Преобразователь зенитного угла

Преобразователь зенитного угла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

0П ИCАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 161031 (21) 3352641/22-03 (511 М. Ктт.з

Е 21 В 47/02 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ($1) УДК 622 ° 242 (088.8) Опубликовано 070383. Бюллетень №

Дата опубликования описания 070383 (72) Авторы изебретения

E.A. Салов, P.È. Кривоносов, Р.М

С.К. Поканещиков и И.A. С

Всесоюзный научно-исследовательский инсхНтуФ,:иефтепромы геофизики

S (7т) Заявитель (S4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗЕНИТНОГО УГЛА

Изобретение относится к геофизическим приборам, а именно к устройствам для непрерывного преобраэоваиия зенитного угла скважин в электрический сигнал.

Известен датчик зенитного угла, содержащий двигатель, устройство для преобразования зенитного угла в длительность импульсов, состоящее из фотодиода, тороидального жидкостного уровня, конденсатора, источника света, связанные с корпусом датчика, механический модулятор, укрепленный на валу двигателя, электронный блок и индикатор (1).

Недостатком этого устройства является низкая точность при непрерывном преобразовании зенитного угла, так как в этом случае из-эа ударов и вибраций, испытываемых прибором при движении в скважине, возможны колебания жидкости около положения истинного горизонта, следовательно, значение зенитного угла на выходе датчика определяется с погрешностью, пропорциональной колебаниям уровня жидкости относительно горизонта.

Известен преобразователь зените ного угла инклинометра, содержащий двигатель с понижающим редуктором, на валу которого укреплен контактный токосъем и рамка, внутри которой вдоль ее оси установлен маятник в виде упругой пластинки с грузом и датчик угла (2).

Недостатком известного преобразователя является низкая точность.

Это связано с неравномерностью вращения рамки из-за вращения скважинного прибора и неравномерности вращения двигателя, что влияет на амплитуду колебания маятника за счет изменения действующих на груз маятника инерционных сил и демпфирующих сил жидкости. Кроме того, на точность преобразователя зенитного угла влияют колебания температуры, приводящие к изменению жесткости и демпфирующих свойств жидкости. Помимо этого на точность преобразователя влияет наличие высококачественных колебаний маятника иэ-эа ударов при движении преобразователя в скважине, которые действуют на выходе преобразователя в виде высокочастотных колебаний, модулирующнх сигнал основной, информативной частоты. Умень- . шение высокочастотных колебаний увеличением демпфирования приводит к уменьшению амплитуды колебаний ма1002548 ятника, а следовательно, к ошибке в определении зенитного угла. Преобразонатель характеризуется также нелинейностью выходной характеристики из.-эа наличия жесткости пружины и изменения силы деформации пружины от силы тяжести груза по синусоидальному закону. Поскольку выходная характеристика преобразователя изменяется по синусоидальному закону, то с увеличением угла наклона прибора чувствительность резко падает, вследствие этого измерять углы более

60О и тем более близкие к 90 становится практическн нецелесообразным, тем самым ограничивается диапазон изме-15 ряемых углов. К недостаткам преобразователя следует отнести также низкую надежность, так как пружина маятника совершает колебания со значительной амплитудой, а это может привести к необратимым процессам в пружине, т.е. к ее деформации, вплоть до ее поломки.

Целью изобретения является повышение точности преобразования. 25

Укаэанная цель достигается тем, что преобразователь зенитного угла, содержащий внешнюю рамку, нключающую установленный на ее оси токосъем, двигатель и понижающий редуктор, внутреннюю рамку, на которой закреплен маятник, выполненный в виде пластины с грузом, датчик угла со статором, снабжен соединенным с внутренней рамкой повышающим редуктором и связанным с ним дополнительным датчиком угла, усилителем, а внешняя рамка снабжена эксцентричным грузом и на ее оси вращения установлена внутренняя рамка, причем оси вращения обеих рамок взаимно перпендику- 40 лярны, при этом плоскость качения маятника расположена в плоскости эксцентричного груза, а усилитель связан с датчиком угла и с двигателем. 45

На фиг. 1 изображен преобразонатель зенитного угла; на фиг. 2 то же, разрез.

Преобразователь содержит рамку 1 50 с эксцентричным грузом 2, на оси которой устанонлен токосъем 3, внутреннюю рамку 4, двигатель 5, понижающий редуктор б, повышающий редуктор 7, датчики угла 8 и 9, маятник

10 с грузом 11 и усилитель 12. Датчик угла 8 имеет статор 13, укрепленный на рамке 1, и ротор 14, укрепленный на грузе 11. Двигатель 5 через редуктор б передает вращение на рамку 4, а вращение рамки 4 через. 60 повышающий редуктор 7 на датчик угла 9. Выход усилителя 12 подключен к выходу датчика угла 8, а выход к двигателю 5. С помощью токосъема

3 осуществляется подвод питания к 65 схеме и съем полезного сигнала с преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Когда ось маятника 10 вертикальна и совпадает с осью рамки 1, ротор 14 датчика угла 8 находится в среднем положении и на ее выходе сигнал отсутствует. При наклоне преобразонателя на некоторый угол маятник 10 с грузом 11 отклоняется от оси внешней рамки 1, а вместе с грузом 11 отклоняется и ротор 14 датчика угла 8 и на ее выходе появляется сигнал рассогласования, пропорциональный углу отклонения маятника 10, в виде напряжения (ЭДС ) переменного тока, который, усиленный усилителем 12, подается на двигатель

5, отрабатывающий рамку 4 посредством понижающего редуктора б, а вместе с ней и маятник 10 до совмещения ее оси с осью рамки 1. При этом груз 11 с ротором 14 занимает среднее положение и выход датчика угла 8 обнуляется, происходит поворот рамки 4 на угол отклонения маятника 10.

