Оптоэлектронный инклинометр

СОЮЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ааЯОа) 142531 4 Е 21 В 47/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Всесоюзный научно"исследовательский горно-металлургический институт цветных металлов(56) Авторское свидетельство СССР У 1090863, кл . Е 21 В 47/02, 1982.Авторское свидетельство СССР В 1016492, кл, Е 21 В 47/02, 1981. (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ИНКЛИНОИЕТР (57) Изобретение относится к геолого- разведочной технике и предназначено для измерения азимутального и зенитного углов. Цель изобретения - повышение точности и ускорения процессов измерения, Для этого расположенный в корпусе 1 элемент, изменяющий интенсивность светового луча цри изменении зенитного и азимутального углов, выполнен в виде двух сферических камер 2 с прозрачными стенками. В каждой из последних размещен сферический поплавок из прозрачного материала, а пространство между поплавком и камерой 2 заполнено несмешивающимися жидкостями. Один из поплав ков 3 имеет кольцевой магнит 4 ипластину 5 в виде полусферы, поплавок б другой камеры имеет металлическое1425310 1 О кольцо 7 и полусферическую пластину8, Поплавки выполнены нз материала,нЕ смачивающегося двумя жидкостями,а камеры из материала, смачивающегосяодной из жидкостей, Кольцевой слойжндкости между поплавками и камерой Изобретение относится к геологор зведочной технике, предназначено д я измерения азимутального и зенитн го углов скважины в немагнитных и с абомагнитных породах и рудах и мож т применяться в горном деле при в денни буровзрывных работ, инъекцио ном упрочнении пород, в геологии и гидрогеологии, а также в строительнэм деле при инженерно-геологических изысканиях.Цель изобретения - повышение точнэсти и ускорение процесса измерения,На фиг,1 приведен оптоэлектронный и клинометр, общий вид, на фиг,2 - т же, электрическая схема, на Фиг.З - п лусферические пластины с изменяю-, щ йся оптической плотностью, проекфи, на фиг.4 - центрирование поплавк двумя несмешивающимися жидкостями,Оптоэлектронный инклинометр состои из цилиндрического корпуса 1 из н магнитного материала (например, латни, титана и др,), в котором размещен элемент, изменяющий интенсивность светового луча при изменении зенитного и азимутального углов, выполненный в виде двух сферических камер 2 с прозрачными стенками, в каждой из которых размещен сферический поплавок из прозрачного материала; Поплавок 3 оДной из камер имеет кольцевой магнит 4 с явно выраженными полюсами и со смещенным по оси поплавка 3 центром тяжести и полусферическую пластину 5 с оптической плотностью изменяющейся пропорционально величине угла на полу. сфере от геодезической линии АВ нулевого азимута (фиг.З), которая нанесена на полусфере.Поплавок б другой камеры имеет металлическое кольцо 7 из немагнитного материала со смещенным но оси поплавявляется демпфирующим материалом,что ускоряет процесс измерения, Приспуске инклинометра в скважину накаротажном кабеле можно измерять углы ее дискретно нли непрерывно,1 з.п.ф-лы, 4 ил,ка б центром тяжести и полусферическую пластину 8 с оптической плотностью, изменяющейся пропорциональновеличине телесного угла от оси поплавка б, Кольцевой магнит 4 и кольцо 7 служат противовесами, имеют одинаковую массу и смещение на одинаковоерасстояние от геометрических центровпоплавков. Пространство между поплавком и соответствующей камерой заполнено двумя несмешивающимися жидкостями, причем плотность одной из жидкостей 9 меньше, а плотность другой жидкости 10 больше объемной плотностипоплавка. Плотности несмешивающихся жидкостей 9 и 10 выбираются так, что.