ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИНКЛИНОМЕТР Советский патент 1970 года по МПК E21B47/02 

Известны гироскопические инклинометры, включающие корпус, дифференциальный механизм и трехстепенный двухроторный гироскоп с системой межрамочной коррекции, состоящей из датчиков углов и датчиков моментов.

Предлагаемый инклинометр отличается от известных тем, что он дополнительным двухроторным трехстепенным гироскопом, установленным вдоль его вертикальной оси, причем внутренние рамки обоих гироскопов расположены по торцовой части роторов, а датчики углов и датч« ки моментов раз мещены вдоль осей подвеса внешних рамок гироскопов. Оси подвеса внешних рамок жестко соединены с шестернями дифференциального механизма, водило которого связано с датчиками углов системы межрамочной коррекции.

Это обеспечивает уменьшение диаметра и повышает точность измерений инклинометра.

На чертеже изображен предлагаемый инклинометр.

Основные элементы малогабаритного гироинклинометра собираются в корпусе инклинометра, образованного насадками У и 2, а также стаканами 3, 4 тл 5. Внешняя рамка 6 гироскопа FI при помощи цапф 7 и 5 закреплена в подшипниках 9 и 10 соответственно крышек // и 12. На нижней цапфе 7 закреплен коллектор 3 токоподвода, обеспечивающий подвод переменного напряжения соответствующей частоты и амплитуды к статорным обмоткам гиромоторов 14 ъ 15 к. элементам систем азимутальной и межрамочной коррекции. На

верхней цапфе 8 гироскопа Г закреплен якорь 16 датчика момента МРК (межрамочной коррекции) и шестерня 17 дифференциального механизма. В выемку торца этой цапфы упирается и, соответственно, центрируется водило

дифференциала 18.

Во внешней рамке 6 гироскопа при помощи оси 19, а также подшипников 20 и 21 закреплена внутренняя рамка 22 гироскопа, в которой, в свою очередь, снизу и сверху оси 19 при

помощи осей 23 и 24 закреплены роторы гиромоторов 14 и 15. В нижней части рамки 22 установки контактный переключатель 25 системы межрамочной коррекции, а в верхней части - якоря 26 датчика 27 момента системы азимутальной коррекции (взаимной коррекции) уходов гироскопов. Управляющая обмотка указанного датчика расположена в верхней части рамки 6. Аналогичным образом устроен и гироскоп

А, только ось вращения его внешней рамки развернута на 180°. Управляющие обмотки датчиков 28 и 29 моментов МРК обоих гироскопов закреплены в стакане 4. В этом же стакане установлен каркас потенциометричеМожность применения датчиков других типов), а впутри его собран дифференциальпый механизм. Конические шестерпи 17 и 31 этого механизма закреплены на соответствующих цапфах вращения внещних рамок гироскопов Г и А. Между цапфами может свободно поворачиваться водило дифференциала 18, на двух противоцоложных полуосях которого на подщипниках 32 укреплены конические шестерни 33 и щетки потенциометрического датчика 34.

Инклинометр работает следующим образом. На элементы прибора подается напряжение, разгоняются роторы гиромоторов, и начинает работать система МРК. Кинетические моменты обоих гироскопов направлены в противоположные Стороны и для каждого из них о.ни равны 2Я, где Я - кинетический момент одного гиромотора. Под действием сил сухого трения в опорах подвеса внутренних рамок гироскопов, в результате разбаланса конструкции относительно этих осей, а также в результате ее неравножесткости гироскопы начинают процессировать относительно осей у и 1/2 СО скоростями «1 и аг- В результате однозначйости действия веса Ргироокоиовиод действием только ускорения земного тяготения, а также в результате разнонацравленности векторов кинетических моментов, гироскопы А и А будут процессировать в разные стороны с разными по величине угловыми скоростями. Возможные уходы гироскопов вокруг осей вращения их влутренних рамок в пределах ± 0,2° ликвидируются действием системы межрамочной коррекции, состоящей для каждого гироскопа соответственно из датчика сигнала 25 и датчиков момента 28 и 29.

