Маятниковый инклинометр для определения углов наклона в двух взаимоперпендикулярных плоскостях Советский патент 1978 года по МПК G01C9/04 E21B47/22 

(54) МАЯТНИК УГЛОВ НА ШЕРПЕНД Изобретение относится к контропьно-.иамервтельной и предназначено для измере.ния угпа межпу вектором гравитации в бореаепенной осью тепа, а также угпа MeiKpy направпением проекции вектора гравитации на плоосость, расположенную под прямым углом к указанной оси, и осью, неподвижиой относительно указанного тепа и пежшцед в упомянутой ппоскости. Устройство используется при бурений скваяшны и при их осмотре.. Изадстны маятниковые устройства дпя определения угла наклона объекта, содержащие подведенный на жестком ст.ержне груз в виде постоянного магнита и расположенную неподвижно 1магнитную голсжку, вырабатываюйхую сигнал, пропорциональный отклонению маятника от вертикали р.J. Известны также маятниковые наклоном©рЫ|Определя1ошнв наклон в двух взаимно перпендикулярных нвправгюниях 2. В первом из известных устройств в ксьчестве маятнИка используется жесткий стеряош, подвешенный на .вращающемся по ИНКЛИНОМЕТР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ А В ДВУХ ВЗАИМНО ЙРНЫХ ПЛОСКОСТЯХ 2 шипнике, во втором - груз, .подвешенный на нити. Эти устройства не могут быть использованыпри бурении скважин, так как подвесы грузов не смогут выдержать осевых ударс, вибрации и так как длина маятника должна быть мещ,ше радиуса корпуса, поскольку необходимо измерять угяы между гравитационным вектором и продольной осью корпуса, которые могут достигать 90 .Кроме устройства имеют . ограниченный ра&эчнй диапазон. Наиболее близким по техническс сущности к предлагаемому является двухкоординатный маятниковь1й инклинометр, содержащий корпус, груз, подвешенный в нем на жестком .стержне, и. четыре чувствительных элемента из магнитопроводящего мате-ч риала, расположенных симметрично относвтельно нейтрального положения груза и ченных попарно дифференциально, а также электрическую схему измерений и регистрддвя показаний L34. Цель изобретения - повьппение точности и надежности путем уменьшения влияния

механических нагрузок и изменений темпервгуры, а также расширение рабочего диапазона.

Для этого в предлагаемом устройстве конец стержня маятника жестко скреплен с корпусом, а магнит, закрепленный в грузе, выполнен в виде бруса, ось которого параллельна оси стержня маятника при его

отвесном положении, и осям чувствительных элементов, выполненных в вида сопенонаав, причем эти пары соленоидов связаны между собой, а в точке соединения имеется устройство обратной связи для уменьшения магнитного потока в соленоидах.

Соленоиды соединены с источником неременного тока постоянной частоты и каждая пара магнитометров содержит усилитель с большим усилением второй гармоники сяг вела в месте соединения соленоидов, обраэуюших пару магнитометров и подающих сигнал постоянного тока к месту соединениа,

Кроме тоге, каждый из контуров обратной связи выполнен с демодулятором второй гармоники, причем входы Д1емодулятрров вт€)рой гармоники каждой дифференциальной пары магнитометров соединены о ащенной полярностью с источииком переменного тока

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2отвоситепьное положение и иаправление обмоток соленоидов узла, приведенного на фиг. Ij на фиг. 3 - электрическая схема усройства} на фиг, 4 - схеме эквива/шнтной цепи постоянного гака;на фиг. 5 - схема положения узла датчика при наклоне.

Устройство содэржит трубчатый корпус 1, в котором, подвешена жесткая маятни- , ковая бвпка 2 с грузом 3, укрепленным на ее свободаом конце, С#ержневой магнит 4 смоитирован. в грузе 3 маятника. Причем их оси параллельны маятниковой балке 2, когда устройство находится в своем свободном положении с осью, паралн пельиой ъектару гравитации. Таким образом под действием гравитации стержневой мапнит 4 подверг тся мапым боковьт отклонениям так, что это контролируется отно снтельно корпуса 1,

Корпус 1 содержит четьфе иоюнтичных вьфавнеиных соленоида 5-8, каж{1Ый из которых содержит мю-метадяическяй сердечник, лежащий оси соленоида и оканчивающийся по концам соленоида, располо-i женные. равноудаленно в прЬстранстве, причем мю-метаялические сердечники параллельны и двумя комплектами концов сердечников опрзеяел5пот две параллельные пяоокости. Концы сердечников лежат по углам ква(фата в плоскости, которую они ляют. Пространственное расположение соя ноидов и направление обмоток на каждом соленоиде показаны на фиг. 2.

Система чувствительной соленоидной головки включена в цепь, которая выполнен в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 3. Соленоид 5 соединен между точками 9 и 10 цепи, соленоид S - между точкми 10 я 11, соленоид 7 - между точками

11и 12, а соленоид 8 - между точками

12и 13. Точки 9-13 цепи соединены с выходом генератора прямоугольных импулг сов 14, который уравновешен по отношению к земл.