При дальнейшем увеличении угла наклона прибора появившийся сигнал рассогласования на выходе датчика угла

8 следящей системой обнуляется и осуществляется дальнейший поворот рамки 4, т.е. осуществляется суммирование углов отклонения маятника

10 в угол поворота рамки 4. При изменении наклона преобразователя в сторону уменьшения угла маятник 10 отклоняется в противоположную сторону и на выходе датчика угла 8 появляется сигнал рассогласования в противофазе, и двигатель 5 отрабатывает рамку 4 в противоположном направлении до исчезновения сигнала рассогласования, т.е. происходит нычитывание угла отклонения маятника 10 от угла поворота рамки 4. Таким образом, происходит непрерывное отслеживание рамки 4 за отклонениями маятника 10, причем угол поворота рамки 4 равен углу наклона преобразователя, т.е. зенитному углу, который посредством редуктора 7 передается на ротор не показан ) датчика 9, и на ее выходе действует сигнал, пропорциональный зенитному углу. Эксцентричный груз 2 позволяет выставлять маятник

10 в плоскость наклона преобразователя.

В предлагаемом преобразователе зенитного угла повышается точность преобразования по следующим причинам.

Во-первых, исключается влияние неравномерности вращения внутренней рамки и изменения температуры на входной сигнал, так как амплитуда отклонения маятника перестает быть информатинной величиной, а служит лишь для работы следящей системы, непрерывно от1002548 рабатывающей маятник до совпадения с осью наружной рамки. Во-вторых, уменьшаются до минимума высокочастотные колебания маятника, действующие на выходе преобразователя от ударов его при движении в скважине, так как следящая система отфильтровывает эти колебания. Кроме того, можно значительно увеличить коэффициент демпфирования маятника за счет увеличения вязкости демпфирующей жидкости и уменьшения до минимума зазора между маятником и внутренней рамкой, что в свою очередь повышает эффективность демпфирования.

В-третьих, некоторые типы инклино- 15 метров, например гироскопические инклинометры, работают при зенитных углах не более 60О(гироскоп эффективно работает только при зенитных углах не более 60 ), а диапазон изме- р0 рения датчиков угла, используемых для измерения зенитных углов, значительно превышает. это значение, например бесконтактный синусно-косинусный трансформатор (БСКТ ), диапа-25 зон измеряемых углов которой составляет 0-360 . Относительная погрешо ность БСКТ, включенного в режим фазовращателя, при этом составляет, например. 0.35%. т е абсолютная 30 погрешность составляет 1,26О и если при измерении зенитного угла 0-60 повернуть при помощи следящей системы ротор БСКТ так же на угол 60, то абсолютная погрешность измерения зенитного угла составит 1,26 . Теперь, если при измерении. зенитного угла 60О следящая система при помощи повышающего редуктора с передаточным .отношением 1:6 поворачивает ротор БСКТ на угол 360О, то относи« 40 тельная погрешность измерения зенитного угла в диапазоне 0-60О составляет также 0,35%, так как индикатор, на который работает БСКТ,показывает значение углов в диапазоне 0-60п, 45 то абсолютная погрешность измерения зенитного угла уже составляет 0,21 что в 6 раз меньше, чем абсолютная погрешность измерения зенитного угла без применения повышающего ре- 50 дуктора. Следовательно, точность измерения повышается. Кроме того, повышается линейность выходной характеристики, так как не вносится в выходную характеристику преобразователя нелинейность, вызванная нелинейным характером изменения деформации пружины от угла отклонения маятника, поскольку маятник работает при малых углах отклонения и постоянно отслеживается следящей системой в состояние с углом отклонения от оси внешней рамки равным нулю. По этой причине повышается надежность маятника.

Предлагаемяй преобразователь зенитного угла применяется в гидроскопическом инклинометре, эконоьщческий эффект от внедрения которого составляет 50 тыс.руб. в год на одно изделие. Экономическая эффективность от внедрения преобразователя зенитного угла составляет примерно 25% от экономической эффективности всего гироскопического инклинометра, что составляет 12,5 тыс. руб. экономии в год на один преобразователь.

Формула изобретения

Преобразователь зенитного угла, содержащий внешнюю рамку, включающую ус-. тановленный на ее оси токосъем, двигатель и понижающий редуктор, внутреннюю рамку, на которой закреплен маятник, выполненный в виде пластинЫ с грузом, датчик узла со статором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, он снабжен соединенным с внутренней рамкой повышающим редуктором и связанным с ним дополнительным датчиком угла, усилителем, а внешняя рамка снабжена эксцентричным грузом и на ее оси вращения установлена внутренняя рамка, причем оси вращения обеих рамок взаимно перпендикулярны, при этом плоскость качания маятника расположена в плоскости эксцентричного груза, а усилитель связан с датчиком угла и с двигателем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 459583, кл. Е 21 В 47/02, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

М 620588, кл. E 21 В 47/02, 1975.

1002548

ВНИИПИ Заказ 148б/5 Тираж 601 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4