Преобразователь зенитного угла

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 161031 (21) 3352641/22-03с присоединением заявки Мо(23) Приоритет -Опубликовано 070383, Бюллетень Мо 9 51 М Кп з Е 21 В 47/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 070383 вторы Е.А. Салов, Р.И. Кривоносов, Р.М С.К. Поканещиков и И.А, С ения й сесоюэн чно-исследовательский инсхНтуФ,:иефтепрбмыгеофизикиФ 71 Заявител 4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗЕНИТНОГО УГЛА зо 15 2 2 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 дляпреобразования зенитного угла в длительность импульсов, состоящее изФотодиода, тороидального жидкостногоуровня, конденсатора, источника света, связанные с корпусом датчика,механический модулятор, укрепленныйна валу двигателя, электронный блоки индикатор ( 1.Недостатком этого устройства является низкая точность при непрерывном преобразовании зенитного угла,так как в этом случае из-эа ударови вибраций, испытываемых приборомпри движении в скважине, возможны колебания жидкости около положенияистинного горизонта, следовательно,значение зенитного угла на выходедатчика определяется с погрешностью,пропорциональной колебаниям уровняжидкости относительно горизонта.Известен преобразователь зенитеного угла инклинометра, содержащийдвигатель 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 21.Недостатком известного преобра вателя является низкая точность.Это связано с неравномерностью вращения рамки из-за вращения скважин- ного 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 из-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 ма 1002548ятника, а следовательно, к ошибкев определении зенитного угла. Преобразователь характеризуется такженелинейностью выходной характеристики из.-эа наличия жесткости пружиныи изменения силы деформации пружиныот силы тяжести груза по синусоидальному закону. Поскольку выходнаяхарактеристика преобразователя изменяется по синусоидальному закону,то с увеличением угла наклона прибора чувствительность резко падает,вследствие этого измерять углы более60 О и тем более близкие к 90 становится практическн нецелесообразным,тем самым ограничивается диапазон изме ряемых углов, К недостаткампреобразователя следует отнести также низкую надежность, так как пружина маятника совершает колебания со значительнойамплитудой, а это может привести к 2 Онеобратимым процессам в пружине, т.е,к ее деформации, вплоть до ее поломки,Целью изобретения является повышение точности преобразования. 25Укаэанная цель достигается тем,что преобразователь зенитного угла,содержащий внешнюю рамку, включающуюустановленный на ее оси токосъем,двигатель и понижающий редуктор,внутреннюю рамку, на которой закреплен маятник, выполненный в видепластины с грузом, датчик угла состатором, снабжен соединенным свнутренней рамкой повышающим редуктором и связанным с ним дополнительнымдатчиком угла, усилителем, а внешняярамка снабжена эксцентричным грузоми на ее оси вращения установленавнутренняя рамка, причем оси вращения обеих рамок взаимно перпендикулярны, при этом плоскость качениямаятника расположена в плоскостиэксцентричного груза, а усилительсвязан с датчиком угла и с двигателем. 45 На фиг. 1 изображен преобразователь зенитного угла; на фиг. 2 то же, разрез.Преобразователь содеРжит Рамку 1 с эксцентричным грузом 2, на оси которой установлен 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 спреобразователя.Преобразователь работает следующим образом,Когда ось маятника 10 вертикальна и совпадает с осью рамки 1, ротор 14 датчика угла 8 находится всреднем положении и на ее выходесигнал отсутствует. При наклоне преобразователя на некоторый угол маятник 10 с грузом 11 отклоняетсяот оси внешней рамки 1, а вместе сгрузом 11 отклоняется и ротор 14датчика угла 8 и на ее выходе появляется сигнал рассогласования, пропорциональный углу отклонения маятника 10, в виде напряжения ( ЭДС ) переменного тока, который, усиленныйусилителем 12, подается на двигатель5, отрабатывающий рамку 4 посредством понижающего редуктора б, авместе с ней и маятник 10 до совмещения ее оси с осью рамки 1. При этомгруз 11 с ротором 14 занимает среднееположение и выход датчика угла 8обнуляется, происходит поворот рамки 4 на угол отклонения маятника 10.При дальнейшем увеличении угла наклона прибора появившийся сигнал рассогласования на выходе датчика угла8 следящей системой обнуляется иосуществляется дальнейший поворотрамки 4, т.е. осуществляется суммирование углов отклонения маятника10 в угол поворота рамки 4, При изменении наклона преобразователя всторону уменьшения угла маятник 10отклоняется в противоположную сторону и на выходе датчика угла 8 появляется сигнал рассогласования в противофазе, и двигатель 5 отрабатываетрамку 4 в противоположном направлении до исчезновения сигнала рассогласования, т.е, происходит вычитывание угла отклонения маятника 10 отугла поворота рамки 4. Таким образом,происходит непрерывное отслеживаниерамки 4 за отклонениями маятника 10,причем угол поворота рамки 4 равенуглу наклона преобразователя, т.е,зенитному углу, который посредствомредуктора 7 передается на роторне показан ) датчика 9, и на ее выходе действует сигнал, пропорциональный зенитному углу. Эксцентричныйгруз 2 позволяет выставлять маятник10 в плоскость наклона преобразователя.В предлагаемом преобразователезенитного угла повышается точностьпреобразования по следующим причинам,Во-первых, исключается влияние неравномерности вращения внутренней рамкии изменения температуры на входнойсигнал, так как амплитуда отклонениямаятника перестает быть информативной величиной, а служит лишь для работы следящей системы, непрерывно отрабатывающей 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 демпфирую щей жидкости и уменьшения до минимума зазора между маятником и внутренней рамкой, что в свою очередь повышает эффективность демпфирования. В-третьих, некоторые типы инклино метров, например гироскопические инклинометры, работают при зенитных углах не более 600(гироскоп эффективно работает только при зенитных углах не более 60 ), а диапазон изме О рения датчиков угла, используемых для измерения зенитных углов, значительно превышает это значение, например бесконтактный синусно-косинусный трансформатор (БСКТ ), диапазон измеряемых углов которой составляет 0-360 . Относительная погрешоность БСКТ, включенного в режим фазовращателя, при этом составляет, например. 0.35. т е абсолютная 30 погрешность составляет 1,26 О 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 60 О следящая система при помощи повышающего редуктора с передаточным .отношением 1:6 поворачивает ротор БСКТ на угол 360 О, то относи 40 тельная погрешность измерения зенитного угла в диапазоне 0-60 О составляет также 0,35, так как индикатор, на который работает БСКТ,показывает значение углов в диапазоне 0-60 п, 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 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 изобретенияПреобразователь 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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. Е 21 В 47/02, 1975.П "Патентф, г.Ужгород, ул.Проектная,П ИИД Филйал каз 148 б/5 1002548 01 Подписное