Устройство для измерения азимутального угла Советский патент 1986 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к геологоразведочной технике и может быть использовано для измерения азимутальных углов буровых скважин.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого расположен источник 2 света, оптически связанный с одной стороны через конденсатор 3, отражатель 4 и диафрагму 5 с зеркальной многогранной призмой 6, а с другой стороны через конденсатор 7, отражатель 8 и диафрагму 9 - с непрозрачным диском 10., Зеркальная многогранная призма 6 жестко связана с диском 10 и оптически связана с позиционно-чувствительным фотоприемником 11. Диск 10 жестко связан с магнитной стрелкой 12. На поверхности диска 10 выполнены кольцевые щели 13, заполненные прозрачным материалом, плотность которого равна плотности материала диска. Кольцевые щели оптически связаны с диафрагмами 9 и фотоприемниками 14. Каждой грани зеркальной призмы 6 на диске 10 соответствует сектор, который представляет собой часть диска 10 между двумя соседними радиусами, проведенными из центра диска 10 через точку пересечения двух соседних ребер призмы 6. Каждому сектору соответствует своя комбинация кольцевых щелей 13, т. е. их количество и положение. На фиг. 1 показан вариант с шестигранной зеркальной призмой 6, т. е. диск 10 разделен на 6 секторов с углом в вершине 60°. Кольцевые щели 13 выполнены на радиусах Ri, R2, Ra. Каждому сектору соответствует своя комбинация кольцевых щелей 13, так в одном секторе выполнена одна щель на радиусе Ri, в другом одна на радиусе R2, в третьем две на радиусах RI и Ra и т. д. Позиционно-чувствитель- ный фотоприемник расположен по отноще- нию к диафрагме 5 таким образом, чтобы луч из диафрагмы 5, отраженный от одной из граней зеркальной призмы 6, при повороте призмы на угол 360°/п, где п - количество граней призмы, непрерывно перемещался по чувствительной площадке позиционно- чувствительного фотоприемника 11 и проходил путь, равный длине чувствительной площадки. Это возможно, когда радиус, проведенный через центр диафрагмы 5, делит чувствительную площадку фотоприемника 11 на две равные части. Фотоприемники 11 и 14 электрически соединены с регистратором 15.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника 2 света, пройдя через конденсоры 7 и 3, отражается от отражателей 4 и 8, а затем, пройдя через диафрагмы 5 и 9, образует световые лучи. Луч света из диафрагмы 5 поступает на одну из зеркальных граней призмы 6, отразившись от которой попадает на чувствительную пло- шадку позиционно-чувствительного фото

приемника 11 в точке, положение которой определяется углом разворота зеркальной грани призмы б относительно фотоприем- ника 11. Угол, под которым располагается

зеркальная грань призмы 6 по отношению к фотоприемнику И, зависит от положения диска 10, ориентируемого магнитной стрелкой 12. Лучи света из диафрагм 9 попадают на непрозрачный диск 10 и в зависимости от комбинации кольцевых кодовых щелей 13

поступают на тот или другой фотоприемник 14.

При изменении положения объекта, азимут которого необходимо определить, устройство, корпус 1 которого связан с объектом, тоже изменяет свое положение. Магнитная стрелка 12 ориентирует диск 10 и жестко связанную с ним зеркальную призму 6. При этом луч света из диафрагмы 5 изменяет свое положение относительно фотоприемника 11 за счет изменения положения зеркальной грани призмы 6, и соответствующим образом изменяется электрический сигнал с фотоприемника 11, величина которого зависит от места падения светового луча на чувствительную площадку фотоприемника 11 (этот сигнал несет информацию об изменении азимутального угла). Фотоприемники 14, которые выдают информацию вида «Да-нет («Да - фотоприемник освещен, «Нет - фотоприемник не освещен), за счет разных комбинаций кодовых щелей 13 дают информацию о том, какая из зеркальных граней призмы находится в данный момент в оптической связи с фотоприемником 11, так как с помощью многогранной призмы 6 весь диапазон измеряемых углов разделен на поддиапазоны, в которых измерение ведется

от О до ф 360°/п, где п - число граней призмы, а ф - максимальный угол поддиапазона, то фотоприемники 14 несут информацию о том, в каком поддиапазоне ведется измерение. Электрические сигналы с фотоприемников 11 и 14 поступают на регистратор 15, где сигналы обрабатываются.

Например, п 6, т. е. имеется шесть поддиапазонов, в пределах которых угол измеряется от О до 60°. Азимут объекта изменяется от О до 80°, при этом луч света

на фотоприемнике 11 проходит всю чувствительную площадку, возвращается в ее начало и описывает еще угол в 20°, а фотоприемник 11 выдает электрический сигнал, свидетельствующий о том, что измеряемый угол равен 20°. При этом одна из зеркальных

граней призмы 6, а именно та, которая соответствует поддиапазону азимутальных углов О-60°, выходит из оптической связи с фотоприемником 11, ее место занимает соседняя грань призмы 6, соответствующая поддиапазону 60-120°. Так как каждой зеркальной грани призмы 6 соответствует своя комбинация кольцевых кодовых щелей 13, то фотоприемники 14 дают информацию о том, в каком поддиапазоне ведется измерение.

Фактический азимутальный угол при этом определяется как

+ (п,-- 1)-ф,

где в - истинное значение азимутального

угла;

а. - величина угла по показаниям фотодатчика П;

п,- номер поддиапазона, в котором ведется изменение;

Ф - максимальная величина изменения измеряемого параметра в пределах одного поддиапазона.

Применение изобретения позволяет повысить точность измерений.

13

фиг.г