Устройство для определения угла наклона

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для определения угла отклонения буровой скважины от вертикали. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение его точности и надежности. Устройство 1 включает светонепроницаемый корпус 2, торовую (с прорезью или светопроницаемую) направляющую поверхность 4 с шариком 5 внутри, источник света 6 и фотопреобразователь. Фотопреобразователь выполнен из двух одинаковых фотоприемников 7, установленных под углом друг к другу на линии, проходящей через плоскость движения шарика 5. Линия, на которой установлены фотоприемники 7, является также линией симметрии торовой поверхности 4. Шарик 5 покрыт слоем люминофора 6. Знак сигнала в измерительной части устройства зависит от знака отклонения от вертикали. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 01 С 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1Я

Ю

Q©

Peat

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 4209880/2 4- 1 О (22) 10.03.87 (46) 15..02.90. Вюл. Р 6 (75) В.В.Никулин и В.Ф.Иозговой (53) 528.541(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 866409, кл. С 01 С 9/12, 1980.

Заявка Франции Р 2479449., кл. С 0.1 С 9/10, 1981, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА

НАКЛОНА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для определения угла отклонения буровой скважины от вертикали, Целью изобретения является расширение функциональных возможнос„„SU„„jI 543228 А1

2 тей устройства и повышение его точности и надежности. Устройство 1 включает светонепроницаемый корпус 2, торовую (с прорезью или светопроницаемую) направляющую поверхность 4 с шариком 5 внутри, источник света и фотопреобразователь, Фотопреобразова1 тель выполнен из двух одинаковых фотоприемников 7, установленных под углом друг к другу на линии, проходящей через плоскость движения шарика 5.

Линия, на которой установлены фотоприемники 7, является также линией симметрии торовой поверхности 4. Шарик 5 покрыт слоем люминофора 6. Знак c»òíàла в измерительной части устройства зависит от знака отклонения от вертикали. 6 ил.

1543228

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, Например, для определения угла отклонения буровой скважины от вертикали.

Целью изобретения является повышение точности, надежности и расширение функциональных воэможностей за счет одновременного определения направлеНия наклона. 10

На фиг. 1 схематично изображено

Предлагаемое устройство, продольный

Разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант использования фотопреобраэователя, продольный-1 разрез; на фиг. 4 — разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 — устройство в инклинометре; на фиг. б = устройство при наклоне корпуса на угол o(,, Устройство 1 для измерения угла отклонения от вертикали состоит из светонепроницаемого корпуса 2 с крышками 3, торьвой направляющей поверхности 4, шарика 5 со слоем 6 люмино- 25

Фора, фотопреобразователя, состоящего из двух одинаковых фотоприемников 7.

Прорезь 8 в торовой поверхности 4 позволяет световому. потоку 9 проходить к фотоприемникам 7. Пробки 10 30 препятствуют выпаданию шарика 5 из торовой поверхности 4 при больших наклонах устройства 1. Фотоприемники 7 соединены посредством проводов 11 с. блоком преобразования сигнала—

Измерительным мостом, состоящим из измерительного прибора 12 {блока отображения информации) и резисторов 13.

Фотоприемники 7 установлены под углом к осевой линии 14 g плоскости движе- 10 ния шарика 5, который выполнен иэ обычного или радиоактивного материала.

Возможна смесь радиоактивного вещества и люминофора в слое 6.

Возможен вариант установки фотоприемников 7 (фиг. 3 н 4) на кронштейне 15, установленном на осн 16.

Бинт 17 с пружиной 18 позволяют поворачивать кронштейн 15 вокруг оси 16, изменяя угол наклона фотоприемников 7.

Винт 17 стопорится контргайкой 19 °

Ось 16 установлена в отверстиях 20, расположенных в крышках 3.

Устройство работает следующим образом.

На горизонтальной плоскости 21 (фиг..б), подбором сопротивления резисторов 13 измерительный мост балансируется так, чтобы ток в измерительном приборе 12 был равен нулю.

При этом угол между световым потоком

9 (фиг. 1) и нормалью 22 к поверхности фотоприемника 7 равен (о, а угол между световым потоком 9 и нормалью

22 к центру поверхности другого фотоприемника 7 равен . В общем случае угол Ч> не равен ц>Б поскольку возможно неравенство углов наклона к осевой линии 14 фотоприемников 7, вследствие погрешностей установки фотоприемников при их закреплении в корпусе 2.

При наклоне устройства 1 на угол ю4 (фиг, б) шарик 5 перекатывается по торовой поверхности 4, занимая на ней самое низкое положение. При этом угол между осевой линией 14 и вертикалью 23 становится равным oL угол между нормалью 22 и световым потоком

9 равным ц и oC,угол между нормалью

22 и другим световым потоком 9 — рав(( ным q, причем go =Ц „-0(,; pg = -d.

Освещенность поверхности

Е, созч о (1) га где Š— освещенность;

К вЂ” максимальная освещенность; (— угол между световым потоком и нормалью к освещаемой поверхности; г - расстояние от источника света до освещаемой поверхности.