Точка 1О цепи соединена через сопротивление 15 и предварительный усилитель 16 с детектором 17 второй гармоники, с выхода которого постоянный ток направлен офатно через усилитель 18 с большим коэфициентом усилия и сопротивление 19 к точке цепи 1О. Итак, соленоиды 5 и 6 образуют дифференциальную пару магнит.ометров

Аналогично, точка 12 цепи соединена через сопротивление 20 и предварительный усилитель 21 с детектором 22 второй гармоники, с выхода которого постоян|1Ь1й ток направлен обратно через згсипитель 23 с большим коэффициентом усилия - и сопротивление 24 к точке 12 .цепи. Соленоиды 7 и 8 образуют дафференциальную пару магнитометров.

Точка 11 цепи сое данеяа через сопротивление 25 и предварительный усилитель 26 с детектором 27 второй гармоники, с выхода которого постоянный ток на1фавлен через усилитегаь 28 с большим коэффициентом усиления и сопротивт ение 29 к точке 11 цени. Соленои ми 5-8 офазуются две пары дифференциальных магнитометров соответственно, зЕоторыёвмес1ге представляют стандартную пару магнитометров.

UQTGKTopbi 17, 22 и 27 настроены на вторую гармонику выхода генератора прямоугольных импульсов 14.

Поскольку BbJExoa генератсфа 14 прямо|угош ных импушасов сбапансирован относите iibHo земли, сигнал на частоте в 11 цепи равен нулю, но сигнал на основной частоте имеется в точках; 1О и 12 цепи. Дня снижения величины этого сАгшт офатные сигнашл на основной частоте .напраалякится с выхода генератора 14 на вхош пре|ш арвтвт иых усилителей 16 я 21 соотвётствукщ сопротийяеяин ЗО и 31

Хотя изменение проницаемости металла в зависимости от температуры очень мало, однако оно существует. Поскольку при стационарном состоянии иикииномётра магниту . ный поток во всех сердечниках равен нулю такие изменения проницаемости в эависвк мости от температуры не влияют на попучае мую точность. Применение мю-метаппа дает то дополнительное преимущество, что при выхопе из состояния равновесия инклинометр окаэьгеается малочувствительным к изменениям температуры, но это влияет только на время, затрачиваемое на достижение стационарных условий и, следовательно, на реак- цию инклинометра на внезапные изменения. Узел груза маятника и балки смонтированы вместе с чувствительной головкой внутри корпуса устройства так, что оси магнита, балки, соленоидов и корпуса параллельны, при этом положение конца стержневого марнита Х О и Y O, когда ось корпуса вертикальна. Если устройство отклонено от вертикали (см. фиг. 5) так, что угол между вертикаль и осью ксфпуса равен & и жесткость балки такова, что конец стержневого магнита от кпоняется в положение ( X,Y ) где X и V явл1Ж)ТСя малыми отклсжению и, тогда ( Х Y )/2проп фционально&1пв « -5J- определяет угол ф между неправ пением У и стороной корпуса устройства. Итак © и Ф определяются из соотношений , 2 V 2 J sin .( -- Y И 4§-Ф«К2 -j, где Ki в К . nocTOHirabie Формула изобретения 1. Маятниковый инклинометр для определения углов наклона в двух взаимно перлон Ш{кул5фных плоскостям, содержащий корпус груз г подвешенный в нем на жестком стержне, и четыре чувствительных элемента из магнитопроводаапего материала, расположе ных симметрично относительно нейтрального положения груза и включенных попарно д н} ференциально, а также электрифскую схему измерений и регистрации показаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности путем уменьшения вгасяния механических нагрузок и изменений температуры, а также расширения рабочего диапазона, & нем конец стерж ня маятника жестко скреплен с корпусом,, а магнит, закрепленный в грузе, вьтолнен в виде бруса, ось которого :параллельна оси стержня маятника при его отвесном шоложеНИН, и осям чувствительных элементов, выполненных в виде соленоидов, причем эти ше пары соленоидов связаны между собой, а в точке соединения имеется устройство обратной связи для уменьшения магнитного потока в соленоидах. 2.Инклинометр по п. 1, о т л и ч а и и с я тем, что соленоиды соединены с источником переменного тока постоянной частоты и каждая пара магнитометров содержит усилитель с большим усилением вто рой гармоники сигнала в месте соединения соленоидсж, образующих пару магнитометров и подающих сигнал постоянного тока к месту соединения. 3.Инклинометр по п. 1, 2, от п ичающийся тем, что каждь й из аонтуров обратной СВЯШ1 выполнен с демодупятором второй гармоники, причем входы демодуляторов второй гармоники каждой дифференциальной пары магннтометрсмв соединены -обрашенной полярностью с источником переменного тсжа. : Источники инфс мавни, г инятью во вн мание при экспертизе} 1.Авторское свидетельство СССР № 2ё39О4, кл. G, О1 С 9/18, 1968. i 2.Авторское свддетвльство СССР . № 1О6351, кл. Q О1 С 9/14, 1055. .3 Патент Вега1кобритании М) 965347, кл. G 1 N /G ОБ С 19в4.

Фие.2