Для исключения возможного влияния случайных возмущений ОТ изменения знака момента трения по оси вращения внещних рамок гироскопов, а также придания более стабильного и явно выраженного систематического ухода гироскопов относительно осей yi и у с помощью созданного искусственным иутем электрического разбаланса гироскопов (не нарущая механичексую структуру гироскопов) обеспечивают получение разнонаправленных угловых скоростей «i и -а, несколько больще возможных максимальных значений угловой скорости ф вращения инклинометра. Достигается это путем подачи на датчики моментов 27 и с блока электрического разбаланса БЭР наземного пульта управления НПУ эталонного напряжения UQ.

Управляющий сигна V, снимаемый с потенциометрического датчика 30 прибора, пропорционален углу рассогласования

0,(ai-«2),

где ij3 - угол поворота снаряда инклинометpa, а KI и «2 - углы прецессии соответственно гироскопов Л и А.

В этом случае с блока переключения работы БПРР управляющий сигнал , пропорциональный углу 9д , подается на блок коррекции БК, с которого снимается сигнал коррекции UK, такого знака и величины, который обеспечил бы. условие , т. е.

KI «2При непосредственной работе инклинометра с БПРР управляющий сигнал на Bf( ,не подается, а в виде напрял ення U, пропорционального азимутальному углу поворота снаряда инклиномера, подается на соответствующий приемник. В процессе работы инклинометра на датчик момента 27 гироскопа Л непрерывно подается поправочный постоянный сигнал коррекции UK , который получен в процессе взаимной коррекции уходов гироскопов.

В качестве основных элементов предлагаемой схемы малогабаритного гироинклинометра могут быть использованы не только гиромоторы ГС-01, но н более малогабаритные гиромоторы типа, например, ГМ-008 или ГС-066. Это позволит создать малогабаритные инклинометры внещним диаметром от 25 мм и более.

В предлагаемом гироинклинометре измеряется угол поворота снаряда инклинометра относительно его продольной оси вращения, поэтому при наклонах снаряда определяется не азимутальный угол, а паклонный. Так как в существующих гироинклинометрах угол отклонения продольной оси снаряда от вертикали (зенитный угол) измеряется с помощью малогабаритных маятниковых систем, то, используя такую систему в сочетании с гиросистемой и зная углы наклона и зенитный, всегда можно определить азимутальный угол по формуле

1к Фл + Д Фл + Y sla 2Ф„(1 - COS т),

где азимутальный угол,

- угол рыскания,

Aijj - ощибка в измерении азимутального угла в результате наклона продольной оси снаряда,

Y - зенитный угол наклона снаряда.

В малогабаритном гироинклинометре в качестве системы коррекции положения рамок гироскопов вместо системы нивелирования применена система межрамочной коррекции МРК,. Это позволяет использовать такой гироинклинометр при контроле кривизны скважин с неограниченным углом наклона, в том числе и при контроле пли измерении проходов, близких к горизонтальным.

Предмет изобретения

Гироскопический инклиномерт, содержа щий корпус, дифференциальный механизм, трехстепенный двухроторный гироскоп с системой межрамочной коррекции, состоящей из датчиков углов и датчиков моментов, отличацийся тем, что, с целью уменьшения диамети повышения точности измерений инклинотра, он снабжен дополнительным двухрорным трехстепенным гироскопом, установнным вдоль вертикальной оси инклиномет, причем внутренние рамки обоих гиросков расположены по торцовой части роторов, датчики углов и датчики моментов размеш;ены вдоль осей подвеса внешних рамок гироскопов. 2. Инклинометр по п. 1, отличающийся тем, что оси подвеса .внешних рамок соединены с шестернями дифференциального механизма, водило которого связано с датчиками углов системы межрамочной коррекции.

Уг

У

13

А-А