Устройство для измерения зенитного угла Советский патент 1992 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона геологоразведочных скважин.

Известно устройство для определения угла наклона и направления искривления скважины, содержащее корпус, источник света, светочувствительный слой и цилиндрический световод в виде камеры с жидкостью,

Недостатком известного устройства является низкая производительность измерения, вызванная тем, что устройство может производить только одно измерение без перезарядки и предварительной подготовки.

Известно устройство для измерения зенитного угла, содержащее корпус, источник и приемник света, установленную в корпусе рамку, ось вращения которой совпадает с осью корпуса, подводящий и отводящий световоды, подвижный диск с кодовой маской и разделитель света по частоте.

Недостатком известного устройства является то, что при вращении рамки в корпусе происходит перекручивание подводящего и отводящего световода, что может привести их к обрыву, кроме того, деформация световодов приводит к искажению оптического сигнала, что снижает надежность работы и точность измерений. Выполнение кодовой маски в виде концен- трично-расположенных дорожек имеет определенные недостатки. Для обеспечения высокой точности измерений необходимо наличие большого числа прозрачных и непрозрачных участков на кодовых дорожках, что технологически сложно, такая конструкция обеспечивает только дискретное измерение зенитного угла. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства за счет исключения деформации световодов.

На фиг.1 представлено устройство, общий вид; на фиг.2 и 3 - выполнение кодовых дисков; на фиг.4 - схема оптической связи основных и дополнительных световодов.

Устройство содержит осесимметрич- ный корпус 1, в котором с возможностью поворота относительно оси симметрии корпуса 1 установлена рамка 2, центр масс которой смещен относительно оси за счет отвеса 3. Первый световод 4. входной торец которого оптичебки связан с источником б света, и второй световод 6 закреплены в корпусе 1 с помощью втулки 7, установленной соосно корпусу в подшипнике с возможностью вращения. К выходному торцу первого световода 4 приклеена самофокусирующая линза 8, причем первый световод 4 установлен эксцентрично оси втулки 7, а

второй световод установлен по оси втулки-7. В рамке 2 размещены третий 11, четвертый 10 и пятый 9 световоды, скрепленные с рамкой 2 таким образом, что ось поворота рамки проходит через выходной торец световода 11, противоположный конец которого выполнен раздвоенным, причем торцы 12 и 13 раздвоенного конца обращены в противоположные стороны и расположены

по оси, перпендикулярной оси вращения рамки 2. В рамке 2 установлены два диска 16 и 17, закрепленные с возможностью поворота вокруг оси, компланарной оси симметрии корпуса и перпендикулярной к ней,

так, что центр масс дисков смещен относительно оси его поворота за счет отвесов 20. В дисках 16 и17 выполнены соответственно кодовые маски 14 и 15, выполненные в виде кольцевых щелей, образованных окружностью радиуса R и спиралью Архимеда, причем направление спиралей для каждого диска противоположное, т.е. в одном диске щель образована правой спиралью Архимеда, а в другой - левой. Щели заполнены

прозрачным материалом, а на его поверхность нанесено частотно-селективное покрытие 21, для одного диска пропускающее излучение с длиной волны AI, а для другого А2. Торец 12 раздвоенного конца третьего

световода 11 оптически связан через кодовую маску 14 первого диска 16 с входным торцом четвертого световода 9, а торец 13 через кодовую маску 15 второго диска 17 - с входным торцом пятого световода 10. Выходные торцы четвертого 9 и пятого 10 световодовскрепленыссамофокусирующимися линзами 18 и 19, при этом они оптически связаны с входным торцом второго световода 6, а выходной торец первого световода 4 оптически связан с входным торцом третьего световода 11. Выходной торец второго световода б .оптически связан через частотно-селективный светоделитель 22, пропускающий световое

излучение с длиной волны AI и отражающий с длиной волны А2, с фотоприемниками 23 и 24, включенными в мостовую схему и электрически связанными с регистрирующим блоком 25.

Устройство работает следующим образом.

От источника 5 излучения свет, содержащий излучение с длинами волн AI иАа, по первому 4 световоду попадает на самофокусирующую линзу 8, которая оптически связана с входным торцом третьего световода 11, причем независимо от углового их положения, которое может изменяться при развороте корпуса 1 или рамки 2, оптическая

связь остается постоянной, так как самофокусирующая линза 8 формирует параллель- ный пучок светового излучения направленный на входной торец световода 11, Пройдя по световоду 11, световое излучение делится на раздвоенном конце его на два равных по интенсивности пучка, которые выходят из торцов 12 и 13 и поступают через прозрачный материал щелей 14 и 15 дисков 16 и 17 на входные торцы четвертого 9 и пятого 10 световодов, причем на один из них поступает излучение с длиной волны АЧ, а на другой с Д.2, так как частотно-селективное покрытие 21 дисков 16 и 17 отличается по длине волны пропускания. Пройдя по св.етоводам 10 и 9, световые потоки с помощью самофокусирующих линз 18 и 19 направляются на входной торец второго световода 6, а на выходе которого они делятся по длинам волн и направляются к фо- топриемникам23и24

частотно-селективным светоделителем 22. Электрические сигналы, соответствующие интенсивности излучения, поступившего на каждый фотоприемник, поступают на регистрирующий блок 25.

