Оптоэлектронный инклинометр

 

Изобретение относится к геологоразведочной технике и предназначено для измерения азимутального и зенитного углов. Цель изобретения - повышение точности и ускорения процессов измерения. Для этого расположенный в корпусе 1 элемент, изменяющий интенсивность светового луча при изменении зенитного и азимутального углов , вьтолнен в в.иде двух сферических камер 2 с прозрачными стенками. В каждой из последних размещен сферический поплавок из прозрачного материала , а пространство между поплавком и камерой 2 заполнено несмешивающимися жидкостями. Один из поплявков 3 имеет кольцевой магнит 4 и пластину 5 в виде полусферы, поплавок 6 другой камеры имеет металлическое в сл п а

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 E 21 В 47/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTGPCK0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4145740/22-03 (22) 10.11.86 (46) 23,09,88, Вюл. У 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский горно-металлургический институт цветных металлов (72) П.Г,Чубов, Н.И.Лемеш, P.À.Èãíàòüåâ,и В.Л.Фофанов (53) 622.242 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1090863, кл. Е 21 В 47/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 1016492, кл, Е 21 В 47/02, 1981. (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ИНКЛИНОИЕТР (57) Изобретение относится к геологоразведочной технике и предназначено

„„SU 1425310 А 1 для измерения азимутального и зенитного углов. Цель изобретения — повышение точности и ускорения процессов измерения. Для этого расположенный в корпусе 1 элемент, изменяющий интенсивность светового луча при изменении зенитного и азимутального углов, выполнен в виде двух сферических камер 2 с прозрачными стенками. В каждой из последних размещен сферический поплавок из прозрачного материала, а пространство между поплавком и камерой 2 заполнено несмешивающимися жидкостями. Один из поплав ков 3 имеет кольцевой магнит 4 ипластину 5 в виде полусферы, поплавок 6 а другой камеры имеет металлическое

1 425310 кольцо 7 и полусферическую пластину

8, Поплавки выполнены из материала, нЕ смачивающегося двумя жидкостями, а камеры из материала, смачивающегося одной из жидкостей. Кольцевой слой кндкости между поплавками и камерой!

Изобретение относится к геологор зведочной технике, предназначено д я измерения азимутального и зенитн го углов скважины в немагнитных и с абомагнитных породах и рудах и мож т применяться в горном деле при в денни буровзрывных работ, инъекцио ном упрочнении пород, в геологии и гидрогеологии, а также в строительн эм деле при инженерно-геологических изысканиях.

Цель изобретения — повышение точн эсти и ускорение процесса измерения.

На фиг.1 приведен оптоэлектронный и клинометр, общий вид, на фиг.2— т же, электрическая схема, на фиг.3— п лусферические пластины с изменяю-, щ йся оптической плотностью, проекфи, на фиг.4 — центрирование поплавк двумя несмешивающимися жидкостями.

Оптоэлектронный инклинометр состои из цилиндрического корпуса 1 из н магнитного материала (например, лат ни, титана и др.), в котором размещен элемент, изменяющий интенсивность светового луча при изменении зенитного и азимутального углов, выполненный в виде двух сферических камер 2 с прозрачными стенками, в каждой из которых размещен сферический поплавок из прозрачного материала; Поплавок 3 одной из камер имеет кольцевой магнит

4 с явно выраженными полюсами и со смещенным по оси поплавка 3 центром тяжести и полусферическую пластину 5 с оптической плотностью изменяющейся пропорционально величине угла на полусфере от геодезической линии АВ нулевого азимута (фиг.3), которая нанесена на полусфере.

Поплавок 6 другой камеры имеет металлическое кольцо 7 из немагнитного материала со смещенным но оси поплавявляется демпфирующим материалом, что ускоряет процесс измерения, При спуске инклинометра в скважину на каротажном кабеле можно измерять углы ее дискретно нли непрерывно.