поплавки 3 и б имеют примерно среднююобъемную плотность, при этом они занимают симметричное по вертикальнойоси положение в камере, Для центровки поплавков 3 и 6 по горизонталиони выполнены из материала, которыйнесмачивается обеими несмешивающимисяжидкостями 9 и 10 (фиг,4) . Жидкость10 с большей плотностью, по отношениюк материалу камеры 2, является несмачивающей и имеет объемную массубольше по отношению к жидкости 9 с меньшей плотностью, которая является смаЗО чивающей для материала камеры 2, Напри-,мер, при изготовлении камеры 2 из оптического стекла: жидкость 9 - гексан с объемной плотностью О, 655 г/см,жидкость 10 - глицерин с объемной плотностью 1,258 г/смь, а поплавок изготавливается иэ светопроницаемого пластика на основе смол ПНМ, ПНМ, этилцеллюлозы и других материалов, т,е. из материалов несмачиваемых ука О занными жидкостями и нерастворяющихся в них, Могут быть применены и другие сочетания жидкостей и материалов,Поплавок 6 с датчиком зенитного угла3 14253выполнен аналогично. Форма менисковпри этом принимает такую конфигурацию, которая обеспечивает симметричное положение поплавков относительнокамер 2 в диаметральной плоскости. 5Источник сфокусированного светового луча размещен между камерами 2 исостоит из источника 11 света, конденсаторов 12, кожуха 13 и диафрагм14, По обе стороны от камер 2 соосно10с ними размещены фотоприемники 15 вэкранах 16,В корпусе 1 размещены также источник 17 питания, электронные усилительно-преобразующие блоки 18 и 19,15В состав усилительно-преобразующихблоков 18 и 19 электрической схемыинклинометра (фиг,2) входят дифференциальные усилители 20 и 21, преобразователи 22 и 23 напряжение-частота,индикатор 24, разделительные емкости25 и 26, Вся электрическая схема инклинометра за исключением индикатора24 размещена в корпусе прибора. Спуск25инклинометра в скважину осуществляется на стандартном каротажном кабелепри помощи каротажной лебедки,Инклинометр работает следующим образом.Луч от источника 11 света черезконденсаторы 12 и диафрагмы 14 проходит на Фотоприемник 15 по оси инклинометра независимо от положения поплавков, так как камеры 2 и поплавки3 и 6 сферической Формы, а жидкости З 59 и 10 выбирают с близкими показателями преломления (например, для указанной вьппе пары жидкостей показателя преломления составляют 1,472 и1,473). Благодаря смещению центров 40тяжести поплавков 3 по продольнойоси относительно их геометрическихцентров кольцевой магнит 4 и кольцо7 занимают горизонтальное положение,а поплавки - определенное положение 45в пространстве. Так при наклоне корпуса 1 относительно вертикали на какой-либо угол оси поплавков 3 и 6 отклонятся на тот же угол относительно корпуса инклинометра. Полусферическая пластина 8 поплавка 6 такжесмещена относительно оси симметриина такой же угол, авследствие того,что ее оптическая плотность пропорциональна величине телесного угла отоси поплавка, световой поток, проходящий от источника 11 через конденсатор 12, диафрагму 14, пластину 8 нафотоприемник 15, также пропорциона 10 4лен углу наклона корпуса, чем и зафиксирован этот угол, Поплавок 3 ведет себя аналогичным образом,Благодаря наличию кольцевого постоянного магнита 4 с явно выраженными полюсами поплавок 3 устанавливается в определенном положении отно-сительно магнитного меридиана. Оптическая плотность пластины 5 пропорциональна величине угла между магнитным меридианом и направлением наклона корпуса устройства. Следовательно,световой поток, проходящий через конденсатор 12, диафрагму 14, пластину5 на фотоприемник 15, пропорционаленазимуту угла наклона корпуса 1 инклинометра, чем и зафиксирован азимутугла наклона,Изменение оптической плотностиполусферической пластины 8 (фиг.3) показано с условным нанесением сеткив градусах зенитного угла для наглядной иллюстрации. При практическом выполнении на полусферическую пластину8 никаких делений не наносится - оптическая плотность ее изменяется плавно от 0 до 90 . Это положение соблюдается и для пластины 5 датчикаазимута. 