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系统需采集两个转角、3个分力、3个液压缸压力、两个姿态角的测量输出值，处理计算合力矢量的大小和角度，并实时显示和储存，其中：

1) 两个转角 转台2轴的转角，为圆形感应同步器，其输出信号由RS232串口传输至工控机。

2) 3个分力和3个缸压 推力传感器和缸压传感器输出模拟测量信号进行滤波放大处理，调理模拟信号再输入NI-9205模块进行A/D转换，转换后的数字信号输入cRIO嵌入式处理系统。

3) 两个姿态角 惯性测量模块的输出经RS232串口也进入cRIO嵌入式处理系统。

嵌入式处理系统与工控机间采用802.11g无线通信协议传输采集数据。工控机完成处理计算，实时显示全部信息并进行储存。

图5 基于cRIO的嵌入式处理系统

传感器滤波放大模块对输入信号差动放大，转换为单边信号，再滤波去除高频噪声。其放大倍数设计后为417.7倍。图6为其电路原理图和完成图。

图6 测力传感器输出滤波放大模块

系统软件要求能够精确测量、检验和校正整个导向力控制机构和控制算法，图7为软件显示与操作界面。实现的具体功能包括：

1) 导向力控制算法验证；

2) 近钻头惯性测量模块显示、校正、标定；

3) 转台参数测量、显示、对比；

4) 标定参数、实时控制参数、工程测量参数记录；

5) 导向工具姿态数据以3D钻头姿态显示。

图7 测试系统软件界面

系统应用与结论
应用双轴综合标定测试系统，在COTAS系统验证过程中进行了大量测试试验，试验获得：

1) COTAS工具液压缸压强/液压力间拟合关系式；

2) 惯性测量模块安装误差角标定修正参数矩阵；

3) 导向力矢量幅值、相位控制精度测试结论；

4) 高边角自动补偿功能验证与效果测试结论。

综上试验中使用效果表明，该系统集两轴精密转台和测力仪于一体，能够精确地夹持旋转导向工具模拟井斜和高边角变化，并实时测量导向力矢量。可以实现对导向力控制机构和闭环反馈算法的测试和检验，也可用于对近钻头惯性测量模块的标定。

系统为COTAS系统的研制工作提供了不可或缺的技术基础和测试手段。此外，在未来的产业化过程中，仍将继续提供必须的标定和检验功能服务。

关键词： 系统 研究 设计 标定 综合 导向 工具 双轴 旋转