的高低點差（h）與鉆孔孔徑（d）的比值的反正切求得，即：α=arctgh/d。

2.3.2 傾向測試原理

（1）機械羅盤。機械羅盤安裝時與攝像頭保持同向，則鉆孔攝像中旋轉(zhuǎn)探管管芯正對于裂隙或斷層畫面，其最低點對應的機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)試基點時，攝像的起掃點與北向同步，則鉆孔攝像畫面中正對于裂隙或斷層產(chǎn)狀，其最低點對應的電子顯數(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）地球磁場的變化；

（6）工作環(huán)境中鐵磁介質(zhì)的磁場變化；

（7）機械羅盤誤差。

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)的磁場變化；

（7）攝像前的基點校準誤差；

（8）攝像中的居中程度。

3.2消除誤差的辦法

3.2.1 機械羅盤

（1）安裝機械羅盤時，在鉆孔一定傾斜范圍內(nèi)保持其水平性；

（2）安裝機械羅盤時，應與攝像頭保持同一方向；

（3）選購羅盤時注意羅盤旋轉(zhuǎn)的靈活性；

（4）人為讀數(shù)時應將裂隙或斷層的最低點旋至畫面正中間取值；

（5）讀數(shù)值加上或減去當?shù)氐拇牌且韵厍虼艌鲆鸬恼`差；

（6）觀察鉆孔周邊是否存在鐵磁介質(zhì)；

（7）選購精度高的機械羅盤。

3.2.2 電子羅盤

（1）選購高精度高質(zhì)量的電子羅盤；

（2）磁偏角的影響可從電路設計上解決；

（3）安裝時盡量保持水平狀態(tài)；

（4）攝像前的基點要嚴格校準；

（5）攝像時應安裝扶正器；

（6）攝像中要進行深度校正。

4 鉆孔攝像產(chǎn)狀校準

4.1校準模具制作

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

（1）購置一根內(nèi)徑0.76m，長度0.5m的圓形PC管材；

（2）在內(nèi)徑0.76m，長度0.5m圓周展開圖平面上，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圖（見圖1）；

圖1 構造裂隙軌跡平面展開示意圖

（3）將裂隙截面軌跡平面展開圖對折成圓柱狀后套入PC管材中，即在模具上模擬一構造裂隙，模具內(nèi)側(cè)見有裂隙軌跡（見圖2）。

圖2 鉆孔裂隙校準模具示意圖

4.2校準方法

（1）將鉆孔模具固定夾放在校正臺上，可作360°空間轉(zhuǎn)動（見圖3）。

（2）當鉆孔模具固定某一方位及某一傾角時，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行比對，求出其絕對誤差（見表2）。

（3）北向零度校對，以求零度基點誤差，并校準于0度。見表2中序號1。

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

圖3 鉆孔裂隙校準架

表2 鉆孔電視攝像產(chǎn)狀參數(shù)校準表

（5）在同一方位與傾角上，模具不動，然后將探頭轉(zhuǎn)動并攝錄，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)值進行比對，以求探頭動態(tài)時方位的重復穩(wěn)定性。見表2中序號5～6，其絕對誤差為表2中序號5～6之差。

（6）在同一方位與傾角上，模具不動，測試儀器通斷電時的羅盤值并與儀器攝錄后方位與傾角的顯數(shù)值進行比對，檢驗儀器讀數(shù)的穩(wěn)定性。見表2中序號6～7，其絕對誤差為表2中序號6～7之差。

5 結(jié)語

鉆孔電視攝像儀的發(fā)展與升級，越來越被工程界關注與依賴。作為鉆孔電視攝像儀設計的初衷，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，在工作中認真仔細，精益求精，消除產(chǎn)狀參數(shù)誤差的不確定性，滿足工程對產(chǎn)狀參數(shù)要求的誤差范圍。同時建議生產(chǎn)廠家與工程實際需求相結(jié)合，解決工程實際問題，加強儀器工藝與結(jié)構完善，采用機械羅盤數(shù)字化，使得產(chǎn)狀參數(shù)誤差恒定，便于識別。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.002

P634

B

1672-2469（2014）02-0002-03

程含發(fā)（1956年- ），男，高級工程師。