專利名稱：光纖陀螺測斜儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及煤炭，鐵礦，石油勘探鉆孔領域，尤其涉及一種光纖陀螺測斜儀。
背景技術：
目前我國煤炭，鐵礦，石油勘探過程中急需對勘探鉆孔定向，由于是在鐵礦地區及鐵套管內定向，所以原有的普通測斜儀很難滿足要求，它測鉆孔方位角主要依靠指南針或磁敏元件定向，在磁性礦地區或在鐵管中，由于指南針或磁敏元件的磁感應受到磁性體的影響屏蔽了，鉆孔的方位角難以確定。我國目前使用的測斜儀不能滿足高精度的測斜定向， 其主要原因就是目前國內外在這一領域一般采用的是電子陀螺測斜儀，它也能在磁性礦地區或在鐵管中測斜定向，主要的問題是累計誤差很大，精度不高，很難滿足野外對勘探鉆孔的測斜高精度定向要求。
發明內容
有鑒于此，本發明所要解決的技術問題是提供一種能在磁性礦地區及在鐵套管中測量鉆孔的方位的光纖陀螺測斜儀。為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案來實現的一種光纖陀螺測斜儀，其中，所述光纖陀螺測斜儀由地下探頭與地面儀器兩部分構成，所述地下探頭包括一個光纖陀螺傳感器、一個X方向伺服加速度計傳感器、一個Y方向伺服加速度計傳感器和一個信號采集存儲處理系統，所述地面儀器包括一個單片機，所述光纖陀螺傳感器、X方向伺服加速度計傳感器以及Y方向伺服加速度計傳感器分別連接于所述信號采集存儲處理系統的一端，所述信號采集存儲處理系統的另一端連接于所述單片機。作為優選，所述單片機為筆記本電腦。由以上方案可知，本發明的有益效果為相比現有技術，本發明采用光纖陀螺儀自動尋北，通過硬件電路設計及軟件算法， 能完成自動尋北功能，每個測點都是以地球的真北為零點而獨立存在的數據，不存在累計誤差，而且每個測點可達到3度以內的測量精度，特點具有自動尋北，無零點漂移，抗震性強，不用電纜、攜帶方便等優點，是磁性礦地區及在鐵套管內為鉆孔定向理想的儀器設備。
圖1為本發明的工作原理框圖。圖2為圖1的分解圖一。圖3為圖1的分解圖二。圖4為其頂角的傾斜偏移量示意圖。圖5為方位角的測量原理圖。圖6為方位角測量與頂角的傾斜偏移量的關系圖一。
圖7為方位角測量與頂角的傾斜偏移量的關系圖二。
具體實施例方式為了使本領域技術人員能更進一步了解本發明的特征及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖。請參閱圖1所示，本發明提供了一種光纖陀螺測斜儀，其中，所述光纖陀螺測斜儀由地下探頭與地面儀器兩部分構成，所述地下探頭包括一個光纖陀螺傳感器、一個X方向伺服加速度計傳感器、一個Y方向伺服加速度計傳感器和一個信號采集存儲處理系統，所述地面儀器包括一個單片機，所述光纖陀螺傳感器、X方向伺服加速度計傳感器以及Y方向伺服加速度計傳感器分別連接于所述信號采集存儲處理系統的一端，所述信號采集存儲處理系統的另一端連接于所述單片機。作為優選，所述單片機為筆記本電腦。其中，X方向伺服加速度計傳感器是用于測量鉆孔在X方向的傾斜偏移量，Y方向伺服加速度計傳感器是用于測量鉆孔在Y方向的傾斜偏移量，分解圖見圖2、圖3。圖4為其頂角的傾斜偏移量示意圖。如圖5所示，當鉆孔在X軸方向傾斜偏移為X ‘，在Y軸方向傾斜偏移為Y ‘時，其平行四邊形的對角線長度R即是該點的頂角水平投影偏移。方位角的測量原理如圖5所示。 假設探頭放入孔中無自轉，只有傾斜，則圖4中的α即是鉆孔方位角，但實際中探頭放入孔內后不可避免地會任意轉動，此時由伺服系統控制光纖陀螺從東南西北四個方向測出其旋轉角度ω，由Χ、Υ兩個傳感器算出R邊相對北方向的α，方位角Z= α-ω，即得到實際鉆孔真北方位角Ζ。光纖陀螺由伺服系統控制以每秒10度的角速度旋轉，首先校準零位，再從東南西北四個方向分別采樣，每次需要停70秒鐘，等待采樣完成。采集到的方位信號送入高速單片計算機系統，由專用算法計算出真北方向，只要啟動電腦中的測斜程序，給探頭一個發一個啟動指令，全部采集存儲工作均由地下探頭自動完成。