1 з.п.ф-лы, 4 ил, ка 6 центром тяжести и полусферическую пластину 8 с оптической плотностью, изменяющейся пропорционально величине телесного угла от оси поплавка 6 Кольцевой магнит 4 и кольцо 7 служат противовесами, имеют одинаковую массу и смещение на одинаковое расстояние от геометрических центров поплавков. Пространство между поплавком и соответствующей камерой заполнено двумя несмешивающимися жидкостями, причем плотность одной из жидкостей 9 меньше, а плотность другой жидкости 10 больше объемной плотности поплавка. Плотности несмешивающихся жидкостей 9 и 10 выбираются так, что. поплавки 3 и 6 имеют примерно среднюю объемную плотность, при этом они занимают симметричное по вертикальной оси положение в камере, Для центровки поплавков 3 и 6 по горизонтали они выполнены из материала, который несмачивается обеими несмешивающимися жидкостями 9 и 10 (фиг.4) . Жидкость

10 с большей плотностью, по отношению к материалу камеры 2, является несмачивающей и имеет объемную массу больше по отношению к жидкости 9 с меньшей плотностью, которая является сма30 чивающей для материала камеры 2. Напри-. мер, при изготовлении камеры 2 из оптического стекла: жидкость 9 — гексан с объемной плотностью О, 655 г/см, жидкость 10 — глицерин с объемной плотностью 1,258 г/смь, а поплавок изготавливается иэ светопроницаемого пластика на основе смол ПНМ-2, ПНМ-8, этилцеллюлозы и других материалов, т.е. из материалов несмачиваемых ука4g занными жидкостями и нерастворяющихся в них. Могут быть применены и другие сочетания жидкостей и материалов.

Поплавок 6 с датчиком зенитного угла з 14253 выполнен аналогично. Форма менисков при этом принимает такую конфигурацию, которая обеспечивает симметричное положение поплавков относительно камер 2 в диаметральной плоскости.

Источник сфокусированного светового луча размещен между камерами 2 и состоит из источника 11 света, конденсаторов 12, кожуха 13 и диафрагм

14, По обе стороны от камер 2 соосно

10 с ними размещены фотоприемники 15 в экранах 16.

В корпусе 1 размещены также источник 17 питания, электронные усилительно-преобразующие блоки 18 и 19, 15

В состав усилительно-преобразующих блоков 18 и 19 электрической схемы инклинометра (фиг.2) входят дифференциальные усилители 20 и 21, преобразователи 22 и 23 напряжение-частота, индикатор 24, разделительные емкости

25 и 26, Вся электрическая схема инклинометра за исключением индикатора

24 размещена в корпусе прибора. Спуск

25 инклинометра в скважину осуществляется на стандартном каротажном кабеле при помощи каротажной лебедки, Инклинометр работает следующим образом.

Луч от источника 11 света через конденсаторы 12 и диафрагмы 14 проходит на фотоприемник 15 по оси инкли.нометра независимо от положения поплавков, так как камеры 2 и поплавки

3 и 6 сферической формы, а жидкости 36

9 и 10 выбирают с близкими показателями преломпения (например, для указанной вьппе пары жидкостей показателя преломления составляют 1,472 и

1,473). Благодаря смещению центров 40 тяжести поплавков 3 по продольной оси относительно их геометрических центров кольцевой магнит 4 и кольцо

7 занимают горизонтальное положение, а поплавки — определенное положение 4Б .а пространстве. Так при наклоне корпуса 1 относительно вертикали на какой-либо угол оси поплавков 3 и 6 отклонятся на тот же угол относительно корпуса инклинометра. Полусфери- щ ческая пластина 8 поплавка 6 также смещена относительно оси симметрии на такой же угол, а вследствие того, что ее оптическая плотность пропорциональна величине телесного угла от оси поплавка, световой поток, проходящий от источника 11 через конденсатор 12, диафрагму 14, пластину 8 на фотоприемник 15, также пропорциона10 4 лен углу наклона корпуса, ч >1 и зафиксирован этот угол, Поплавок 3 ведет себя аналогичным образом.

Благодаря наличию кольцевого постоянного магнита 4 с явно выраженными полюсами поплавок 3 устанавливается в определенном положении отно- сительно магнитного меридиана. Оптическая плотность пластины 5 пропорциональна величине угла между магнитным меридианом и направлением наклона корпуса устройства. Следовательно, световой поток, проходящий через конденсатор 12, диафрагму 14, пластину

5 на фотоприемник 15> пропорционален азимуту угла наклона корпуса 1 инклинометра, чем и зафиксирован азимут угла наклона.

