專利名稱：用于確定轉(zhuǎn)動(dòng)體的位置的可變磁阻位置傳感器和方法
用于確定轉(zhuǎn)動(dòng)體的位置的可變磁阻位置傳感器和方法
背景技術(shù)：
已經(jīng)研發(fā)出了霍爾效應(yīng)傳感器來檢測(cè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。與霍爾效
應(yīng)傳感器相關(guān)的一個(gè)問題是，當(dāng)在具有較高操作溫度(例如350°F ) 的操作環(huán)境中使用霍爾效應(yīng)傳感器時(shí)，來自傳感器的輸出信號(hào)可能會(huì) 變差。
此外，還研發(fā)出了測(cè)量馬達(dá)線圈中的反電動(dòng)勢(shì)電壓以確定馬達(dá)的 轉(zhuǎn)動(dòng)位置的位置測(cè)量電路。與這些電連接至馬達(dá)的電路相關(guān)的一個(gè)問 題是在較高的操作溫度下，電路輸出信號(hào)具有較低的信噪比，這將不 能準(zhǔn)確指示馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
因此，發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識(shí)到需要一種改進(jìn)的位置傳感器，該傳 感器與馬達(dá)電絕緣從而可產(chǎn)生能指示馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例，提供了 一種用于感測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)體的位置的可變 磁阻位置傳感器?？勺兇抛栉恢脗鞲衅靼ū粯?gòu)置成可操作地連接至 轉(zhuǎn)動(dòng)體的可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件?？赊D(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件具有第一非磁性體部分以及彼此等 距地設(shè)置在第一非磁性體部分的外部區(qū)域周圍的多個(gè)磁體?？勺兇抛?位置傳感器還包括具有第二非磁性體部分的定子組件，該第二非磁性 體部分具有貫穿其中的孔，用于在其中容納可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件。定子組件還 包括多個(gè)線圏和多個(gè)線圏支架。所述多個(gè)線圏中的每個(gè)線圏分別連接 至所述多個(gè)線圏支架中的相應(yīng)線圏支架。所述多個(gè)線圏支架彼此等距 地固定連接至第二非磁性體部分。可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)引起所述多個(gè)線 圏產(chǎn)生能指示可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的位置的電壓信號(hào)。
根據(jù)另 一典型實(shí)施例，提供了 一種使用可變磁阻位置傳感器來確 定轉(zhuǎn)動(dòng)體的位置的方法?？勺兇抛栉恢脗鞲衅靼ū粯?gòu)置成可操作地 連接至轉(zhuǎn)動(dòng)體的可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件?？赊D(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件具有第一非磁性體部分以及彼此等距地設(shè)置在第一非磁性體部分的外部區(qū)域周圍的多個(gè)磁體?？?變磁阻位置傳感器還包括具有第二非磁性體部分的定子組件，該第二 非磁性體部分具有貫穿其中的孔，用于在其中容納可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件。定子 組件還包括多個(gè)線圏和多個(gè)線圏支架。所述多個(gè)線圏中的每個(gè)線圈分 別連接至所述多個(gè)線圏支架中的相應(yīng)線圏支架。所述多個(gè)線圏支架彼 此等距地固定連接至第二非磁性體部分。該方法還包括響應(yīng)于連接至 可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)體構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)該可變磁阻位置傳感器的可轉(zhuǎn) 動(dòng)構(gòu)件，其中，位于可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件上的多個(gè)磁體轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過可變磁阻位置 傳感器的定子組件的多個(gè)線圏，以感應(yīng)所述多個(gè)線圏從而產(chǎn)生電壓信 號(hào)。這種方法還包括使用控制器測(cè)量所產(chǎn)生的電壓信號(hào)以確定可轉(zhuǎn)動(dòng) 構(gòu)件的位置。