上位機工作界面采用VB語言編制，中文菜單、自動匯制鉆孔的地下空間位置圖，操作簡便實用。如圖6及圖7所示光纖陀螺G首先對準X方向測量90秒鐘得到方位角+X，再轉到+Y的方向測量90秒鐘得到+Y的方位角，同理測得-X，-Y的方位角，對+X，+Y，-X，-Y四個方位角進行平差計算得到方位角ω，通過X方向伺服加速度計傳感器測量得到X值，Y方向伺服加速度計傳感器測量得到Y值，由Χ、γ兩個傳感器算出R邊相對北方向的α其平行四邊形的對角線長度R是鉆孔在該點的頂角水平投影偏移，方位角Z= α-ω，Z是鉆孔最終需要的真北方位角。在這個測量過程中，光纖陀螺G沿+X，+Y，-X，-Y四個方向精確轉動是關鍵環節，它決定了測量的精度，另外，X，和Y倆個方向測量的傾角值的與陀螺同軸也是關鍵環節，也決定了測量的精度。由于國民經濟的高速發展，對鐵礦石的需求日益劇增，因此國內目前正處大量探礦階段，在磁礦地區或鐵套管內鉆孔急需高精度自動尋北的陀螺測斜儀，我國目前使用的測斜儀不能滿足高精度的測斜定向，其主要原因就是目前國內外在這一領域一般采用的是電子陀螺測斜儀，它也能在磁性礦地區或在鐵管中測斜定向，主要的問題是累計誤差很大， 精度不高，很難滿足野外對勘探鉆孔的測斜高精度定向要求。本發明的光纖陀螺測斜儀由于采用了自動尋北的光纖陀螺，可靠性高，性能穩定，能精確定向，自動尋北誤差在3度以內，完全能夠滿足各種鉆探孔定向要求。由于改革開放的高速發展，特別是我國與澳大利亞有關鐵礦石談判的僵局，我國對鐵礦石的需求日益劇增，因此國內探礦部門重整旗鼓，國家也把大量資金投入到了量探礦行業，每個探礦孔都必須測斜定向，因此對光纖陀螺測斜儀的需求非常大，非常急需。可以說，如果沒有定向，在磁礦地區或鐵套管內鉆孔就無法完成工作。本發明的光纖陀螺測斜儀能夠精確定向，這樣探礦鉆孔找礦的成功率將成倍大幅度提高，可以節約大量的資金和人力物力。(一個探礦孔方向錯了就可能損失幾佰萬)，因此，本發明在鉆孔定向中起到舉足輕重的地位。本發明采用光纖陀螺，它依據二束光的衍射產生相位差感應地球的自轉獲取方位信號，經過伺服系統精確控制光纖陀螺在東南西北四個方向采樣，通過軟件的算法，確定鉆孔的真北方位。但以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，并非用以局限本發明的專利范圍，故凡運用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變化，均同理包含在本發明的范圍內。
權利要求
1.一種光纖陀螺測斜儀，其特征在于，所述光纖陀螺測斜儀由地下探頭與地面儀器兩部分構成，所述地下探頭包括一個光纖陀螺傳感器、一個X方向伺服加速度計傳感器、一個 Y方向伺服加速度計傳感器和一個信號采集存儲處理系統，所述地面儀器包括一個單片機， 所述光纖陀螺傳感器、X方向伺服加速度計傳感器以及Y方向伺服加速度計傳感器分別連接于所述信號采集存儲處理系統的一端，所述信號采集存儲處理系統的另一端連接于所述單片機。
2.如權利要求1所述的光纖陀螺測斜儀，其特征在于，所述單片機為筆記本電腦。
全文摘要
本發明公開了一種光纖陀螺測斜儀，由地下探頭與地面儀器兩部分構成，所述地下探頭包括一個光纖陀螺傳感器、一個X方向伺服加速度計傳感器、一個Y方向伺服加速度計傳感器和一個信號采集存儲處理系統，所述地面儀器包括一個單片機，所述光纖陀螺傳感器、X方向伺服加速度計傳感器以及Y方向伺服加速度計傳感器分別連接于所述信號采集存儲處理系統的一端，所述信號采集存儲處理系統的另一端連接于所述單片機，所述單片機優選為筆記本電腦。本發明能在磁性礦地區及在鐵套管中準確測量鉆孔的方位，通過硬件電路設計及軟件算法，能完成自動尋北功能，每個測點均以地球的真北為零點而獨立存在的數據，不存在累計誤差，無零點漂移，抗震性強，攜帶方便。
文檔編號E21B47/02GK102251768SQ20101017397
公開日2011年11月23日 申請日期2010年5月17日 優先權日2010年5月17日
發明者劉華 申請人:武漢基深測斜儀有限公司