Датчик ориентации Советский патент 1984 года по МПК E21B47/02 

Изобретение фтносится к исследованию буровых скважин и может найти применение в тех приборах, где требуется ориентировка положения объекта относительно магнитного меридиана.

Известны датчики ориентации с магнитной стрелкой, работа которых основана на свойстве свободно подвешенного в магнитной поле Земли постоянного магнита располагаться по направлению магнитного меридиана. Подвижная система магнитного компаса состоит из одной или нескольких пар постоянных магнитов, поплавка и шкалы (О-ЗбО)-. Подвижная -система Опирается шпилькой на подпятник, укрепленный на колонке корпуса компаса Cl3.

Магнитные компасы имеют простую конструкцию, не требуют питания и , обеспечивают высокую точность измерений только в стационарных условиях. Однако эти датчики непригодны для работы на движущихся объектах из-за колебаний магнитной системы во время движения.

Известен также датчик, ориентации в котором магнитная стрелка заменен феррозондом - активным индукционным преобраз ователем.

Феррозондовый датчик ориентации содержит феррозонд, состоящий из двух сердечников с двумя обмотками, которые соединены так, что нечетны гармоники практически компенсируютс Феррозонд приводится во вращение . электроприводом, состоящим из электродвигателя с редуктором. Обмотка возбуждения феррозонда при помощи коллектора со щетками соединяется с генератором переменного тока.

Измерительная обмотка феррозонда через коллектор со щетками соединяется с фильтром нечетных гармоник, выход которого соединен со входом усилителя четных гармоник, выход которого соединен с измерительным прибором 2}.

Недостаток известного феррозондового датчика ориентации заключается втом,что питание обмотки возбужде,ния и съем сигнала от измерительной обмотки осуществляется через коллектор со щетками. Наличие трущегося электрического контакта в цепи коллектора создает шумы и снижает надежность работы датчика. Особенно серьезную помеху коллектор со щетками создает в измерительной

.цепи датчика, где сигнал мал и в ряде случаев, соизмерим с уровнем создавае1уых шумов.

Целью изобретения является повышние надежности работы феррозондовог датчика и снижение уровня шумов в нем.

Поставленная цель достигается тем, что датчик ориентации, содержащий корпус, в котором размещен феррозонд с двумя обмоткс1ми, установленный на валу электропривода, генератор переменного тока, фильтр нечетных гармоник и усилитель четных гармоник, снабжен двумя парами индуктивно связанных обмоток, первая пара обмоток включена между выходом генератора переменного тока и обмоткой возбуждения, а другая между измерительной обмоткой феррозонда и входом фильтра нечетных гармоник, причем обмотки, подключенные к обмотке возбуждения и к измерительной обмотке, установлены на немагнитном валу электропривода, а обмотки, подключенные к выходу генератора переменного тока и ко вхоfsy фильтра нечетных гармоник, размещены неподвижно на корпусе датчика.

Кроме того, для увеличения индуктивной связи между обмотками, каждая пара обмоток снабжена разрезным ферромагнитным сердечником.

На чертеже изображен датчик ориентации, разрез.

Датчик содержит корпус 1 из неманитного материала, в котором размещены феррозонд, состоящий из магнитного сердечника 2 с обмотками: возбуждения 3 и измерительной 4, Феррозонд укреплен на оси 5 электропривода б,

Обмотка 3 возбуждения соединена с укрепленной на валу 5 обмоткой 7 а измерительная обмотка 4 - с укрепленной на валу обмоткой 8. С обмоткой 7 индуктивно связана обмотка 9, которая подключена к выходу генератора 10 переменного тока и неподвижно укреплена на корпусе 1 датчика. С обмоткой 8 индуктивно связана обмотка 11, которая подключенако входу фильтра 12 нечетных гармоник, выход которого соединен со входом усилителя 13 четных гармоник. Для усиления индуктивной связи между парами обмоток 7 и 9, 8 и 11 в обмотки введены ферромагнитные сердечники 14 и 15.

Датчик работает следующим образом.

Магнитный сердечник 2 с обмотками 3 и 4 при работе вращается на оси 5 при помощи электропривода Б. Переменный ток от генератора 10 поступает в обмотку 9, которая индуктивно связана с враидакяцейся обмоткой 7. Индуцированная в обмотке 7 ЭДС вызывает переменный ток в обмотке 3 возбуждения, которая соединена с обмоткой 7. Переменный ток, действукадий в обмотке 3, вызывает перемагничивание магнитного сердечняка 2 по симметричному циклу. Изменение магнитного потока, вызванное перемагничиванием сердечника 2 по симметричной кривой, индицирует в измерительной обмотке 4 ЭДС, изменяю щуюся по гармоническому закону. Так как одновременно на сердечник действует магнитное поле Земли, то кривая перемагничивания изменяет сво размеры и форму и становится несимметричной. При этом изменяется величин а -и гармонический состав ЭДС индукции в измерительной обмотке 4, а также и тока в обмотке 8, которая соединена с обмоткой 4. Ток, протекающий во вращакяцейся обмотке 8, индиЦирует ЭДС в неподвижной обмотке 11, которая индуктивно связана с обмоткой 8. Эта ЭДС действует на входе фильтра 12 нечетных гаркюник, подключенного к обмотке 8. Фильтр 12 отфильтровывает нечетные гармоники и подает гармонический сигнал на уси литель 13 четных гармоник, на выходе которого действует ЭДС,- состоящая из четных гармонических составляющих величины которых пропорциональны напряженности измеряемого поля Земли. Эта ЭДС используется во вторичных приборах для управления индикатором ориентации. Использование новых элементов - двух пар индуктивно связанных обмоток,- позволяет бесконтактно передавать переменный ток от генератора к вращаклемуся магнитному сердечнику для его перемагничивания и от вращающейся измерительной обмотки к фильтру нечетных гармоник. Устранение трущихся электрических .контактов в этих цепях снижает уровень шумов и повьвиает надежность работы предлагаелюго датчика ориентации по сравнению с известным.Снижение уровня шумов особенно существенно в цепи измерительной обмотки феррозонда, где измерительный сигнал мал и, в ряде случаев, соизмерим с уровнем помех. Таким образом, в предлагаемом датчике увеличивается соотношение сигнал/помеха по сравнению с известным примерно в 3-5 раза.

1. ДАТЧИК ОРИЕНТАЦИИ, содержащий корпус, в котором размещен феррозонд с двумя обмэтками, установленный на валу электропривода, генератор переменного тока, фильтр нечетных гармоник и усилитель четных гармоник, отлич ающ и и с я тем, что, с целью повышения его надежности и снижения уровня шумов, он снабжен двумя парами индуктивно связанных обмоток, одна из которых включена между выходом генератора переменного тока и обмоткой возбуждения, а другая между -измерительной обмоткой феррозонда и входом фильтра нечетных гармоник, причем обмотки, подключённые к обмотке возбуждения и к измерительной обмотке, установлены на немагнитном валу электропривода, а .обмотки, подключенные к выходу генератора переменного тока и ко входу фильтра нечетных гармоник, размещены неподвижно на корпусе. 2. Датчик по п. 1,отличаю(Л щ и и с я тем, что, с целью увеличе- ния индуктивной связи, каждая пара обмоток снабжена разрезным ферромагнитным сердечником.