圖l是根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例的，具有用于從地層獲得井壁巖心的 取巖心設(shè)備的巖心取出系統(tǒng)的框圖。
圖2是在圖1的取巖心設(shè)備中使用的轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置的一部分的 剖視圖。
圖3是在圖1的取巖心設(shè)備中使用的轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置的一部分的
側(cè):f見圖。
圖4是在圖1的取巖心設(shè)備中使用的轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置的一部分的
軸測(cè)圖。
圖5是放置在井眼中的轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置的示意圖。
圖6是用于將轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置的取巖心工具移動(dòng)至井眼內(nèi)所需位
置的液壓控制系統(tǒng)和液壓致動(dòng)器的示意圖。
圖7是使用在轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置中的取巖心工具的軸測(cè)圖。
圖8是位于井眼中第一操作位置的轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置的一部分的側(cè)視圖。
圖9是位于井眼中第二操作位置的轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置的部分的側(cè)視圖。
圖10是位于井眼中第三操作位置的轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置的部分的側(cè)視圖。
圖11是根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例的，在轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置中使用的可變 磁阻位置傳感器的側(cè)視圖。
圖12是在圖11的可變磁阻位置傳感器中使用的轉(zhuǎn)子的軸測(cè)圖。
圖13是圖11的可變磁阻位置傳感器的剖視圖。
圖14是圖13的可變磁阻位置傳感器沿線14-14的剖視圖。
圖15是圖13的可變磁阻位置傳感器沿線15-15的剖視圖；以及
圖16是圖1的巖心取出系統(tǒng)中使用的位置感測(cè)系統(tǒng)的電示意圖。
圖17-19是由圖11的可變磁阻位置傳感器產(chǎn)生的位置信號(hào)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，提供了一種用于從鄰近井眼的地層20中獲得井壁巖心 的巖心取出系統(tǒng)10。巖心取出系統(tǒng)10包括取巖心i殳備12、起重機(jī)14、 以及控制器16。
取巖心設(shè)備12通過連接至起重機(jī)14的鋼絲22而放置到地層20 的井眼18內(nèi)的選定深度。該取巖心設(shè)備12被構(gòu)置成用于獲取處于預(yù) 定深度的、鄰近井眼18的地層的一部分的至少一個(gè)井壁巖心。取巖心 設(shè)備12包括電動(dòng)液壓部分30、轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心設(shè)備32、以及巖心容器部 分34。
設(shè)置了電動(dòng)液壓部分30以容放用于響應(yīng)于來自控制器16的控制 信號(hào)來控制鎖臂40、 41的延伸和縮回的電元件和電路。特別地，電動(dòng) 液壓部分30沿朝外的方向伸出鎖臂40、 41以在鄰近井眼18的井壁處 移動(dòng)取巖心設(shè)備12從而獲取井壁巖心。交替地，電動(dòng)液壓部分30縮 回鎖臂40、 41以使取巖心設(shè)備12移離井壁。電動(dòng)液壓部分30還包括 下面將進(jìn) 一 步詳細(xì)說明的液壓控制系統(tǒng)4 0 。
參考圖1-5，設(shè)置了轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置32以從地層20獲取井壁巖 心。轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置32包括電動(dòng)馬達(dá)50，傳動(dòng)裝置52，位置感測(cè)系 統(tǒng)54,取巖心工具56，液壓致動(dòng)器58、 60、軸62、 64、引導(dǎo)板66、 68，樞軸臂70、 72、液壓致動(dòng)器74、 76、連接臂78、 80、以及巖心彈射軸82。