В исходном состоянии, когда корпус 1 расположен вертикально, диски 16 и 17 за счет отвесов 20 установлены в нулевое положение, при котором ширина щелей 14 и 15 в зоне, расположенной напротив торцов световодов 9-11, одинакова, и интенсивность светового излучения, поступающего на фотоприемники 23 и 24, также равна. При этом мостовая схема, в которую включены фотоприемники, находится в равновесии. При отклонении корпуса 1. от вертикали рамка 2 под действием отвеса 3 ориентируется в апсидальной плоскости, а диски 16 и 17 под действием отвесов 20 возвращаются в исходное положение, так как вместе с корпусом 1 отклоняются от первоначального положения световоды 9-11, то изменяется ширина щелей 14 и 15 в зоне прохождения светового излучения, причем на одном из дисков ширина щели увеличивается, а на другом уменьшается, вследствие разного направления спиралей Архимеда. Это приведет к изменению интенсивностей световых потоков, поступающих на фотоприемники 23 и 24, и как следствие к рассогласованию мостовой схемы, величина которого прямо пропорциональна углу наклона, а знак - направлению наклона.

Отсутствие механической связи между световодами 9-11 в рамке 2 со световодами 4 и 6 исключает возможность их перекручивания или разрыва при вращении рамки 2, что повышает долговечность и надежность работы устройства. 5Формула из обретения

Устройство для измерения зенитного угла, содержащее источник света, два фотоприемника, два световода, .частотно-селективный светоделитель, входной торец

0 первого световода оптически связан с источником света, ч1выходной торец второго световода оптически связан через частотно- селективный светоделитель с фотоприемниками, корпус выполнен осесимметричным,.

5 рамка установлена в корпусе с возможностью поворота вокруг оси симметрии корпуса так, что центр ее м.асс смещен с этой оси, диск, установленный в рамке с возможностью поворота вокруг оси, компланарной

0 оси симметрии корпуса и перпендикулярной к ней, так что центр масс диска смещен с оси его поворота, две кодовые маски, каждая из которых выполнена кольцевой с соответствующим частично-селективным

5 покрытием, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности за счет исключения деформации световодов при измерении, оно снабжено третьим, четвертым и пятым световодами, скрепленными с рам0 кой так, что ось поворота рамки проходит через выходной торец третьего световода, тремя линзами, первая из которых скреплена с выходным торцом первого световода, вторая и третья - с выходными торцами чет5 вертого и пятого световодов соответственно, вторым диском, выполненным аналогично первому и установленным соос- но с ним симметрично относительно оси симметрии корпуса, каждая из кодовых ма0 сок скреплена с соответствующим диском, .выходной торец третьего световода вы- t полней раздвоенным, одним из них оптически связан через кодовую маску первого диска с входным торцом четвертого свето5 вода, а другой через кодовую маску второго диска с входным торцом пятого световода, выходной торец первого световода скреплен с входным торцом второго световода и они скреплены с корпусом с возможностью

0 поворота вокруг оси симметрии корпуса так, что эта ось проходит через .центр входного торца второго световода, входной торец третьего световода оптически связан через первую линзу с выходным торцом первого

5 световода, выходные торцы четвертого и пятого световодов оптически связаны через вторую и третью линзу световода с входным торцом второго световода.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона геологоразведочных скважин. Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет исключения деформации световодов. В исходном состоя-. 4 нии, когда корпус 1 расположен вертикально, диски 16 и 17 за счет отвесов 20 установлены в нулевое положение, при котором ширина щелей в зоне, расположенной напротив торцов световодов 9,10 и 11, одинакова, и интенсивность светового излучения, поступающего на фотоприемники 23 и 24, также равна. При отклонении корпуса 1 от вертикали рамка 2 под действием отвесов 20 возвращается в исходное положение. При этом изменяется ширина щелей в зоне прохождения светового излучения, причем на одном из дисков ширина щели увеличивается, а на другом уменьшается вследствие разного направления спиралей Архимеда. Это приводит к тому, что изменяются сигна лы на фотоприемниках 23 и 24 и, как следствие, появляется сигнал на выходе мостовой схемы, величина которого пропорциональна углу наклона, а знак - направлению наклона. 4 ил. кV , Л | (/ С