Устройство для измерения азимутального угла Советский патент 1987 года по МПК E21B47/22 

.через Д н кольцевую диафрагму с непрозрачным диском 9, жестко связанным с магнитной стрелкой 11 и с МП, которая оптически связана с установленным в корпусе позиционно-чувстви- тельным фотоприемником (ПЧФ) 10. В корпусе 1 установлены дополнительные ПЧФ 22 и оптический блок. Последний имеет оптически взаимодействующие между собой кольцевой отражатель 12, жестко связанный с диском 9, концентрично ему установленный непо- движньш отражатель 18, выполненный в виде кольцевого сектора, параболическое зеркало 19 и два плоских зеркала 20 и 21. Отражатепь 12 имеет равномерно расположенные по окружности щелевые Д 16, взаимодействующие с зеркалом 19, фокусное расстояние которого оптически согласовано с зер1

Изобретение относится к геологоразведочной технике, может использовано для измерения азимутальных углов буровых скважин и является усовершенствованием изобретения по

авт. св. № 1244295.

I

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез Л-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - схема хода лучей в устройстве в дополнительном оптическом блоке.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого расположен источник 2 света, оптически связанный через кольцевой конденсор 3, кольцевой отражатель 4 и диафрагму 5 с зеркальной многогранной призмой 6, а через диафрагмы 7 и кол11цевую диафрагму 8 - с непрозрач}И,1м диском 9. Зеркальная многогранная призма 6 жестко связана с диском и оптически связа}1а с пози- ционно-чуястпительным фотоприемни- ком 10. Диск 9 жестко связан с нитной стрелкой 11 и кольцевым отражателем 1

а поверхности дигка выполнены к.- ,ьцгвые щс - ти 13, заполпенкальной поверхностью зеркала 20. Последнее оптически взаимодействует с зеркалом 21, установленным под углом к нему, и с дополнительньм ПЧФ 22. Диск 9 имеет кольцевые щели 13 и точечные Д 14, которые имеют направляю- |Щ1е зеркала 15. Кол-во их равно числу гра}1ей МП. Р1СТОЧНИК через Д 14, зеркала 15 и Д 16 оптически связан с оптическим блоком. При отклонении объекта изменяется положение луча относительно ПЧФ 10. Величина сигнала с ПЧФ 10 зависит от места падения луча на его чувствительную площадку и определяет изменение азимутального угла. Изменение угла в преде - лах заданного диапазона снимается ииформаютя с ПЧФ 22 столько раз, насколько изменился угол. 4 ил.

ныЕ прозрачн,гм материалом, плотность которого равна плотности материала диска, и точечные диафрагмы 14, напротив которых на диске размещены направляющие зеркала 15, оптически согласованные с щелевыми диафрагмами 16, которые выполнены в кольцевом отражателе 12, причем точечные диафрагмы 14 размещены равномерно по окруж}юсти, радиус которой равен радиусу кольцевой диафрагмы 8, а количество их равно количеству граней зеркальной призмы 6. Каждой грани зеркальной призмы 6 на диске 9 соответствует сектор, который представляет собой часть дис;ка 9 между двумя соседними радиусами, проведенными из центра диска 9 через точку пересечения двух соседних ребер призмы 6. Каждому сектору соответствует своя комбинация кольцевых щелей 13, которые оптически связаны с диафрагмами 7 и фотоприемниками 17.

На фиг. 2 показан вариант с шестигранной зеркально призмой 6, т.е. диск 9 разделен на шесть секторов с углом п пертине 60 , Ko.ribiieru,ie щели 13 пь1Г1(), 1неиы на радиусах R, - R.

Кажд(1мч coKTopv соответствует cRcin комбииппия колг, щелс 13, наири

мер в одном секторе выполнена одна щель на радиусе R,, в другом одна на радиусе R и т.д. Позиционно-чувстви тельный фотоприемник 10 распсхтожен по отношению к диафрагме 5 так, 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 6, непрерывно перемещался по чувствительной площадке позиционно-чувстви- тельного фотоприемника 10 и проходил путь, равньй длине чувствительной площадки. Такое возможно, когда радиус, проведенный через дентр диафрагмы 5, делит чувствительную плошад ку фотоприемника 10 на две равные части. Кольцевой отражатель 12 оптически взаимодействует с концентрично ему установленным неподвижным отражателем 18, выполненным в виде кольцевого сектора, длина дуги которого , равняется , где R - радиус отражателя 18, т.е. его длина ограни чена двумя радиусами, проведенными из центра диска через точку пересечения двух соседних ребер призмы 6. Кольцевой отражатель 12 также взаимодействует с параболическим зеркалом 19, фокусное расстояние которого оптически согласовано с зеркальной поверхностью плоского зеркала 20, которое оптически взаимодействует с другим плоским зеркалом 21, установленным под углом У к первому, и с дополнительным позиционно-чувствитель- ным фотоприемником 22. Фотоприемники 10, 17 и 22 электрически соединены с регистратором 23.

