Инклинометр Советский патент 1983 года по МПК E21B47/22 

1

Изобретение относится к маркшейдерскому приборостроению и может быть применено в -инклинометрических станциях, применяемых для съемки скважины при производстве работ по шахтному строительству.

Известен инклинометр, позволяющий осуществлять съемку наклонных скважин. В этом инклинометре угол наклона в вертикальной плоскости измеряется с псжющыо жидкостного пузырькового уровн, снабженного фотоэлектрическим считывающим устройством fl.

Недостатком инклинометра является то, что для получения желаемой точности измерения зенитного угла с изменением диапазона измеряемых углов необходимо заменять сами пузырьковые уровни и первоначальную их установку, т.е. необходимо применять уровни с разной ценой деления, при этом необходима априорная информация о приближенной величине измеряемых углов.

Наиболее близким к предлагаемому является инклинометр, в которой зенитный угол измеряется с помощью плоскостных маятников. Инклинометр обеспечивает требуемую точность измерений, но при зенитных углах не .

(54) ИНКЛИНОМЕТР

превьшающих 4. Считывание информации о величине и знаке зенитных углов скважинь Осуществляется в нем с помощью многообЬротных потенциометров. Сигналы с потенциометра по специальному кабелю передаются на поверхность, где осуществляется их регистрация и обработка 2.

10

недостатком известного инклинометра является то, что при расширении диапазона измерений зенитного угла падает точность измерений. Для сохранения требуемой точности необходима

15 замена потенциометра, которая производится по данным предварительных измерений зенитных углов скважины, т.е. и в этом инклинометре для точных измерений нужна информация о

20 приближенной величине измеряемых углов.

Известен также инклинометр, содержащий корпус, два маятника с в.заимно--перпендикулярными плоскостями ка25 чания, два фотоэлектрических считы-. вающих узла,каждый из которых включает излучатель и фотоприемник,связанный через коммутирующий узел со схемой определения знака угла отклонения,