При перемещении шарика 5 по торовой поверхности 4, величина r в общем ,случае неодинакова для фотоприем ников 7, но если половинный размер плоскости фотоприемника 7 много меньше минимальной величины г, то последнюю можно считать приблизительно одинаковой для фотоприемников 7. Поскольку в рабочем диапазоне освещенноетей сопротивления фотоприемников 7 пропорциональны освещенности фотоприемников, то их можно записать

Eo cos(fP +4) В «1» Я ° гг

У (2) К<>cos(CPg-eL) .8 r (3) где R o,k к - сопротивления фотоприемников 7;

k — коэффициент пропорциональности между освещенностью и сопротивлением, Ток, проходящий через измерительный прибор 12, равен

1543228

К,К,-К,К+ и (1 2. 3 g)+(RI+R4)(К2+К )

1 где I — ток, проходящий через измери- 5 тельный прибор 12;

1 — ток, питающий мост;

k l < — сопротивление фотоприемни ков 7, равное Кд,Р, 1 4К, — сопротивления резисторов 13; 1I3

Кп1 — сопротивление прибора 12

Поскольку К„ много меньше остальных сопротивленйй моста, то формулу (4) можно представить в. следующем виде: 15

Т Кq E з I gE 4 (К )(k) (5) Если учесть, что в сбалансированном состоянии моста должно выполняться ра- 20 венство

К, К вЂ” К,К 4=0, (6) то, с учетом формулы (1), можно получить

cosgy

К (7)

Ф c os ×ñ(Подставляя значения сопротивлений t,k2,К у и k4 в формулу (5) и проделав преобразования, получаем 30

casper cos (уд-c6)

cosCPq соз(ф„ +Ы)

0 . со$(Яя cos (gg c4) (1+- — — ) 1+ созе cos((f +oL)

Таким образом при наклоне устройства на угол оС в цепи измерительного прибора 12 появляется ток, определяемый зависимостью (8). Отградуировав 4р заранее шкалу прибора в единицах угла можно по положению стрелки прибора определить величину отклонения от вертикали..

При изменении знака угла Ы изменя- 45 ется направление тока, проходяцего через измерительный прибор 12, так как при этом увеличивается освещенность одного фотоприемника 7 и уменьшается освещенность другого. Таким 51) образом изменение знака отклонения от вертикали проявляется в измерительной части устройства изменением знака сигнала. По другому варианту исполнения фотоприемники 7 установлены на кронштейне 15 (фиг. 3 и 4), тогда вращая винт 17, можно добиться (при нахождении устройства 1 на горизонтальной плоскости 21) такого наклона фотоприемников 7 к осевой линии 14, что изменение освещенности вызовет соответствующее изменение их сопротивлений, которое приведет измерительный мост в сбалансированное состояние. Такой вариант исполнения позволяет добиться более точной балансировки моста и избежать подбора сопротивлений 13.

Пример. Рассмотрим реализацию устройства в инклинометре. Инклинометр (фиг. 5) состоит из двух устройств 1 для измерения угла отклонения от вертикали, верхней гильзы 24, средней гильзы 25, нижней гильзы 26, крепежных дисков 27.

Внутренняя поверхность средней гильзы 25 имеет кольцевые углубления

28, в которые вставляются крепежные диски 27. При навинчивании верхней 24 и нижней 26 гильз на среднюю гильзу

25, крепежные диски 27 фиксируются в выемках 28. На крепежных дисках 27 закреплены с поворотом на 180 относио тельно осевой линии 14 два устройства

1 для измерения угла отклонения от вертикали со жгутами 29 соединительных проводов.

Ось инклинометра, находящегося ь скважине, совпадает с осью скважины.

При этом можно одновременно произвести измерение угла отклонения от гертикали в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что позволяет вычислить точную ориентацию оси скважины в исследуемом месте.

Устройство может иметь следующие параметры. Ыарик 5 имеет диаметр 5 мы и покрыт слоем красителя ФК-9. Для периодического возбуждения люминофора шарик 5 извлекают из устройства и облучают видимым светом (естественным или искусственным) до энергетического насыщения люминофора 5—

20 мин. Зто несколько усложняет работу с устройством, но позволяет обойтись без радиоактивных материалов, использование которых требует дополнительных средств эациты обслуживающего персонала. Торовая поверхность 4 имеет радиус k=50 мм и выполнена из нержавеюцей стали. Внутренний диаметр торовой поверхности равен 7, толщина стенки равна 8, ширина щели 8 (фиг.2) равна 2 мм. Фотоприемники 7 - фотореэистары ФСК 7б, установлены под углом 90 друг к другу. Прибор 12 микроамперметр И136 с симметричной шкалой.

10

15 б-Е

$7

3 ф

И

28

7 15432

Резисторы 13 — прецеэионные резисторы

С2-2913-0,125 установлены с сопротивлением 10 кОм. Напряжение питания моста равно 12 B. Ток разбаланса моста при отклонении устройства из ис5 ходного положения на 1О составляет

10 А.

Формула изобретения

Устройство для определения угла наклона, содержащее светонепроницаемый корпус с направляющей и расположенным в нем шаром, источник света, фотоприемник, блок преобразования сигнала и блок отображения информации, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности, надежности и расширения функциональных возможностей за счет одновременного определения направления наклона, оно снабжено дополнительным фотоприемником, связанным с корпусом, оба фотоприемника размеЩены над шаром в плоскости направляющей, выполненной в виде тороидального сектора и расположены под углом друг к другу, а источник света выполнен в виде слоя люминофора, нанесенного на поверхность шара.

1543228

Составитель Л.Качесова

Редактор Ю.Середа Техред И.Ходанич . Корректор Л.Иатай

Заказ 392 Тираж 394 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьгтиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101