Устройство для определения угла наклона

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 191 И С 9/10 1)5 НИ ИЭО ОПИСА Н АВТОРСКО ТВУ ВИДЕ гово во СССР 1980. 9., относи может для оуровой изобре скважины отения является л,али ЬР Ь 3 ЯО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетел9 866409, кл, С 01 С 9/Заявка Франции 5- 247кл. С 01 С 910, 1981,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА АКЛОНА57) Изобретение тся к измериельной технике и быть испольовано, например, пределения гла отклонения бертикали, Целью тасширение функциональных возможностей устройства и повышение его точности и надежности, Устройство 1включает светонепроницаемый корпус 2,торовую (с прорезью или светопроницаемую) направляющую поверхность 4с шариком 5 внутри, источник света ифотопреобразователь, Фотопреобразователь выполнен из двух одинаковых фотоприемников 7, установленных подуглом друг к другу на линии, проходящей через плоскость движения шарика 5.Линия, на которой установлены фотоприемники 7, является также линней симметрии торовой поверхности 4, Шарик 5покрыт слоем люминофора 6, Знак сигнала в измерительной части устройствазависит от знака отклонения от верти 1543228Изобретение 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, 10На фиг. 1 схематично изображено Предлагаемое устройство, продольный 11 азрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант использования Фотопреобраэователя, продольный 15 разрез; на Фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - устройство в ин" клинометре; на Фиг. 6 - устройство при наклоне корпуса на угол с( 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 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 изизмерительного прибора 12 (блока отображения информации) и резисторов 13. Фотоприемники 7 установлены под углом к осевой линии 14 в плоскости движе 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 и 4) на кронштейне 15, установленном на оси 16. Винт 17 с пружиной 18 позволяют поворачивать кронштейн 15 вокруг оси 16, изменяя угол наклона фотоприемников 7. винт 17 стопорится контргайкой 19Ось 16 установлена в отверстиях 20, Расположенных в крышках 3.Устройство работает следующим образом.На горизонтальной плоскости 21 (фиг. 6), подбором сопротивления резисторов 13 измерительный мост бамансируется так, чтобы ток в измери тельном 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 ц, В общем случае угол Ч не равен дпоскольку 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 Ы (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 о, угол между нормалью 22 и световым потоком 9 равным ц) и о,угол между нормалью 22 и другим световым потоком 9 - равным (, причемЦО =Ч -О;=96-ф Освещенность поверхности(1)г,где Е - освещенность;К - максимальная освещенность; с - угол между световым потокоми нормалью к освещаемой поверхности;г - расстояние отисточника света до освещаемой поверхности.При перемещении шарика 5 по торовой поверхности 4, величина г в общем ,случае неодинакова для фотоприемников 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(3) где К ,К- сопротивления фотоприемников 7;Е - коэффициент пропорциональности между освещенностьюи сопротивлением,Ток, проходящий через измерительный прибор 12, равен(5) К, К,-К,К+=О, (6) К,К,-К,К,Кр (11+К+1+1,1,)+К+К) К+КЗ) где 1 - ток, проходящий через измерительный прибор 12;1 - ток, питающий мост; К К - сопротивление фотоприемников 7, равное К,Р, 14 К, - сопротивления резисторов 13; 10К о - сопротивление прибораПоскольку К много меньше остальных сопротивленйй моста, то Формулу (4) можно представить в. следующем виде: 15 Если учесть, что в сбалансированномсостоянии моста должно выполняться равенство то, с учетом Формулы (1), можно получить 25соя(К (7)ф сояЯч Подставляя значения сопротивленийЙ,К,Ки К в Формулу (5) и проделав преобразования, получаем 30 сояИ соя (Ця-М)сояЦц созе +ф) (8)Р о сояЧБ соя(сРЕ оС)(1+ --- ) 1+соя соя(Ч" +М,)35 Таким образом при наклоне устройства на угол оС в цепи измерительного прибора 12 появляется ток, определяемый зависимостью (8), Отградуировав 40 заранее шкалу прибора в единицах угла можно по положению стрелки прибора определить величину отклонения от вертикалиПри изменении знака угла Ы изменя ется направление тока, проходяцего через измерительный прибор 12, так как при этом увеличивается освещенность одного фотоприемника 7 и уменьшается освещенность другого. Таким 50 образом изменение знака отклонения от вертикали проявляется в измерительной части устройства изменением знака сигнала. По другому варианту исполненияФотоприемники 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 ихсопротивлений, которое приведет измерительный мост в сбалансированноесостояние, Такой вариант исполненияпозволяет добиться более точной балансировки моста и избежать подборасопротивлений 13.П р и м е р. Рассмотрим реализациюустройства 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 среднейгильзы 25 имеет кольцевые углубления28, в которые вставляются крепежныедиски 27. При навинчивании верхней 24и нижней 26 гильз на среднюю гильзу25, крепежные диски 27 Фиксируютсяв выемках 28, На крепежных дисках 27закреплены с поворотом на 180 относиотельно осевой линии 14 два устройства1 для измерения угла отклонения отвертикали со жгутами 29 соединительных проводов,Ось инклинометра, находящегося ьскважине, 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 висследуемом месте,Устройство может иметь следующиепараметры. Ыарик 5 имеет диаметр 5 мыи покрыт слоем красителя ФК. Дляпериодического возбуждения люминофора шарик 5 извлекают из устройстваи 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 4имеет радиус К=50 мм и выполнена изнержавеюцей стали, Внутренний диаметрторовой поверхности равен 7, толщинастенки равна 8, ширина щели 8 (Фиг,2)равна 2 мм, Фотоприемники 7 - Фотореэистары фСК 7 б, установлены под углом 90 друг к другу. Прибор 12 микроамперметр И 136 с симметричной шкалой.Устройство для определения угла наклона, содержащее светонепроницаемый корпус с направляющей и располоЖенным в нем шаром, источник света, фотоприемник блок преобразования 15 7 15432 Резисторы 13 - прецеэионные резисторы С 2-293-0,125 установлены с сопротивлением 10 кОм. Напряжение питания моста равно 12 В. Ток разбаланса моста при отклонении устройства из ис 5 ходного положения на 1 составляет 10Формула изобретения10 28сигнала и блок отображения информации, о т л и ч а ю щ е е 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.гТираж 394 венного комитета по 113035, Москва, Жова Корректор Л.Патай Подписноеобретениям и открьгтиям при ГКНТ СССРаушская наб д. 4/5