參考圖2，設(shè)置了電動(dòng)馬達(dá)50來驅(qū)動(dòng)取巖心工具56中的齒輪組 從而以多種轉(zhuǎn)動(dòng)速度中的一種速度轉(zhuǎn)動(dòng)該轉(zhuǎn)動(dòng)取心鉆130。在一個(gè)典 型實(shí)施例中，電動(dòng)馬達(dá)50包括DC電動(dòng)馬達(dá)。然而，應(yīng)當(dāng)注意，在其 它典型實(shí)施例中，電動(dòng)馬達(dá)50可以包括任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知 的其它馬達(dá)，比如可變磁阻馬達(dá)或變換磁阻馬達(dá)等。電動(dòng)馬達(dá)50包括 定子(未示出)和轉(zhuǎn)子90，轉(zhuǎn)子90響應(yīng)于來自控制器16的通信信號(hào) 以多種轉(zhuǎn)動(dòng)速度中的一種速度轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，響應(yīng)于第一預(yù)定深度的地 層20的預(yù)定參數(shù)，控制器16可以產(chǎn)生引起電動(dòng)馬達(dá)50以第一預(yù)定轉(zhuǎn) 動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)的通信信號(hào)。此外，例如，響應(yīng)于第二預(yù)定深度的地層20 的預(yù)定參數(shù)，控制器16可以產(chǎn)生引起電動(dòng)馬達(dá)50以大于第一預(yù)定轉(zhuǎn) 動(dòng)速度的第二預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)的通信信號(hào)。如圖所示，電動(dòng)馬達(dá)50 可操作地連接至傳動(dòng)裝置52。特別地，馬達(dá)50的轉(zhuǎn)子90可操作地連 接至傳動(dòng)裝置52的連接構(gòu)件100。
參考圖2和4，設(shè)置傳動(dòng)裝置52以從馬達(dá)50向取巖心工具56中 的齒輪組傳遞扭矩。傳動(dòng)裝置52包括殼體部分96、 98,連接構(gòu)件100, 驅(qū)動(dòng)軸102，錐齒輪104，以及小齒輪106。殼體部分96、 98可操作 地聯(lián)接在一起并限定了用于封裝傳動(dòng)裝置52的其余部件的內(nèi)部區(qū)域。 連接構(gòu)件100在第一端可操作地連接至馬達(dá)50的轉(zhuǎn)子卯。此外，連 接構(gòu)件100在第二端可操作地連接至驅(qū)動(dòng)軸102的第一端。驅(qū)動(dòng)軸的 笫二端固定連接至錐齒輪104。因此，轉(zhuǎn)子90的轉(zhuǎn)動(dòng)引起驅(qū)動(dòng)軸102 和錐齒輪104兩者的轉(zhuǎn)動(dòng)。錐齒輪104可操作地連接至小齒輪106。 因此，錐齒輪104的轉(zhuǎn)動(dòng)引起小齒輪106的轉(zhuǎn)動(dòng)。
參考圖4和7，設(shè)置取巖心工具56以用于從地層20取出井壁巖 心。取巖心工具56包括殼體120，含有齒輪122和齒輪124的齒輪組， 可移動(dòng)板126， 一對(duì)導(dǎo)銷128 (示出其中一個(gè))， 一對(duì)導(dǎo)銷129 (示出 其中一個(gè))以及轉(zhuǎn)動(dòng)取心鉆130。殼體120限定了用于容放齒輪122， 齒輪124以及可移動(dòng)板126的內(nèi)部區(qū)域。當(dāng)取巖心工具56移動(dòng)到傳動(dòng) 裝置52的小齒輪106與齒輪122嚙合的操作位置時(shí)，小齒輪106的轉(zhuǎn)動(dòng)引起齒輪122的轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，齒輪122的轉(zhuǎn)動(dòng)引起齒輪124和轉(zhuǎn)動(dòng) 取心鉆130的轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢苿?dòng)板128可沿轉(zhuǎn)動(dòng)取心鉆130的軸向移動(dòng)。 如下文將進(jìn)一步詳細(xì)說明的，導(dǎo)銷128設(shè)置在可移動(dòng)板126的相對(duì)兩 側(cè)，并被設(shè)置用于引導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)取心鉆130沿直線方向(相對(duì)于殼體120 向外或向內(nèi))移動(dòng)。如下文將進(jìn)一步詳細(xì)說明的，導(dǎo)銷129設(shè)置在殼 體120的相對(duì)兩側(cè)，并被設(shè)置用于引導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)取心鉆130沿直線方向(相 對(duì)于殼體120向外或向內(nèi))移動(dòng)。
參考圖5，如上所討論，轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置32包括液壓致動(dòng)器58， 60。設(shè)置液壓致動(dòng)器58, 60用于將取巖心工具56移動(dòng)到井眼18內(nèi)的 所需操作位置。液壓致動(dòng)器58， 60分別構(gòu)置成用于延伸和縮回活塞軸 62， 64。此外，軸62， 64還分別連接至引導(dǎo)板66， 68。
