Устройство для измерения зенитного угла Советский патент 1985 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно ,к геофизическим исследованиям скважин, и может быть иснользовано в геологоразведочной технике при разработке малогабаритных инклинометров, а также других приборов. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности измерения. На фиг. 1 приведено устройство для измерения зен-ич1Л го угла в любой плоскости; на фиг. .: же, для измерения зенитного угла в апсидьльной плоскости; на фиг. 3 - гШтроения кодовой маски; на фиг. варианты исцользуем ы X с е че н и и с etp водо в .1 УстрЬйство.дл 413мер,ения зенитного угла (фиг. 1)«содержит корпус 1 скважинного прибора, с которым жестко связаны опоры 2 и 3. 6 опорах 2 и 3 на осях в подшипниках 4 установлена рамка 5 с отвесом 6. Ось враш,ения рамки совпадает с осью прибора. В жестко связанном с рамкой 5 (фиг. 1) или с корпусом 1 (фиг. 2) держателе 7 установлен с возможностью вращения в под липпиках 8 диск 9, ось 10 вращения кото)ого установлена перпендикулярно оси прибора. Диск имеет отвес 11. На диск 9 нанесена кодовая маска 12, состоящая из концснтрично расположенных кодовых дорожек (фиг. 3). Активные участки 13 каждой кодовой дорожки имеют возможность пропуска света определенной длины волны. По обе стороны диска 9 по его радиусу расположены одна против другой выходные плоскости 14 подводящего 15 и отводящего 16 световодов, перекрывающие все кодовые дорожки. В качестве световодов могут быть использованы световоды любой конфигурации, имеющие выходное рабочее сечение прямоугольной формы. Подводящий 15 и отводящий 16 световоды связаны соответственно с источником 17 света и приемником 18 света, расположенными вне скважины. С приемником 18 света связан блок 19 обработки, а с блоком 19 обработки связан блок 20 индикации. Рассмотрим конструкцию кодовой маски на примере четырехразрядного кода Грея (фиг. 3). Кодовая маска 12 имеет 4 кодовые дорожки, каждая из которых разбита на 16 частей, причем активные участки 13 кодовой дорожки 1-го (младщего) разряда пропускают свет длиной волны 1, активные участки дорожки 2-го разряда пропускают свет длиной волны 2, 3-го разряда - 3 и 4-го - 4. Подводящий световод 15 освещает все 4 кодовые дорожки, причем в зависимости от положения диска 9 на оси будут освещаться их активные или пассивные участки. Совокупность активных и пассивных участков дорожек кодовой маски, попавших в поле действия света, задает кодовую комбинацию, для которой активный участок соответствует логической «1, пассивный участок соот$етствует логическому «О. В таблице приведены кодовые комбинации 4-разрядного кода Грея и соответствующие им сигналы, подаваемые в отводящий световод, причем наличие импульса света заданной длины волны означает присутствие «1 в соответствующем разряде, а его отсутствие - наличие «О. В соответствии с таблицей каждой кодовой комбинации соответствует определенное значение зенитного угла, взятое с шагом Д 8, где А 6 9,i-в,-. Устройство для измерения зенитного угла (фиг. 1) работает следующим образом. От источника 17 света по световоду 15 свет подается на кодовую маску диска 9 и, пройдя через соответствующие активные участки, свет определенных длин волн попадает в отводящий световод 16 и поступает в приемник 18 света, а с него в цифровом виде - в блоки 19 обработки и 20 индикации. В исходном состоянии, когда корпус 1 прибора расположен вертикально, на диске 9 устанавливается нулевая кодовая комбинация 0000, соответствующая углу 8о. При отклонении корпуса 1 от вертикали в любом направлении рамка 5 под действием отвеса 6 ориентируется вместе с преобразователем угол-код в апсидальной плоскости, а кодовый диск 9 под действием отвеса 11 возвращается в исходное положение, поворачиваясь вокруг своей оси. Вместе с корпусом 1 отклоняются и торцы световодов 15 и 16. Угол отклонения равен зенитному углу, значение которого считывается с кодовой маски отводяшим световодом в соответствии с таблицей. Например, если диск повернется на угол 8 9, то через активные участки кодовой маски пройдет свет с длинами волн Х4Я,, который поступит на приемник 18 света, с выхода которого будет передана на блок 19 обработки эквивалентная ему кодовая комбинация 1101, а из блока 19 обработки сигнал поступит на блок 20 индикации. Устройство, показанное на фиг. 2, работает аналогично, только в нем не происходит ориентирования преобразователя угол-код в апсидальной плоскости ввиду отсутствия ориентированной рамки, При увеличении количества кодовых дорожек будет увеличиваться разрядность кода, а принцип работы устройства не изменится, Предлагаемое устройство по сравнению с известным проще по конструкции, так как в нем аннулированы электродвигатель и три диска. Вынос источника и приемника света за пределы прибора позволяет значительно уменьшить габариты скважинного прибора, что очень важно для обеспечения возможности использования устройства в скважинах малого диаметра. Использование в устройстве световодов, связывающих кодовую маску с источником и приемником света, обладающих высокой разрешающей способностью, также позволяет существенно уменьшить габариты скважинного прибора. Предлагаемое устройство обладает также повышенной точностью по сравнению с известным. Повышение точности осуществляется за счет возможности использования кодового диска с большим числом разрядов и высокой разрешающей способностью, характерной для оптических преобразователей, использующих световоды. Например, при диаметре одного волокна световода, равном 0,1 мм, диаметре кодового диска 4 см и числе разрядов (например, кода Грея), равном 10, можно получить точность измерения порядка 0,1%. Повышению точности способствует также использование для передачи сигнала из скважин на поверхность световодов, обладающих высокой помехоустойчивостью, что очень важно при использовании скважинного прибора в устройствах, в которых установлены ра личньТе электрические механизмы, например в грунтопроходческих машинах..

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗЕНИТНОГО УГЛА, включающее корпус, рамку, источник и приемник света, диск с отвесом, установленный с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной оси корпуса, отличающееся тем, что, с целью упро111,ения конструкции и повышения точности измерения, оно снабжено подводящими и отводящими световодами, а на диск нанесена кодовая маска с концентрично расположенными кодовыми дорожками, число которых определяет разрядность кода, при этом источник и приемник света размещены вне корпуса и связаны с кодовыми дорожками световодами, выходные рабочие сечения которых имеют прямоугольную форму, причем световоды расположены один против другого по разные стороны диска и по его радиусу, длина каждого выходного сечения световодов равна суммарной ширине кодовых дорожек.

Кодовая комбинация

Зенитньш угол

Во

В.

ее

05

в, 0.

Эб

э,

Be

е,

0.0 Эи

а э« а,.

015

Сигнал в отводящем световоде

.

я.д. я,

ЯзЯг .ЯзЯгЯ,

ЛзЛ

я.

я.я,;1.

,

Да

д. я.

я, я,

/1.

фиг. 2

ФигЛ

.6