24] 定時器捕獲/外部中斷方式電路，參見圖12,采用的主要忍片為LMC7211，是具有軌 至軌輸入的小型CMOS比較器，設定一個基準電壓通過電位器R39來調節，當脈沖幅值大于基 準電壓時則liC7211引腳1 (OU巧側)輸出高電平，主控忍片STM32F4采集此電平的輸出時間 點來計算回波時間點，所謂定時器捕獲/外部中斷方式就是通過載入程序控制主控忍片 STM32F4對接收到的脈沖進行回波時間點的確定。帶通濾波電路經網絡CmJLI接定時器捕 獲/外部中斷方式電路，經定時器捕獲/外部中斷方式電路處理后得到INT_AD信號，送入主 控忍片STM32F4,主控忍片STM32F4對回波信號處理分析。
[0125] 綜上，超聲探頭收發信號的總體電路運行過程為:通過主控忍片STM32F4的定時器 2產生一個PWM波形，通過定時器3控制脈沖的個數(個數與測量距離有關，距離遠則個數多） 激勵超聲探頭發射超聲波，遇到障礙物回波信號TRANS回來后經過圖10所示帶通濾波電路 處理，送到如圖12所示定時器捕獲/外部中斷方式電路，將最終的INT_AD信號送入主控忍片 STM32F4進行時間的間隔的記錄。上述對數放大電路和定時器捕獲/外部中斷方式電路采用 的兩種方式都可W進行測距，但是往往還是定時器捕獲/外部中斷方式進行采樣比較精準 和簡便，所W選擇運種方式。
[0126] 6、電子羅盤
[0127] 選擇傾角補償式S維電子羅盤，型號HCM365主要用于工業石油地質測井中。其特 性如下：
[012引-測量范圍：360°全姿態
[0129] -帶硬磁、軟磁及傾角補償
[0130] -精度:0.3° ~0.5°
[0131] 輸出接口：RS232，RS485，1TL(可選）
[0132] -工作電壓:DC+5V
[0133] -寬溫工作:-40 ~+85°C
[0134] -工作電流:40mA
[0135] -體積：55*37巧4mm，可定制。
[0136] 參見圖4,電子羅盤7采集的數據通過與MCU控制器連接的串口（通訊模塊)上傳到 上位機。MCU主控板電路及上位機放在地面之上，只將落魚定位儀機械結構(包括四個探頭 和一個步進電機，還有電子羅盤，目前測井電路保護W及電機防水方面已經很成熟，可W直 接使用)直接送入井下，可W利用鉆井液循環進行降溫散熱處理，且由于探測的過程不設及 破碎巖層等動作，所W并不會產生太高的溫度，基本的鉆井液循環就可W達到散熱降溫的 目的。
[0137] MCU主控板還包括24V轉5V電路、5V轉3.3V電路、L抓指示模塊、驅動電路板供電電 路、JLINK下載接口；其中：
[0138] 1、24V轉5V電路，參見圖5,采用LM2596T5.0(5)開關電源穩壓器，接外部電源24V電 源，將24V電壓轉為5. OV電壓，Jl接線端口是電源的輸入的端口，Jl. 1接24V、Jl. 2接GND，經 過圖5所示24V轉5V電路處理后可W得到需要的24V和5V電源；
[0139] 2、5V轉3.3V電路，參見圖6,采用LM1117-3.3電壓調節忍片，將SV(VCC)電壓經過電 壓調節忍片處理后得到3.3V電壓(VDD)，為主控忍片STM32F407VG供電；
[0140] 3、L邸指示模塊，參見圖13，包括紅色L邸燈和綠色L抓燈，紅色L邸燈正極由5V電源 供電，負極接地，作用是顯示5V供電正常，綠色L邸燈正極由3.3V電源供電，負極與主控忍片 的95引腳連接，作用是配合軟件編程顯示程序運行正常；
[0141] 4、驅動電路板供電電路，參見圖14,為驅動板電路供電和提供地，電源分為24V和 5V；
[0142] 5、JLINK下載接口，參見圖15,與主控忍片的72、76引腳相連。
[0143] 本發明還提供一種采用上述落魚定位儀進行落魚定位的方法，圖1為鉆井落魚示 意圖，空腔為鉆孔，由于某種原因造成了大肚子井眼，斷鉆點位于C點，魚頂偏移后的位置為 A，大肚子井眼的底部為B。
[0144] 設計思路如下：多個超聲波探頭I成直線排列于襯板5上，由自旋步進電機2控制襯 板5旋轉W實現360度探巧心沿鉆孔將落魚定位儀送入井下，超過斷鉆點C點后(斷鉆垂直深 度S為已知，探測下潛深度T也是已知），邊行進邊旋轉探測，當探測到近似直線型物體時，可 認為此直線型物體為落魚。通過測得的鉆桿傾斜方向，W及大肚子井眼中泥漿的各項特性、 鉆桿材質等，對鉆桿進行受力分析，計算出魚頂A位置，然后使用傳統打拱方式進行打拱。
[0145] W第一種水平井模型為例具體包括W下步驟(如圖21):
[0146] 設落魚定位儀到達斷鉆位置點別寸，與垂直于地面方向的夾角為0(即電子羅盤7測 量到的俯仰角），與大肚子井眼上方的造斜角一致。
[0147] 步驟一:將落魚定位儀安裝在鉆桿前端，沿鉆孔送入井下;襯板自下而上依次等距 設置第1超聲探頭、第2超聲探頭、……、第m超聲探頭，m為正整數;具體設置為四個，分別為 第1超聲探頭、第2超聲探頭、第3超聲探頭和第4超聲探頭；
