Датчик магнитного азимута Советский патент 1992 года по МПК G01C17/06 

1

(21)4777059/10

(22)02.01.90

(46) 07.09.92. Бюл. № 33

(71)Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин

(72)А.В.Тарарков

(56)Авторское свидетельство СССР № 495528, кл. G 01 С 17/00, 25.02.74. (54) ДАТЧИК МАГНИТНОГО АЗИМУТА

(57)Использование, для определения положения магнитного северного полюса с подвесными магнитными элементами. Сущность изобретения содержит ма нитный сердечник в виде двух ш фов 1, раь номерно распределенную кольцевую обмотку 4 возбуждения, две измерительные

ОбМОТКИ С ПРОТИВОПОЛОЖНОМ Ot iGrmCjH Н

друг друга направлением вич ов Новь.г -IP лчется выполнение м( vra в ЕШДР i«. t тичного тора 2 запо-чи-нпе его немл нит жидкостью 3, выполнение сердечник в г де двух шаров размещенных внутри KI.|J са, причем плотность одного из них M«I. -.1 а другого больше гтютности немагнит н жидкости 2 ил

Изобретение относится к навигационным измерительным приборам, а именно к устройствам для определения положения магнитного северного полюса с подвесными магнитными элементами, и предназначено для определения магнитного азимута, например, в бурении скважин.

Известен электронный компас, содержащий кольцевой магнитный сердечник, расположенную на нем кольцевую обмотку возбуждения, четыре измерительных обмотки, причем каждая пара диаметрально противоположных обмоток включена встречно.

По технической сущности это устройство является наиболее близким к предлагаемому датчику и принято за прототип. Недостатком этого устройства является его невысокая точность при работе в условиях вибраций. Указанный недостаток объясняется резким увеличением ошибки, обусловленной вертикальной составляющей геомагнитного поля при вибрации.

Целью изобретения является повыше ние точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной вибрацией

Цель достигается благодаря тому, что устройство, содержащее магнитный сер дечник, равномерно распределенную кольцевую обмотку возбуждения, две изме рительные обмотки с противоположным относительно друг друга направлением витков, снабжено герметичным тороидальным корпусом, заполненным немагнитной жидкостью, сердечник размещен внутри корпуса и выполнен в виде двух шаров, причем плотность одного из них меньше, а другого больше плотности немагнитной жидкости.

Сопоставительный анализ с прототи пом показывает, что заявляемый датчик магнитного азимута отличается тем ч го снабжен герметичным тороидальным кор пусом. заполненным немагнитной жидю стью, сердечник размещен внутри копнул и выполнен в виде двух шаров, причем ность одного из них меньше, а другого би

хл

xj О О

ы го ел

ше плотности немагнитной жидкости. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию новизна.

Сравнение заявляемого решения, не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию существенные отличия.

На фиг. 1 схематично показан общий вид датчика с измерительными обмотками, выполненными в виде последовательности секций, и элементами магнитного сердечника в форме полых ферритовых шаров с внутренним наполнителем: на фиг.2 схематично показано расположение витков измерительных обмоток по отношению друг к другу и к сердечнику, вид сверху.

Датчик содержит магнитный сердечник, выполненный в виде двух шаров 1, помещенных в герметичный тороидальный корпус 2, заполненный текучей немагнитной средой 3, равномерно распределенную кольцевую обмотку 4 возбуждения и две измерительные обмотки 5 и 6 с противоположным относительно друг друга направлением витков.

Датчик работает следующим образом (см. фиг,1).

Помещенные внутрь тороидального корпуса 2, заполненного текучей немагнитной средой 3, шары 1 магнитного сердечника перемещаются в состояния, соответствующие их минимальной потенциальной энергии в поле тяготения Земли. Шар, плотность которого меньше плотности немагнитной жидкости 3, устанавливается в крайнем верхнем положении, а шар, плот- гость которого больше плотности немагнит- ой жидкости 3, устанавливается в крайнем нижнем положении. Таким образом, при расположении корпуса 2 в вертикальной плоскости ось магнитного сердечника устанавливается строго вертикально.