參考圖5和7，引導(dǎo)板66， 68設(shè)置成用于引導(dǎo)取巖心工具56的 移動(dòng)。引導(dǎo)板66包括貫穿其中延伸的凸輪槽140， 142。凸輪槽140, 142設(shè)置成用于在其中容放取巖心工具56的第一側(cè)上的導(dǎo)銷128，129。 引導(dǎo)板68包括貫穿其中延伸的凸輪槽144， 146。凸輪槽144， 146設(shè) 置成用于在其中容放取巖心工具56的第二側(cè)上的導(dǎo)銷128， 129。
參考圖5和8，現(xiàn)在將說明轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置32的其余部件。樞軸 臂70， 72操作地連接至取巖心工具56的殼體120。樞軸臂70具有細(xì) 長部分160以及U型部分162。細(xì)長部分160在第一端連接至殼體120。 細(xì)長部分160在第二端連接至連接臂78。U型部分162從細(xì)長部分160 向外延伸，并被構(gòu)置成用于允許樞軸臂70相對(duì)于固定銷移動(dòng)。樞軸臂 72具有細(xì)長部分164和U型部分166。細(xì)長部分164在第一端連接至 殼體120。細(xì)長部分164在第二端連接至連接臂80。 U型部分166從 細(xì)長部分164向外延伸，并被構(gòu)置成用于允許樞軸臂70相對(duì)于固定銷 移動(dòng)。液壓致動(dòng)器74， 76分別操作地連接至連接臂78, 84，控制取 巖心工具56的移動(dòng)。特別地，液壓致動(dòng)器74, 76分別縮回或延伸連 接臂78, 80以移動(dòng)取巖心工具56。巖心彈射軸82用于與取巖心工具 56內(nèi)包含的井壁巖心接觸，用于當(dāng)取巖心工具56被放置在如圖8中 所示的井眼18中的直立位置時(shí)，將巖心從取巖心工具56彈射進(jìn)入巖心容器部分34中。
參考圖8,現(xiàn)在將說明用于獲取井壁巖心的取巖心工具56的定位。 首先，如圖所示，取巖心工具56被放置于井眼18內(nèi)傳動(dòng)裝置52下方。 參考圖6和9，其后，控制器16向液壓控制系統(tǒng)40輸出命令信號(hào)。 命令信號(hào)促使液壓控制系統(tǒng)40引起液壓致動(dòng)器58， 60分別推動(dòng)引導(dǎo) 板66， 68向上運(yùn)動(dòng)，這又使得轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心工具56轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得轉(zhuǎn)動(dòng) 取心鉆130從取巖心工具56的殼體120向外移動(dòng)。特別地，在轉(zhuǎn)動(dòng)取 巖心工具56的第一側(cè)上的導(dǎo)銷128, 129在凸輪槽140， 142內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 同時(shí)，在轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心工具56的第二側(cè)上的導(dǎo)銷128, 129在引導(dǎo)板68 上的凸輪槽144， 146內(nèi)運(yùn)動(dòng)。參考圖10，當(dāng)液壓致動(dòng)器58， 60推動(dòng) 引導(dǎo)板66， 68至預(yù)定延伸位置時(shí)，傳動(dòng)裝置52的齒輪106操作地連 接至取巖心工具56的齒輪122，以向齒輪122傳遞扭矩。此外，連接 至可移動(dòng)板126上的導(dǎo)銷128向外推動(dòng)可移動(dòng)板126(圖10中為向右) 以使得轉(zhuǎn)動(dòng)取心鉆130與地層20的一部分接觸。此后，控制器16產(chǎn) 生通信信號(hào)以引起馬達(dá)50轉(zhuǎn)動(dòng)該轉(zhuǎn)動(dòng)取心鉆130，從而獲取井壁巖心。
參考圖13-16，設(shè)置了位置感測(cè)系統(tǒng)54以產(chǎn)生能夠指示馬達(dá)50 的轉(zhuǎn)子90的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的位置信號(hào)。所述由位置感測(cè)系統(tǒng)54產(chǎn)生的信 號(hào)被控制器16接收，并且響應(yīng)于該位置信號(hào)，控制器16產(chǎn)生用于控 制馬達(dá)50的操作的通信信號(hào)。位置感測(cè)系統(tǒng)54包括可變磁阻位置傳 感器180以及放大電路182。
參考圖11-15，可變磁阻位置傳感器180被構(gòu)置成機(jī)械地連接至馬 達(dá)50的轉(zhuǎn)子90，以產(chǎn)生能夠指示轉(zhuǎn)子90位置的電壓信號(hào)?？勺兇抛?位置傳感器180的一個(gè)在于該傳感器不電連接至馬達(dá)50，因此從由傳 感器180產(chǎn)生的位置信號(hào)中去除了由馬達(dá)50產(chǎn)生的電噪聲。可變磁阻 位置傳感器180的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)在較高的溫度下操作時(shí)，該傳感 器180能夠產(chǎn)生準(zhǔn)確的位置信號(hào)。可變磁阻位置傳感器180包括殼體 190，轉(zhuǎn)子192,》茲體194， 196， 198， 200, 202， 204， 206, 208以 及定子組件210。