Кольцевой отражатель 12, неподвижный отражатель 18, параболическое зеркало 19 и два плоских непараллельных зеркала 20 и 21 образуют дополнительный оптический блок, с которым через точечные диафрагмы 14, направляющие зеркала 15 и щелевые диафрагмы 16 оптически связан источник 2 света.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника 2 света, пройдя через кольцевой конденсор 3, отражается от кольцевого отражателя 4, затем, пройдя через диафрагмы 5 и 7, образует световые лучи и, пройдя через кольцевую диафрагму 8, образует световое кольцо. Луч света из диафрагмы 5 поступает на одну из

0

5

0

5

0

5

зеркальных граней призмы 6, отр;1зив- 1Г1ись от которой, попадает на чувствительную площадку позиционно-чувстви- тельного фотоприемника 10 R точке, положение которой определяется углом разворота зеркальной грани призмы 6 относительно фотоприемника 10. Угол, под которым располагается зеркальная грань призмы 6 по отношению к фотоприемнику 10, зависит от положения диска 9, ориентируемого магнитной стрелкой 11. Лучи света из диафрагм 7 попадают на непрозрачный диск 9 и в зависимости от комбинации кольцевых кодовых щелей 13 поступают на тот или иной фотоприемник 17. Кольцевой луч света из кольцевой диафрагмы 8 поступает на диск 9, где точечные диафраг- 14 образуют п лучей, которые отражаются от направляюищх зеркал 15 и направляются в щелевые диафрагмы 16 кольцевого отражателя 12. При этом один из лучей обязательно попадает на неподвижный отражатель 18, в результате чего между отражателем 18 кольцевым отражателем 12 происходит многократное отражение светового лу-. ча и появляется равномерная световая сетка с постоянным шагом S, где S - расстояние между двумя соседними углами отражения светового луча на поверхности отражателя 18. Причем максимальное количество отражений N и, следовательно, количество шагов S при известной длине неподвижного отражателя 18 зависят от величины 1

Н,0

где RO - радиус кольцевого

отражателя 12, и от угла ср падения светового луча на неподвижный отражатель 18. В зависимости от положения того или иного луча по отношению к точке Yp (фиг. 4) (совпадающей с краем отражателя 18, удаленным от параболического зеркала 19) количество отражений может меняться от N до 1, а так как точечные диафрагмы 14 размещены равномерно по окружности, количество их равно п, световые лучи от направляющих зеркал 15 развернуты один симметрично другом , то в зависимости от положения непрозрачного диска 9 на отражателе 18 будет хотя бы один угол отражения. При этом в зависимости от положения последнего уга отражения по отношению к точке Ч (совпадающей с краем отражателя 18, асположенным у параболического зерала 19) световой луч, отраженньй от

кольцевого отражателя 12, будет падать на параболическое зеркало 19 на участке, ограниченном крайними положениями А и В луча, где положение А луча соответствует удалению последнего угла отражения от точки Y на расстояние S, а положение В - совпадению последнего угла отражения с точкой ц , т.е. при движении непро- ю зрачного диска 9 световой луч будет непрерывно сканировать по поверхности параболического зеркала 19 от положения А до В. Для непрерывности поПредположим, что в начальном положении объекта, азимут которого необходимо определить, магнитная стрелка 11 занимает такое положение, что один из лучей, выходящих из точечных диафрагм 1А, пройдя через щелевую диафрагму 16, попадает в точку Y на неподвижном отражателе 18, при этом число отражений на нем будет максимальным и равным N. При этом, варьируя углом Cf , можно добиться, чтобы число шагов S было равно величине угла в

вершине каждого сектора, для ступления светового луча на параболи- 15 данного примера 60 , т.е. при поворо- ческое зеркало 19 необходимо, чтобы те магнитной стрелки 11 на 1 каждый при падении одного луча в точку о , угол отражения на поверхности непо- т.е. при возникновении световой сетки движного отражателя 18 сместится на с максимальным числом отражений N, . величину S, а луч, падающий на подругой световой луч находился в поло- 20 верхность параболического зеркала 19,

жении А по отношению к параболическому зеркалу 19, а отраженный от отражателя 18 в последнем угле луч пересекался с ним в точке Z, расположенной на линии пересечения оси симметрии щелевой диафрагмы 16 и поверхности кольцевого отражателя 12.

Отраженный от параболического отражателя луч попадает в точку F на плоском зеркале 20, являющуюся фокусом параболического отражателя 19, причем в зависимости от положения луча угол падения луча на зеркало 20 будет меняться от ot, - при положении А до oij - при положении В, что при дальнейшем многократном отражении луча между зеркалами 20 и 21 приведет к тому, что луч, попавший на параболическое зеркало 19 в положение А, на фотоприемнике 22 попадет в точку А, а луч из положения В - в точку В,. Соответствующим выбором размеров L,, L, у и С, где L,, L - длина зеркал 20 и 21; С - минимальное расстояние между ними, можно добиться, что расстояние D между точками А , и В , на фотоприемнике 22 будет в f раз болъще, чем S, т.е. при одинаковых характеристиках фотоприемников 10 и 22 изменение положения светового луча на величину S приведет к тому, что величина изменения выходного сигнала с фотоприемника 22 будет в f раз больше, чем с фотоприемника 10, т.е. чувствительность к изменению измеряемого параметра у фотоприемника 22 будет значительно sbmie, чем у фотоприемника 10.

