鉆孔電視攝像產狀參數誤差分析與校準

程含發 張建清

鉆孔電視攝像產狀參數誤差分析與校準

程含發 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狀參數實行原理，分析了影響產狀參數誤差的各種因素與解決辦法，詳述了產狀參數的校準方法。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 產狀參數 誤差分析 解決辦法 校準方法

1 前言

隨著科學技術的發展，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，圖像信息與產狀參數完全數字化，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，產狀參數無法用肉眼識別，產狀參數誤差存在不確定性。因此，要求鉆孔攝像人員在工作前必須進行產狀參數基點校準與產狀參數標定，以保證攝像資料的準確可靠。

2 鉆孔電視攝像產狀參數測試原理

2.1方位傳感器類型

目前國內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羅盤原理相同，利用羅盤上的磁針指北的作用來實現。

（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，引起電壓變化的數據，從而得知方向。

2.3產狀參數測試原理

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即是裂隙或斷層的方位。

（2）電子羅盤。電子羅盤調試基點時，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狀，其最低點對應的電子顯數即是產狀的方位。

3 產狀參數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）羅盤旋轉的靈活性；

（4）人為讀數誤差；

（5）地球磁場的變化；

（6）工作環境中鐵磁介質的磁場變化；

（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）工作環境中鐵磁介質的磁場變化；

（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的靈活性；

（4）人為讀數時應將裂隙或斷層的最低點旋至畫面正中間取值；

（5）讀數值加上或減去當地的磁偏角以消除地球磁場引起的誤差；

（6）觀察鉆孔周邊是否存在鐵磁介質；

（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；

（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 鉆孔攝像產狀校準

4.1校準模具制作

為校準鉆孔電視攝像產狀參數，必須建立鉆孔電視攝像產狀參數校準模具，其步驟如下：

（1）購置一根內徑0.76m，長度0.5m的圓形PC管材；

（2）在內徑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，模具內側見有裂隙軌跡（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 鉆孔電視攝像產狀參數校準表

（5）在同一方位與傾角上，模具不動，然后將探頭轉動并攝錄，分別讀出地質羅盤值及儀器攝錄后方位與傾角的顯數值進行比對，以求探頭動態時方位的重復穩定性。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值進行比對，檢驗儀器讀數的穩定性。見表2中序號6～7，其絕對誤差為表2中序號6～7之差。

5 結語

鉆孔電視攝像儀的發展與升級，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，產狀參數的定性與定量，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，消除產狀參數誤差的不確定性，滿足工程對產狀參數要求的誤差范圍。同時建議生產廠家與工程實際需求相結合，解決工程實際問題，加強儀器工藝與結構完善，采用機械羅盤數字化，使得產狀參數誤差恒定，便于識別。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.002

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B

1672-2469（2014）02-0002-03

程含發（1956年- ），男，高級工程師。