殼體190設(shè)置成用于封裝可變磁阻位置傳感器180的其余部件。殼體l卯由非/磁性材料例如鋁制成。
轉(zhuǎn)子192放置在由定子組件210所限定的孔內(nèi)。轉(zhuǎn)子192基本上 為圓柱形并由非磁性材料例如塑料制成。轉(zhuǎn)子192包括從轉(zhuǎn)子192的 外表面向內(nèi)延伸進(jìn)入轉(zhuǎn)子192的多個(gè)第一孔，以在其中容放磁體194, 196， 198和200。磁體194， 196， 198和200在沿轉(zhuǎn)子192的第一預(yù) 定軸向位置繞著軸201彼此間隔90度放置。轉(zhuǎn)子192包括從轉(zhuǎn)子192 的外表面向內(nèi)延伸進(jìn)入轉(zhuǎn)子192的多個(gè)笫二孔，以在其中容放磁體 202， 204， 206和208。磁體202, 204, 206和208在沿轉(zhuǎn)子192的第 二預(yù)定軸向位置繞著軸201彼此間隔90度放置。磁體202， 204， 206， 和208與磁體194， 196， 198和200繞著軸201偏置45度。轉(zhuǎn)子192 還包括從轉(zhuǎn)子192的第一端向內(nèi)延伸進(jìn)入轉(zhuǎn)子192預(yù)定距離的孔193。 孔193被構(gòu)置成用于容放馬達(dá)50的轉(zhuǎn)子90的一端，以將轉(zhuǎn)子192固 定連接至轉(zhuǎn)子90。因此，轉(zhuǎn)子192以與馬達(dá)50的轉(zhuǎn)子90基本相同的 速度轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，磁體可以包括稀土元素磁體。
定子組件210包括非磁性體部分212,線圏支架214, 216， 218, 和線圈230， 232， 234。非磁性體部分212基本為環(huán)形，并且具有貫 穿其中延伸的、直徑大于轉(zhuǎn)子192的外徑的孔。換而言之，在轉(zhuǎn)子192 的外表面和由非磁性體部分212所限定的內(nèi)表面之間限定了小空隙。 線圏支架214， 216， 218設(shè)置成用于分別在其上固定地保持線圈230, 232， 234。線圏支架214， 216， 218被構(gòu)置成放置在延伸進(jìn)入非磁性 體部分212的外表面內(nèi)的孔中。線圏支架214， 216， 218繞著軸201 彼此間隔120度》丈置。此外，線圏支架214， 216, 218由碳鋼制成， 以用于把來自轉(zhuǎn)子磁體的磁通量分別集中在線圏230， 232, 234周圍。
現(xiàn)在將說明可變磁阻位置傳感器180的操作。傳感器180利用當(dāng) 轉(zhuǎn)子192轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由轉(zhuǎn)子192上的磁體產(chǎn)生的電磁場(chǎng)和由線圏230,232, 234響應(yīng)于移動(dòng)經(jīng)過線圏230， 232， 234的電》茲場(chǎng)而產(chǎn)生的電流之間 的交互作用。電磁感應(yīng)的法拉第定律指出，當(dāng)磁通線相對(duì)于導(dǎo)體成直 角時(shí)，在導(dǎo)體比如線圏中將感應(yīng)產(chǎn)生電壓(比如電磁力EMF)。因此， 特別地，當(dāng)磁體以某速度(w)(每秒弧度)移動(dòng)經(jīng)過長度為(L)、匝數(shù)為(N)和橫截面積為(A)的線圏，并且由磁體生成的磁場(chǎng)(B) 均一地成直角經(jīng)過該導(dǎo)體時(shí)，在線圏中感應(yīng)產(chǎn)生的電壓(E)可由下 列等式說明
E=BNLAw sin ( wt)
此外，因?yàn)榫€圏230， 232， 234彼此間隔120度放置，由轉(zhuǎn)子192 上的^茲體轉(zhuǎn)動(dòng)而分別在線圏230， 232, 234中產(chǎn)生的電壓(Ea )， ( Eb ), (Ec)可由下列等式說明
Ea=BNLAw sin ( wt)
Eb=BNLAw sin ( wt畫120。)
Ec=BNLAw sin ( wt-240o )
參考圖17，示出了表示由線圏230產(chǎn)生的電壓(Ea)隨時(shí)間變化 的典型電壓波形236。此外，參考圖18,示出了表示由線圏232產(chǎn)生 的電壓(Eb)隨時(shí)間變化的典型電壓波形238。此外，參考圖19，示 出了表示由線圏234產(chǎn)生的電壓(Ec )隨時(shí)間變化的典型電壓波形240。
使用下面的等式確定可變磁阻位置傳感器180的轉(zhuǎn)子192的電位 置和機(jī)械位置之間的關(guān)系
9e= ( Pr/2 ) *0m
其中-.