Предположим, что в начальном положении объекта, азимут которого необходимо определить, магнитная стрелка 11 занимает такое положение, что один из лучей, выходящих из точечных диафрагм 1А, пройдя через щелевую диафрагму 16, попадает в точку Y на неподвижном отражателе 18, при этом число отражений на нем будет максимальным и равным N. При этом, варьируя углом Cf , можно добиться, чтобы число шагов S было равно величине угла в

вершине каждого сектора, для данного примера 60 , т.е. при поворо- те магнитной стрелки 11 на 1 каждый угол отражения на поверхности непо- движного отражателя 18 сместится на величину S, а луч, падающий на поверхность параболического зеркала 19,

0

перейдет из положения А в положение В, что на позиционно-чувствительном фотоприемнике 22 будет соответствовать перемещению луча на величину D, 5 т.е. диапазон измерения фотоприемника 22 будет равен 1° для данного случая. При изменении положения объекта, азимут которого необходимо определить, устройство, корпус 1 которого связан с объектом, тоже изменит свое положение. Магнитная стрелка 11 сориентирует диск 9 и жестко связанную с ним зеркальную призму 6. При этом луч света из диафрагмы 5 изменит свое положение относительно фотоприемника 10 за счет изменения положения зеркальной призмы 6 и соответствующим образом изменится электргический сигнал с фотоприемника 10, величина которого зависит от места падения светового луча на чувствительную площадку фотоприемника 10 и который несет информацию об изменении азимутального угла. Фотоприе,мник 22 при зтом будет выдавать информацию об изменении угла в пределах заданного диапа- зона столько раз, на сколько изменился азимутальный угол, т.е. для данного случая 1 , т.е. будет непрерыв5

0

5

но уточнять значение угла, снимаемого с фотоприемника 10, и фактически играть роль оптического нониуса.

Фотоприемники 17, которые вьдают информацию вида Да-Нет, т.е. Да - фотоприемник освещен, Нет - фотоприемник не освещен, за счет разных комбинаций кодовых щелей 13 дают информацию о том, какая из зеркальных граней призмы 6 находится в данный

V

момент в оптической сч яэн с фотоприемником 10. Л так как с помощью многогранной призмы 6 песь диапазон измеряемых углов разделен на поддиапазоны, в которых измерение ведут от О дocf 360/п, где ( - максимальный угол поддиапазона, то фотоприемники 17 несут информацию о том, в каком поддиапазоне ведется измерение. Электрические сигналы с фотоприемников 10, 17 и 22 поступают на регистратор 23, гле сигналы обрабатываются

Фактический азимутальньш угол при этом определяется по формуле (n;-1)-tf +f,

исти1июе значение азимутального угла;

величина угла по по7 :азаниям фотоприемника 10; номер поддиапазона, в которо ведется измерение; максимальная величина изменения измеряемого параметра в пределах одного поддиапазона; - моправка к величине угла по

где 9 1 п; - Ч показаниям фотоприемника 22.

Такая конструкция позволяет значи- ЗО , которое оптически взлимодействутельно повысить чувствительность устройства, так как при одинаковых характеристиках фотоприемников 10 и 22 величина изменения выходного сигнала на единицу измеряемого параметра с фотоприемника 22 в f раз больше, чем с фотоприемника 10.

рмул

8

и 3 о б р р т е н и я

t,

Устройство для измерения азимутального угла по авт. сн. № 1244295,

отличающеес я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, оно снабжено установленными в корпусе дополнительным позиционно-чувствительным фотоприемником и дополнительным оптическим блоком, которьп1 имеет оптически взаимодействующие между собой кольцевой отражатель, жестко связанный с

непрозрачным диском, конпентрично ему установленный неподвижньп отражатель, выполненньй в виде кольцевого сектора, параболическое зеркало и два установленных под углом друг

к другу плоских зеркала, при этом в кольцевом отражателе равномерно по окружности выполнены щелевые диафрагмы, а на диске - точечные диафрагмы, которые имеют направляющие зеркала

и количество которых равно числу граней зеркальной призмы, причем фокусное расстояние параболического зеркаа оптически согласовано с зеркальной поверхностью одного из плоских зер35

ет с другим плоским зерклтгом и с дополнительным позиционно-чувствительным фотоприемником, а источник света через точечные диафрагмы, направляющие зеркала и щелевые диафрагмы оптически связан с дополнительным оптическим блоком.

20

Фиг.З

Изобретение относится к геологоразведочной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений. Устр-во содержит корпус, расположенный в нем источник света, оптически связанный через конденсатор, кольцевой отражатель и диафрагму (Д) с зеркальной многогранной призмой (МП). Источник соединен ел со со

фигМ

Составитель А.Цветков Редактор А.Козориз Техред В.Кадар Корректор А.Зимокосов

Заказ 4195/23 Тираж 532Подписное

ВНШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4