регистрирующий узел СЗ. Однако Гэтотинклинометр не позволяет определять пространственное положение оси скважины в ферромагнитной среде и, кроме того, при малых зенитных углах точность определ ния зенитного угла -полностью зависи от точности приведения измерительно устройства в. плоскость наибольшего. наклона. ; Цель изобретения - повьшдение точ ности и расширение диапазона нзмере Поставленная цель достигается тем Что инклинометр, содержащий корпус, два маятника с взаимно перпендикуляр ными плоскостями качания, два фотоэлектрических считывающих узла, каждый из которых включает излучатель и фотоприемник, связанный ч зраз коммутирующий узел со схемой определения знака угла отклонения, регистрирующий узел, снабжен двигателем, свя занным с редуктором, масштабным генератором, двумя схемами совпадения а каждый из фотоэлектрических узлов снабжен дополнительным фотоприемнико установленным соответственно на корпусе маятника, при этом между дополнительными фотоприемниками на выходных шестернях редуктора размещены излучатели, причем выходы фотоприемников через коммутирьпощий узел подключены к входу схемы определени знака угла отклонения, выходы которо соединены с одним из входов схем совпадения, а к другому входу схем совпадения подключенвыход масштабного генератора, вход которого связан с выходной осью, двигателя, выходы схем совпадения соединены с ре гистрирующим узлом. На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого инклинометра; на.фиг. кинематическая схема одного канала измерения составляющей зенитного уг ла. Блок-схема содержит корпус 1 ин;клинометра, на котором закреплены .два плоскостных маятника 2 и 3, плоскости качания маятников 2 и 3 взаимно перпендикулярны. На корпуса 4 и 5 маятников расположены фотопри емники 6 и 7, а на корпусе 1 инклинометра - фотоприемники 8 и 9. В пространстве между фотоприемниками б и 8 и между фотоприемниками 7 расположены излучатели, соответстве но, 10 и 11 на выходных шестернях .редуктора 12, соединенного с двигателем 13. Выходы фотоприемников б, и 7, 9 через коммутирующее устройство 14, к которому подсоединен дат Iчик 15 глубины, подключены к входу -.схемы 16 определения знака угла отвключения корпуса маятника,выходы к торой соединены с одним из входов схем 17 и 18 совпадения, а к другому входу схем 17 и 18 совпадения подключен выход масштабного генератора 19, вход которого связан с выходной осью двигателя 13. Выходы схем 17 и 18 совпадения подсоединены к регистрирующему устройству 20. Кинематическая схема включает корпус 1 инклинометра, на котором IB корпусе 4 закреплен плоскостный 1маятник 2, на корпусе 4 маятника расположен излучатель 21, а на самом маятнике 2- фотоприемник 22, выход которого через усилитель 23 соединен с управляющей обмоткой следящего двигателя 24, выходная ось последнего через редуктор 25 соединена с корпусом 4 маятника. С корпусом 4 через редуктор 25 связан и фотоприемник 6, в пространстве между которым и закрепленном на корпусе 1 инклинометра фотоприемником 7 расположен излучатель 10. Последний закреплен на шестерне редуктора 12, который связан с двигателем 13. С осью двигателя 13 связан масштабный генератор 19, включающий диск 26 с прозрачными щелями, излучатель 27 и фотоприемник 28. Выход фотоприемника подключен к входу схемы 18 совпадения, на другой вход которой через коммутирующее устройство 14 и схему 16 определения знака угла отклонения корпуса маятника подсоединен выход фотоприемника б. Выход схемы совпа- дения 18 подсоединен к регистрирующему устройству 20. Инклинометр работает следующим образом. При отклонении корпуса 1 инклинометра от вертикального положения отклоняются корпуса 4 и 5 маятни1 ов 2 и.З. Две следящие системы, каждая из которых вклочает (фиг.2) излучатель 21, фотоприемник 22, усилитель 23, двигатель 24 и редуктор 25, разво ачивают корпусы 4 и 5 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в соответствии с наклоном корпуса 1 инклинометра. Вместе с корпусами 4 и 5 разворачиваются фотоприемники 6 и 7, и по окончании переходного процесса они занимают определенное угловое положение относительно закрепленных на корпусе 1 инклинометра фотоприемников 8 и 9. Датчик 15 глубины фиксирует и передает на регистрирующее устройство 20 глубину, на которую опущен инклинометр. Одновременно с этим датчик 15 выдает сигнал на включение двигателя 13 и коммутирующего устройства 14, Включенный двигатель 13 через редуктор 12 разворачивает излучатели 10 и 11. Перемещаясь, излучатель 10 поочередно засвечивает фотоприемники 8 и б, а излучатель 11 - фотоприемники 7 и 9. Возникающие вследствие этого импульсы с фотоприемников 6 и 8 поступают на вход коммутирующего устрой ства 14, которое подсоединяет выходы фотоприемников б и 8 к входу схемы 16 определения знака угла отклонения корпуса маятника. Эта схема фиксирует порядок следования импульсов с фотоприемников 6 и 8. Со схемы 16 определения знака угла отклонения корпуса маятника импульсы поступают на первый вход схемы 18 совпадения, на другой вход которой проходят им ульсы с масштабного генератора 19, связанного