9e代表用于磁定向的轉(zhuǎn)子的電角度位置； em代表轉(zhuǎn)子192的機(jī)械角度位置；以及 Pr代表轉(zhuǎn)子192上的磁體數(shù)量。
使用下列等式確定轉(zhuǎn)子192的機(jī)械和電速度之間的關(guān)系
coe=Pr/2*com
其中*.
coe代表以每秒弧度(或RPM)表示的轉(zhuǎn)子192的電速度； cam代表以每秒弧度(或RPM )表示的轉(zhuǎn)子192的機(jī)械速度； 參考圖16,示出了用于放大電壓(Ea)， (Eb)和(Ec)和濾除 其中的噪聲的放大器電路182。放大器電路182包括微分放大器250, 252， 254，噪聲消除放大器256, 258， 260，以及導(dǎo)體262， 264， 266，268, 270， 272, 274， 276, 278， 280,和284。
線圏230通過導(dǎo)體262電連接至放大器250的輸入端子。放大器 250具有第一和第二輸出端子，該第一和第二輸出端子分別通過導(dǎo)體 264， 266電連接至放大器256的第一和第二端子。放大器256的輸出 端子通過導(dǎo)體268電連接至控制器16。在操作期間，放大器250從線 圏230接收電壓(Ea)，并在導(dǎo)體264上輸出放大后的電壓(G*Ea )， 在導(dǎo)體266上輸出放大后的電壓(-GAEa)，其中G對(duì)應(yīng)于預(yù)定電壓增 益。響應(yīng)于接收電壓(G*Ea)和(-G*Ea)，噪聲消除放大器256輸 出具有比電壓(Ea)小的電噪聲的電壓(Ea，)。指示轉(zhuǎn)子90的位置 的電壓(Ea，)由控制器16接收。
線圈232通過導(dǎo)體270電連接至放大器252的輸入端子。放大器 252第一和第二輸出端子，該第一和第二輸出端子分別通過導(dǎo)體272， 274電連接至放大器258的第一和第二端子。放大器258的輸出端子 通過導(dǎo)體276電連接至控制器16。在操作期間，放大器252從線圏232 接收電壓(Eb)，并在導(dǎo)體272上輸出放大后的電壓(G*Eb)，在導(dǎo) 體274上輸出放大后的電壓(-G*Eb),其中G對(duì)應(yīng)于預(yù)定電壓增益。 響應(yīng)于接收電壓(G*Eb)和(-G*Eb)，噪聲消除放大器258輸出具 有比電壓(Eb)小的電噪聲的電壓(Eb，)。也指示轉(zhuǎn)子90的位置的 電壓(Eb，)由控制器16接收。
線圈234通過導(dǎo)體278電連接至放大器254的輸入端子。放大器 254具有第一和第二輸出端子，該第一和第二輸出端子分別通過導(dǎo)體 280, 282電連接至放大器260的第一和第二端子。放大器260的輸出 端子通過導(dǎo)體284電連接至控制器16。在操作期間，放大器254從線 圏234接收電壓(Ec)，并在導(dǎo)體280上輸出放大后的電壓(G*Ec )， 在導(dǎo)體282上輸出放大后的電壓(-GAEc)，其中G對(duì)應(yīng)于預(yù)定電壓增 益。響應(yīng)于接收電壓(G*Ec)和(-G*Ec)，噪聲消除放大器260輸 出具有比電壓(Ec)小的電噪聲的電壓(Ec，)。指示轉(zhuǎn)子90的位置的 電壓(Ec，)由控制器16接收。
再次參考圖1，控制器16設(shè)置成用于控制取巖心設(shè)備12和起重機(jī)14的操作。特別地，控制器16產(chǎn)生控制信號(hào)來控制起重機(jī)14的操 作以將轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置32定位在井眼18內(nèi)的預(yù)定深度。此外，控制 器16產(chǎn)生控制信號(hào)來控制液壓控制系統(tǒng)44的操作以在井眼20內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn) 動(dòng)取巖心裝置32的取巖心工具56進(jìn)行定向，從而獲取井壁巖心。此 外，控制器16產(chǎn)生控制信號(hào)來控制轉(zhuǎn)動(dòng)取巖心裝置32中使用的馬達(dá) 50的操作以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)取心鉆130。此外，控制器16從位置感測(cè)系統(tǒng) 54接收位置電壓(Ea，)， (Eb，)， (Ec，)并使用所述位置電壓來控制 馬達(dá)50的操作。
用于確定轉(zhuǎn)動(dòng)體的位置的可變磁阻位置傳感器和方法比其它傳感 器和方法具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。特別地，可變磁阻位置傳感器與馬達(dá)電絕 緣，并且可以產(chǎn)生指示馬達(dá)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的位置信號(hào)，而沒有來自 于馬達(dá)的太大電噪聲。此外，當(dāng)以較高的溫度操作時(shí)(例如大于350 華氏度)，可變磁阻位置傳感器可產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確位置信號(hào)。
上述方法能夠以計(jì)算機(jī)執(zhí)行的處理和用于實(shí)現(xiàn)那些處理的設(shè)備的 形式來實(shí)施。在一個(gè)典型實(shí)施例中，該方法以由計(jì)算機(jī)或控制器執(zhí)行 的計(jì)算機(jī)程序代碼來實(shí)施。該方法能夠以包含指令的計(jì)算機(jī)程序代碼 的形式來實(shí)施，該代碼載于軟盤，CD-ROM，硬盤驅(qū)動(dòng)器或任何其它 計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)等實(shí)體介質(zhì)中，其中，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序代碼被 載入控制器中并由控制器執(zhí)行時(shí)，控制器成為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)備。