1 Чтриховын линии от центрананесены условно и характеризуют плавное изменение оптической плотностиот 0 до 360 , Разграничительная линия АВ нулевого азимута нанесена дляточной установки кольцевого магнита,Выходы Фотоприемников 15 соединены с входами дифференциальных усилителей 20 и 21 (фиг,2), напряжения навыходах которых пропорциональны световому потоку, поступающему на фотоприемники, Выходы дифференциальныхусилителей подключены к преобразователям 22 и 23 напряжение-частота.Разность частот преобразователя,например угла наклона, выбираетсякратной измеряемой величине угла стем, чтобы можно было непосредственно вести отсчет при помощи счетчиков.Так, например, при измерении угла в45 разность частот может быть 45,90 или 180 Гц, в зависимости от требуемой точности прибора, Несущие частоты преобразователей угла наклонаи азимута угла наклона принимаютсяразличными и выбираются так, чтобыможно было оба измерения передаватьпо одному каналу связи. Например,для передачи информации об измененииугла наклона можно использовать частоту 1 кГц (с вариацией при измере 5 14253 нин в пределах 1000-1180 Гц) и для азимута 5 кГц (с вариацией 5000- 5360 Гц), Передача показаний приборов по линии связи частотно-модулированным сигналом практически полностью5 устраняет помехи, возникающие в линии связи и не требует согласования измерительной схемы с параметрами линии связи, т.е. не зависит от длинны линии связи (глубины скважины) .Процесс измерения заключается в ,установке инклинометра в требуемой ,точке скважины и после незначительной паузы, достаточной для успокоения 15 ,колебаний поплавков, отсчета показаний на индикаторе.Кольцевой слой жидкости между поплавками и камерой является хорошим демпфирующим материалому т е фикса 20 ции поплавков при спуске и подъеме :не требуется, что ускоряет процесс измерения. При спуске инклинометра на каротажном кабеле можно производить измерения азимутального и зенит ного углов скважины дискретно или непрерывно, например, с записью на магнитную ленту.формула изобретения З 01. Оптоэлектронный инклинометр, включащий корпус, в котором размещены фотоприемники, источник сфокуси" рованного светового луча и располо,женный между ними элемент, изменяющий интенсивность светового луча при изменении зенитного и азимутального углов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и ус-40 10 6корения процесса измерения, элемент,изменяющий интенсивность световоголуча при изменении зенитного и азимутального углов, выполнен в виде двухсферических камер с прозрачными стенками, в каждой из которых размещенсферический поплавок из прозрачногоматериала, а пространство между поплавком и камерой заполнено двумя несмешивающимися жидкостями, плотностьодной из которых меньше, а плотностьдругой больше объемной плотности поплавка, при этом поплавок одной из камер имеет кольцевой магнит со смещенным по оси поплавка центром тяжестии пластину в виде полусферы с оптической плотностью, изменяющейся пропорционально величине угла на полусфере от геодезической линии нулевогоазимута, которая нанесена на полусфере, а поплавок другой камеры имееткольцо из немагнитного материала сосмещенным по оси поплавка центромтяжести и пластину в виде полусферыс оптической плотностью, изменяющейся пропорционально величине телесногоугла от оси поплавка, причем источник сфокусированного светового лучаразмещен между камерами, а фотоприемники - по обе стороны от камер соосно с ними,2, Инклинометр по п,1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что поплавкивыполнены из материала, несмачивающегося двумя несмешивающимися жидкостями, а камеры выполнены из материала, смачивающегося жидкостью с меньпей плотностью и несмачивающегосяжидкостью с большей плотностью.,Бл ВП ткрытии наб., д, 4/5 130 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная Редактор М Заказ 4748 Тираж 531И Государственного к делам изобретений и Москва, Ж, Раушск Подпис итета СССР