с выходной осью двигателя 13. При изменении скорости вращения двигателя 13, соответственно изменяется и масштаб генератор 19. Таким о разом осуществляется время-импульсно кодирование угла разворота между фотоприемниками 8 и 6.. Измеряемый угол преобразуется в интервал времени, заполняемый масштабНЕлми импульсами. С выхода схемы 18 совпадения число импульсов, пропорциональное угловому рассогласованию фотоприемников б и 8, поступает на регистрирующее устройство 20, расположенное обычно на поверхности. На это же устройство поступает со схемы 16 опразделения знака угла отклонения кор пуса маятника. После регистрации углового рассогласования между фотоприемниками 8 и 6- осуществляется регистрация уг лового рассогласования между фотопр емниками 7 и 9. Импульсы с фотоприёмников 7 и 9 через коммутирующее устройство 14 передаются на вход схе мы 16 определения знака угла отклоне ния корпуса маятника. Эта схема фик сирует порядок следования импульсов с фотоприемников 7 и 9. С выхода схемы 16 определения знака угла отклонения корпуса маятника импульсы поступают на первый вход схемы 17 совпадения, на другой вход которой приходят импульсы с масштабного гене ратора 19. С выхода схемы 17 совпа- дения число импульсов, пропорциональное угловому рассогласованию.фо топриемников 7 и 9, поступает на ре гистрирующее устройство 20, на кото рое поступает и информация о знаке угла отклонения корпуса 5 маятника со схемы 16., Таким образом, на определенной фиксированной глубине осуществляется последовательное измерение составляющих зенитного угла путем попеременного подключения каждого из двух измерительных каналов к одному регистрирующему устройству. После фиксации измерений по каждому из кан лов (измерений отклонений корпуса 5 маятника 3 и корпуса 4 маятника 2) осуществляется перемещение корпуса инклометра вдоль измеряемой скважины, фиксация нового значения глубины и измерение составляющих зенитного угла. Эффект расширения диапазона измерения зенитного угла с помощью предлагаемого инклинометра достигается без снижения точности измерения за счет применения импульсного генератора, связанного редуктором со считывающим устройством. Частота выходных сигналов с генератора синхронизируется с частотой считывания значений зенитного угла, что позволяет применять в качестве привода генератора асинхронный двигатель, так как с изменением частоты генератора соответственно изменяется и частота считывания. Известны устройства, в которых для получения высокой точности измерения угла применяют кодовые диски с большим числом прорезей. При этом приходится изготавливать диск большого диаметра, что затрудняет его . применение в инклинометрах, которых ограничен диаметром пробуренной с кважины. В предлагаемом устройстве для получения высокой точности измерений не требуется большого числа прорезей в диске, диск может быть изготовлен малого диаметра. Например, для получения цены деления импульса, равной l , на кодовом диске надо сделать 360X60-21600 рисок. В устройстве, чтобы получить генератор с ценой деления l, диск генератора должен иметь. . 6 прорезей (при частоте следования импульсов 360 Гц, двигатель имеет скорость 60 об/с, редуктор 1:3600) 21600 имп т.е. 6 бО прорезей, при этом время измерения угла в 60 равно 10 с, что вполне допустимо при измерениях с помощью инклинометра. Предлагаемый инклинометр позволяет сократить число измерений и тем самым повысить их производительность. Если принять во внимание, что в среднем за один год измеряются 100000 пог. м скважин, и стоимость измерений 100 м составляет 100 р., то при сокращении числа измерений в 1,5-2 раза достигается экономия 67 - 50 тыс.руб. на 1 прибор в год. Формула изобретения Инклинометр, содержащий корпус, два маятника с взаимно перпендикулярными -плоскостями качания, два фотоэлектрических считывающих узла, каждый из которых включает излучатель и фотоприемник, связанный через коммутирующий узел со схемой определения знака угла отклонения, регистрирующий узел, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, он снабжен двигателем, связанным с редуктором, масштабным генератором, . Двумя схемами совпадения, а каждый из фотоэлектрических узлов снабжен дополнительным фотоприемником, установленным соответственно на корпусе маятника, при этом между дополнительными фото триемниками на выходных шестернях редуктора размещены излучатели, причем выходы фотоприемников коммутирующий узел подключены к входу схемы определения знака угла

J

3

отклонения, выходы которой соединены с одним из входов схем совпадения, а к другому входу схем, совпадения подключен выход масштабного генератора, вход которого связан с выходной осью двигателя, выходы схем совпадения соединены с регистрирующим узлом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Гей Б.А. К вопросу обеспечения вертикальности cKBajKHH при турбинном бурении; - -Труды 5 крнииомшса, вып.ХШ, Госпортехиздат, 1962, с. 39-51.

2.Авторское свидетельство СССР №368389, кл. .Е 21 В 47/022. 1973.

3.Авторское свидетельство СССР 488914, кл. Е 21 В 47/022, 1974.

ьЧХУУХЧлО

Фи1.1