這里的術(shù)語"第一"，"第二"等不代表任何順序、數(shù)量、或重要性， 而是用于將元件彼此區(qū)別開，并且這里的術(shù)語"一"和"一個(gè)"不代表對(duì) 數(shù)量的限制，而是代表存在至少一個(gè)相關(guān)項(xiàng)目。除非另外定義，否則， 本文中所使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理 解的意義相同。
盡管已參考典型實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解， 在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其元件進(jìn)行各種改變，并且
可進(jìn)行等同替換。此外，在不背離本發(fā)明的本質(zhì)范圍的情況下，可以 進(jìn)行多種修改以使特定情況或材料與本發(fā)明的教導(dǎo)相適應(yīng)。因此，本 發(fā)明不僅限于作為預(yù)期用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式而公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括屬于后附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，包括可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，其具有第一非磁性體部分和多個(gè)磁體；以及定子組件，其具有第二非磁性體部分，所述第二非磁性體部分內(nèi)具有用于容納可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的孔，所述定子組件還具有多個(gè)線圈，所述多個(gè)線圈被構(gòu)置成響應(yīng)于可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生能夠指示可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的位置的信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，所述多 個(gè)磁體包括稀土元素磁體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，所述第 一非磁性體部分由塑料制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，所述第 二非磁性體部分由塑料制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，所述多 個(gè)線圈支架由碳素鋼制成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，還包括殼體，該殼體 具有用于封裝可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件和定子組件的至少一個(gè)部分的內(nèi)部區(qū)域。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，殼體由 鋁制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，殼體具 有從殼體的外表面向內(nèi)延伸進(jìn)入殼體的對(duì)準(zhǔn)槽，以用于定位殼體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，可轉(zhuǎn) 動(dòng)構(gòu)件的第 一非磁性體部分具有從第 一非磁性體部分的第 一端延伸至 第一非磁性體部分內(nèi)的孔，該孔被構(gòu)置成容納轉(zhuǎn)動(dòng)體的一部分以用于 將可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件固定聯(lián)接至轉(zhuǎn)動(dòng)體。
10. —種使用轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器確定轉(zhuǎn)動(dòng)體的位置的方法，該轉(zhuǎn)動(dòng) 位置傳感器包括可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，該可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件具有第一非磁性體部分和 多個(gè)磁體，可變磁阻位置傳感器還包括定子組件，該定子組件具有第二非磁性體部分，該第二非磁性部分內(nèi)具有用于容納可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的孔，定子組件還具有多個(gè)線圏，該方法包括響應(yīng)于連接至可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)體構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)該轉(zhuǎn)動(dòng)位置 傳感器的可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，其中，位于可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件上的多個(gè)磁體轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過 轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器的定子組件的多個(gè)線圏，以在所述多個(gè)線圏中產(chǎn)生信 號(hào)；以及使用控制器測(cè)量所述產(chǎn)生的信號(hào)以確定可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，所述 多個(gè)磁體彼此等距地設(shè)置在第一非磁性體部分的外部區(qū)域周圍。