Изменение оптической плотности полусферической пластины 8 (фиг.З) показано с условным нанесением сетки в градусах зенитного угла для наглядной иллюстрации. При практическом выполнении на полусферическую пластину

8 никаких делений не наносится — оптическая плотность ее изменяется плавно от 0 до 90 . Это положение соблюдается и для пластины 5 датчика азимута. 1Чтриховын линии от центра нанесены условно и характеризуют плавное изменение оптической плотности от 0 до 360 . Разграничительная линия AB нулевого азимута нанесена для точной установки кольцевого магнита.

Выходы фотоприемников 15 соединены с входами дифференциальных усилителей 20 и 21 (фиг,2),.напряжения на выходах которых пропорциональны световому потоку, поступающему на фотоприемники. Выходы дифференциальных усилителей подключены к преобразователям 22 и 23 напряжение-частота.

Разность частот преобразователя, например угла наклона, выбирается кратной измеряемой величине угла с тем, чтобы можно было непосредственно вести отсчет при помощи счетчиков.

Так, например, при измерении угла в

45 разность частот может быть 45, 90 или 180 Гц, в зависимости от требуемой точности прибора. Несущие частоты преобразователей угла наклона и азимута угла наклона принимаются различными и выбираются так, чтобы можно было оба измерения передавать по одному каналу связи. Например, для передачи информации об изменении угла наклона можно использовать частоту 1 кГц (с вариацией при измере5 14253 нии в пределах 1000-1180 Гц) и для азимута 5 кГц (с вариацией 50005360 Гц), Передача показаний приборов

1Io линии связи частотно-модулированным сигналом практически полностью

5 устраняет помехи, возникающие в линии связи и не требует согласования измерительной схемы с параметрами линии связи, т.е. не зависит от дли ны линии связи (глубины скважины) . !

Процесс измерения заключается в

1, установке инклинометра в требуемой ,точке скважины и после незначительной паузыр достаточной для успокоения 15 ,колебаний поплавков, отсчета показа ний на индикаторе.

Кольцевой слой жидкости между поплавками и камерой является хорошим

1 демпфирующим материалом т ° е ° фикса ции поплавков при спуске и подъеме

:не требуется, что ускоряет процесс измерения. При спуске инклинометра на каротажном кабеле можно производить измерения азимутального и зенит- 25

1 ного углов скважины дискретно или не( прерывно, например, с записью на магнитную ленту. формула изобретения ЗО

1. Оптоэлектронный инклинометр, включак ций корпус, в котором размещены фотоприемники, источник сфокуси- рованного светового луча и располо,женный между ними элемент, иэменяю щий интенсивность светового луча при изменении зенитного и азимутального углов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и ус-

10 6 корения процесса измерения, элемент, изменяющий интенсивность светового луча при изменении зенитного и азимутального углов, выполнен в виде двух сферических камер с прозрачными стенками, в каядой из которых размещен сферический поплавок из прозрачного материала, а пространство между поплавком и камерой заполнено двумя несмешивающимися жидкостями, плотность одной из которых меньше, а плотность другой больше объемной плотности поплавка, при этом поплавок одной из камер имеет кольцевой магнит со смещенным по оси поплавка центром тяжести и пластину в виде полусферы с оптической плотностью, изменяющейся пропорционально величине угла на полусфере от геодезической линии нулевого азимута, которая нанесена на полусфере, а поплавок другой камеры имеет кольцо из немагнитного материала со смещенным по оси поплавка центром тяжести и пластину s виде полусферы с оптической плотностью, изменяющейся пропорционально величине телесного угла от оси поплавка, причем источник сфокусированного светового луча размещен между камерами, а фотоприемники — по обе стороны от камер соосно с ними.

2, Инклинометр по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что поплавки выполнены из материала, несмачивающегося двумя несмешивающимися жидкостями, а камеры выполнены из материала, смачивающегося жидкостью с мень пей плотностью и несмачивающегося жидкостью с большей плотностью.! 42531 0

14253 iÎ

Составитель A.Öâåòêîâ

Техред Л.Олийнык Корректор Э.Лончакова

Редактор М.Бланар

Заказ 4748/29 THpRR 53 1 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4