[0148] 步驟二：當下降到達斷鉆深度時（斷鉆垂直深度S為已知，探測下潛深度T也是已 知），首先記錄下此時電子羅盤的俯仰角0，然后使落魚定位儀繼續下降，上位機控制自旋步 進電機360度旋轉，若沒有探測到近似直線型物體，則落魚定位儀繼續下行(設定每次下行 距離Q為10米），停止后再次360度旋轉襯板使超聲探頭掃描探測。重復上述步驟，若探測到 近似直線型物體，則可認為該近似直線型物體即為斷落的鉆桿(落魚），記錄此時電子羅盤7 的導航角a。通過對四個探頭的探測距離計算出來的斜率抗是否為近似相等的值來進 行判斷是否為近似直線型物體。
[0149] 步驟S:計算落魚傾角。
[0150] 參見圖18,重復控制落魚定位儀下行并探測，直至下行至探頭1與探測到的近似直 線型物體達到探測盲區距離時，采集多組數據保存并上傳給上位機。第1探頭探測至落魚的 距離為dll,如圖20所示，W第1超聲探頭所在的位置為坐標原點0, W水平指向落魚的方向 (導航角a方向）為X軸正方向、豎直向上方向為Y軸正方向建立坐標系X0Y。將XOY坐標系逆時 針旋轉角度目，形成X'OY'坐標系，再將X'OY'坐標系沿X'軸正方向平移dll得到ro'r坐標 系，至此坐標系建立完畢。結合圖17計算落魚8在X ' OY '坐標系中的傾角分別為：
，其中： 山1，山2，山3，山4分別為落魚定位儀9上第1超聲探頭、第2超聲探頭、第3超聲探頭、第4超聲探 頭在垂直于襯板方向到斷落的傾斜的鉆桿(落魚8)的測量距離，對詩，片;、片取平均值得 至幡魚傾角平均值^圖18中，四個探頭進入探測盲區時測量的數據山1、(1〇2、(1〇3、(1〇4為無效 數據。
[0151] 步驟四：坐標變換。
[0152] 探測過程中建立如圖18所示的函數圖像，每一個落魚位置點如圖18中所示，對步 驟S中X'OY'坐標系沿順時針方向旋轉0得到XOY坐標系，坐標轉換計算公式為：
[0154]根據公式①就可W將X ' OY '坐標系中的坐標轉換為XOY坐標系中的坐標。
[01W]步驟五:確定落魚的函數曲線及魚頂坐標。
[0156]參見圖16，當落魚處于平衡狀態時，鉆桿受到自重G、浮力fs及支撐力F支的作用，鉆 桿呈彎曲狀。由于泥漿浮力的作用，鉆桿在泥漿中的自重為：
[015引公式②中：
[0159] G-為鉆桿在泥漿中的自重，單位N/m;
[0160] q-鉆桿在空氣中的自重，單位N/m;
[0161 ] P泥一泥漿密度(決定于泥漿的溫度和粘滯特性），單位g/cm3;
[0162] Pi廣鉆桿的密度，單位g/cm3。
[0163] 自落魚支撐點（一般為大肚子井眼底部）向上30m，鉆桿最大彎曲度為2.2度，可近 似為近30m左右的直線型落魚，該落魚可W近似看作為一端為固定端、另一端為自由端的懸 臂梁，如圖19所示，在重力、浮力的作用下，近似為四次曲線。
[0164] 如圖19所示，落魚受到豎直向下的分布荷載G的作用。圖中，G表示鉆桿在泥漿中的 自重，該自重為落魚在空氣中自重和落魚浮力的合力傾斜角度為俯仰角0，懸臂梁長L為截 取的部分落魚的長度，鉆井時的鉆進路線按設計圖進行，鉆進距離及探測儀下潛距離為已 知，故L為已知;懸臂梁的彎曲剛度E及懸臂梁相對于中性軸的慣性I由落魚材質確定。由懸 臂梁受到G作用后的曉曲線近似微分方程：
y'"為y"的二階導數，在坐標 系r 0 ' r解得如下式一元四次方程：
[0166] 將各次幕系數化為A"，B"，C"，得到:y" =A"x"4+B"x"3+C"x"2,根據圖20化'表示魚 頂10在r軸下降的距離），取任一微段，可W知道成=^<1+(.1，"'片/.、'.尸'為尸的一階導數，對 y' '按級數展開所W
，將彎曲的整段曲線進行積分，
[0169]將⑤式代入④式得到：
[0171] 解⑥式即可得到的魚頂在ro'r坐標系中的橫坐標點Wx",將Wx"帶入到⑥式，得 到魚頂10在ro'r坐標系中的縱坐標點Wy"，根據圖20得到Wx' =Wx"+dll,Wy' =Wy"，根據① 式得到魚頂10在XOY坐標系中的坐標為：（a ,Wx = Wx'*cos目-Wy'*sin目，Wy = Wx'*sin目+Wy'* COS0)，a為電子羅盤的導航角，Wx，Wy為圖20中所示。
[0172] ③式表示W截取的落魚的底部為坐標原點得到的落魚曲線方程，根據圖20所示， 將此方程轉化到坐標系X ' OY '中可得：
[0174]合并化簡后，將各次幕系數化為A'，B'，C'，D'，E'，得到在X'OY'坐標系中的落魚曲 線方程巧'=4'義'4+8'義'3+(：'義'2+0'義'巧'，同時將7'求導得：
[01 巧]y" =4A'x'3+3B'x'2~i~2C'x'+D'................................................⑦
[0176] 步驟六:對落魚曲線方程y ' = A ' X ' 4+B ' X ' 3+C ' X ' 2+D ' X ' +E '進行驗證。
[0177] 將探頭1向上提起，每次上行距離設定為10米，繼續探測，同步驟=計算方法，