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，定子 組件還包括多個(gè)支架，所述多個(gè)線圏中的每個(gè)線圈分別連接至所述多 個(gè)線圏支架中的相應(yīng)線圏支架，所述多個(gè)線圏支架彼此等距地固定連 接至第二非磁性體部分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，還包括計(jì)算機(jī)，該 計(jì)算機(jī)被構(gòu)置成從所述多個(gè)線圏中接收信號(hào)并基于來自所述多個(gè)線圏 的信號(hào)而產(chǎn)生多個(gè)第一信號(hào)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，所述 傳感器適合于在井眼環(huán)境中操作。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器，其特征在于，所述 傳感器適合于在高于350華氏度的溫度下操作。
16. —種用于控制鉆井裝置的系統(tǒng)，所述鉆井裝置具有轉(zhuǎn)動(dòng)體， 包括位置傳感器，其具有可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件和定子組件，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件可 操作地連接至所述轉(zhuǎn)動(dòng)體，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件具有第一非磁性體部分和 多個(gè)磁體，所述定子組件具有第二非磁性體部分，所述第二非磁性體 部分被構(gòu)置成用于容納可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，所述定子組件還具有多個(gè)線圏， 所述多個(gè)線圏被構(gòu)置成響應(yīng)于可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生能夠指示可轉(zhuǎn) 動(dòng)構(gòu)件的位置的信號(hào)；以及控制器，可操作地與所述位置傳感器通信，所述控制器被構(gòu)置成基于位置傳感器的信號(hào)而控制所述鉆井裝置的操作。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)磁體包 括稀土元素磁體。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一非磁性 體部分由塑料制成。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感器 適合于在井眼環(huán)境中操作。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感器 適合于在高于350華氏度的溫度下操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了可變磁阻位置傳感器和用于確定轉(zhuǎn)動(dòng)體位置的方法?？勺兇抛栉恢脗鞲衅靼ū粯?gòu)置成可操作地連接至轉(zhuǎn)動(dòng)體的可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件?？赊D(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件(192)具有第一非磁性體部分(212)以及彼此等距地設(shè)置在第一非磁性體部分(212)的外部區(qū)域周圍的多個(gè)磁體(194，196，198，200)。可變磁阻位置傳感器還包括具有第二非磁性體部分的定子組件(210)，該第二非磁性體部分具有貫穿其中的孔，用于在其中容納可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件。定子組件還包括多個(gè)線圈(230，232，234)和多個(gè)線圈支架(214，216，218)。所述多個(gè)線圈中的每個(gè)線圈分別連接至所述多個(gè)線圈支架中的相應(yīng)線圈支架。所述多個(gè)線圈支架(214，216，218)彼此等距地固定連接至第二非磁性體部分?？赊D(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)引起所述多個(gè)線圈(230，232，234)產(chǎn)生能指示可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的位置的電壓信號(hào)。
文檔編號(hào)H02K19/16GK101292410SQ200680039116
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者B·J·查克羅夫, B·S·薩古, Q·V·潘 申請(qǐng)人:貝克休斯公司