钻孔电视摄像产状参数误差分析与校准

程含发 张建清

钻孔电视摄像产状参数误差分析与校准

程含发 张建清

（长江工程地球物理勘测武汉有限公司 湖北武汉 430010）

介绍了钻孔电视摄像产状参数实行原理，分析了影响产状参数误差的各种因素与解决办法，详述了产状参数的校准方法。对从事钻孔电视摄像工作的同仁有一定的借鉴作用。

钻孔电视 产状参数 误差分析 解决办法 校准方法

1 前言

随着科学技术的发展，高清晰摄像头与电子罗盘的引进，钻孔电视摄像设备的不断更新与升级，使得钻孔图像更加清晰逼真，图像信息与产状参数完全数字化，已成为钻孔测试中不可或缺的测试手段之一。

由于电子罗盘替代原来的机械罗盘，产状参数无法用肉眼识别，产状参数误差存在不确定性。因此，要求钻孔摄像人员在工作前必须进行产状参数基点校准与产状参数标定，以保证摄像资料的准确可靠。

2 钻孔电视摄像产状参数测试原理

2.1方位传感器类型

目前国内外钻孔摄像所用的方位传感器为机械罗盘与电子罗盘，二者各有优缺点。其工作性能比较见表1。

表1 方位传感器比较

2.2方位传感器原理

（1）机械罗盘。机械罗盘原理与普通地质罗盘原理相同，利用罗盘上的磁针指北的作用来实现。

（2）电子罗盘。电子罗盘与机械罗盘一样，感应地球磁场来识别南极和北极。只是电子罗盘把磁针换成了磁阻传感器，应用霍尔效应，利用洛伦磁力造成电流中电子的偏向，引起电压变化的数据，从而得知方向。

2.3产状参数测试原理

2.3.1 倾角测试原理

岩层的倾角就是垂直岩层走向的剖面上层面（迹线）与水平面（迹线）之间的夹角。可通过摄像图层面的高低点差（h）与钻孔孔径（d）的比值的反正切求得，即：α=arctgh/d。

2.3.2 倾向测试原理

（1）机械罗盘。机械罗盘安装时与摄像头保持同向，则钻孔摄像中旋转探管管芯正对于裂隙或断层画面，其最低点对应的机械罗盘指北针刻度数即是裂隙或断层的方位。

（2）电子罗盘。电子罗盘调试基点时，摄像的起扫点与北向同步，则钻孔摄像画面中正对于裂隙或断层产状，其最低点对应的电子显数即是产状的方位。

3 产状参数误差分析与解决办法

3.l影响罗盘精度的因素

3.1.1 机械罗盘

（1）安装的非水平性；

（2）安装与摄像头的不一致性；

（3）罗盘旋转的灵活性；

（4）人为读数误差；

（5）地球磁场的变化；

（6）工作环境中铁磁介质的磁场变化；

（7）机械罗盘误差。

3.1.2 电子罗盘

（1）电子罗盘A／D转换的分辨率；

（2）温度影响；

（3）磁传感器误差；

（4）地球磁场的变化；

（5）罗盘的倾斜误差；

（6）工作环境中铁磁介质的磁场变化；

（7）摄像前的基点校准误差；

（8）摄像中的居中程度。

3.2消除误差的办法

3.2.1 机械罗盘

（1）安装机械罗盘时，在钻孔一定倾斜范围内保持其水平性；

（2）安装机械罗盘时，应与摄像头保持同一方向；

（3）选购罗盘时注意罗盘旋转的灵活性；

（4）人为读数时应将裂隙或断层的最低点旋至画面正中间取值；

（5）读数值加上或减去当地的磁偏角以消除地球磁场引起的误差；

（6）观察钻孔周边是否存在铁磁介质；

（7）选购精度高的机械罗盘。

3.2.2 电子罗盘

（1）选购高精度高质量的电子罗盘；

（2）磁偏角的影响可从电路设计上解决；

（3）安装时尽量保持水平状态；

（4）摄像前的基点要严格校准；

（5）摄像时应安装扶正器；

（6）摄像中要进行深度校正。

4 钻孔摄像产状校准

4.1校准模具制作

为校准钻孔电视摄像产状参数，必须建立钻孔电视摄像产状参数校准模具，其步骤如下：

（1）购置一根内径0.76m，长度0.5m的圆形PC管材；

（2）在内径0.76m，长度0.5m圆周展开图平面上，按PC管上一定倾角与倾向的裂隙截面，制作裂隙截面轨迹平面展开图（见图1）；

图1 构造裂隙轨迹平面展开示意图

（3）将裂隙截面轨迹平面展开图对折成圆柱状后套入PC管材中，即在模具上模拟一构造裂隙，模具内侧见有裂隙轨迹（见图2）。

图2 钻孔裂隙校准模具示意图

4.2校准方法

（1）将钻孔模具固定夹放在校正台上，可作360°空间转动（见图3）。

（2）当钻孔模具固定某一方位及某一倾角时，分别由地质罗盘与仪器摄录后，读出其裂隙方位值与倾角值进行比对，求出其绝对误差（见表2）。

（3）北向零度校对，以求零度基点误差，并校准于0度。见表2中序号1。

（4）将钻孔模具在校正台上随意固定于不同的方位与倾角，分别读出其相应的罗盘值及仪器摄录后方位及倾角的显数值进行比对，计算出绝对误差，以求不同方位与倾角的绝对误差。见表2中序号2～5。

图3 钻孔裂隙校准架

表2 钻孔电视摄像产状参数校准表

（5）在同一方位与倾角上，模具不动，然后将探头转动并摄录，分别读出地质罗盘值及仪器摄录后方位与倾角的显数值进行比对，以求探头动态时方位的重复稳定性。见表2中序号5～6，其绝对误差为表2中序号5～6之差。

（6）在同一方位与倾角上，模具不动，测试仪器通断电时的罗盘值并与仪器摄录后方位与倾角的显数值进行比对，检验仪器读数的稳定性。见表2中序号6～7，其绝对误差为表2中序号6～7之差。

5 结语

钻孔电视摄像仪的发展与升级，越来越被工程界关注与依赖。作为钻孔电视摄像仪设计的初衷，产状参数的定性与定量，其误差是不能回避与忽略的。建议从事钻孔电视摄像工作的同行引起高度重视，在工作中认真仔细，精益求精，消除产状参数误差的不确定性，满足工程对产状参数要求的误差范围。同时建议生产厂家与工程实际需求相结合，解决工程实际问题，加强仪器工艺与结构完善，采用机械罗盘数字化，使得产状参数误差恒定，便于识别。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.002

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B

1672-2469（2014）02-0002-03

程含发（1956年- ），男，高级工程师。