При пропускании через обмотку 4 возбуждения тока с частотой «оба шара 1 магнитного сердечника пронизываются магнитными потоками возбуждения, равными по величине и противоположными по направлению. При этом ЭДС, наведенная в измерительных обмотках 5 и 6 от поля возбуждения Нв равна нулю, так как каждая из них образована парами диаметрально противоположных витков.

Магнитные потоки, обусловленные вертикальной составляющей геомагнитного поля, пронизывающие диаметрально противоположные витки измерительных обмоток

5 и 6, равны по величине и противоположны по направлению, т.е. вертикальная составляющая геомагнитного поля является как бы дополнительной составляющей поля возбуждения. В общем случае ЭДС, наводимая в измерительных обмотках 5 и 6, зависит от вертикальной составляющей геомагнитного поля, однако в случае работы на второй гармонике основной частоты ш наводимая в измерительных обмотках 5 и 6 ЭДС не зависит от вертикальной составляющей магнитного поля Земли и для обмотки 5 определяется

15

ei--2 ЈiftJiHrSi(Xi)d fflHB) xcosa Л0 ,

dt

где Нг - величина горизонтальной составляющей напряженности геомагнитного поля; а- угол между горизонтальной проекцией магнитной оси витков измерительной обмотки 5 и направлением Нг, т.е. магнитный азимут;

ft - угол между плоскостью витков измерительной обмотки 5 или 6 и плоскостью горизонта;

S(X) - площадь активного сечения магнитного сердечника;

Мд (Х,Нв) - дифференциальная магнитная проницаемость магнитного сердечника в области активного сечения;

X - криволинейная координата смещения центра измерительных обмоток 5 и 6 (их секций) от оси магнитного сердечника;

Нв - величина напряженности магнитного поля возбуждения;

f - коэффициент, зависящий от формы обмоток 5 и 6 (их секций).

В измерительной обмотке 6, горизонтальная проекция магнитной оси витков которой расположена под углом р к горизонтальной проекции магнитной оси витков обмотки 5, наведена ЭДС:

е2 - 2 & о / oHrS2 (Х2) d () х

dt

50

xcos(p-f a),

тогда

55 еа 5zu)gS2(X2)d Xfc . Нв) s mfh cos (p + a) (Xi)d(Xi, HB) cos a

ei

Так как соответствующие витки обмоток 5 и 6 расположены симметрично относительно оси тороидального корпуса 2 (см. фиг.2), то

Xi Xa; S2(X2) Si(Xi), sin/Ife

62 & wi cos (p + a) ei f 1 ал cos a

Для идентичных обмоток 5 и 6 при угле р 90° получим

- tg а откуда а arctg - . eiei

При этом погрешности, обусловленные неопределенностью положения элементов магнитного сердечника 1 при сильных вибрациях, возникающих при бурении скважин, можно свести к любой сколь угодно малой величине за счет уменьшения зазора между диаметром шаров 1 и внутренним диаметром тороидального корпуса 2.

9м 1

Составитель А.Тарарков Редактор Т.ЮрчиковаТехред М.Моргентал

Таким образом, предлагаемый датчик позволяет производить измерения магнитного азимута в условиях вибрации с высокой точностью за счет резкого уменьшения ошибки, обусловленной вертикальной составляющей геомагнитного поля.

Формула изобретения Датчик магнитного азимута, содержащий магнитный сердечник, равномерно распределенную кольцевую обмотку возбуждения, две измерительные обмотки с противоположным относительно друг друга направлением витков, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной вибрацией, он снабжен герметичным тороидальным корпусом, заполненным немагнитной жидкостью, сердечник размещен внутри корпуса и выполнен в виде двух шаров, причем плотность одного из них меньше, а другого больше плотности немагнитной жидкости.

Фиг. г Корректор Н.Король