基于MATLAB GUI的钻井工具姿态采集

5.3 滤波处理及图形绘制

如果使用采集到的传感器输出数据直接计算井眼姿态，将会造成较大的误差。主要原因是：(1)在钻进中，由于钻进环境恶劣，振动和旋转都会对传感器输出造成较大影响；(2)电路本身的电气噪声，对采集数据存在一定的影响。

在消除旋转对实验数据的影响后，再借助MATLAB语言实现滤波功能，具体实现流程如下：根据实验数据，在MATLAB的FDAtool工具箱中设计滤波器，滤波效果与实际情况吻合后，将该滤波器的传递函数使用MATLAB语言实现，添加到"数据处理"功能按钮对应的程序中，完成数据处理的全部功能。

将滤波前后的数据借助axeS控件绘图显示，可以看到数据处理前后对真实井眼姿态描述的差异。

6 应用实例

本系统已经应用于智能旋转导向系统的室内实验，图3是在室内直井钻井平台上进行模拟钻井实验的钻进过程中，利用本软件进行操作的截图。该图较好地展示了该软件的功能：数据、命令的双向传输及显示、数据的后续处理功能。图中曲线显示区域黑线代表的是采集到的y轴重量加速度的数值GY，红线代表的是经过数据处理后的GY，不难发现，后者的波动范围明显缩小，曲线更为光滑。然后利用处理过的三轴加速度数值，对钻井工具的空间姿态角进行计算，能够得到与实际情况较为吻合的空间姿态，为矿井的钻进中空间姿态的准确测量，提供了一个可供借鉴和参考的方法，能够使钻井过程中减少停钻次数，为提高钻井效率和钻井安全增加了保证。

7 结论

具有数据处理、串口操作控制功能和Activex控件合理调用功能的上位机软件，再加上高性能片上系统C8051F060作为主芯片的井下电路，两者组成了模拟钻井姿态采集处理系统，在115200的串口波特率下，实现了对多路井下信号的采集、处理，从实验结果来看，井斜角、工具面角等空间角度的计算结果与实际情况较为符合，完全适用于钻井工具的空间姿态测量应用。强大的数据处理功能，再加上人机操作界面，这使得MATLAB在工业现场监控方面将获得更广阔的应用。