CN102251768A - 光纤陀螺测斜仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤陀螺测斜仪，由地下探头与地面仪器两部分构成，所述地下探头包括一个光纤陀螺传感器、一个X方向伺服加速度计传感器、一个Y方向伺服加速度计传感器和一个信号采集存储处理系统，所述地面仪器包括一个单片机，所述光纤陀螺传感器、X方向伺服加速度计传感器以及Y方向伺服加速度计传感器分别连接于所述信号采集存储处理系统的一端，所述信号采集存储处理系统的另一端连接于所述单片机，所述单片机优选为笔记本电脑。本发明能在磁性矿地区及在铁套管中准确测量钻孔的方位，通过硬件电路设计及软件算法，能完成自动寻北功能，每个测点均以地球的真北为零点而独立存在的数据，不存在累计误差，无零点漂移，抗震性强，携带方便。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭，铁矿，石油勘探钻孔领域，尤其涉及一种光纤陀螺测斜仪。
背景技术
目前我国煤炭，铁矿，石油勘探过程中急需对勘探钻孔定向，由于是在铁矿地区及铁套管内定向，所以原有的普通测斜仪很难满足要求，它测钻孔方位角主要依靠指南针或磁敏元件定向，在磁性矿地区或在铁管中，由于指南针或磁敏元件的磁感应受到磁性体的影响屏蔽了，钻孔的方位角难以确定。我国目前使用的测斜仪不能满足高精度的测斜定向，其主要原因就是目前国内外在这一领域一般采用的是电子陀螺测斜仪，它也能在磁性矿地区或在铁管中测斜定向，主要的问题是累计误差很大，精度不高，很难满足野外对勘探钻孔的测斜高精度定向要求。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种能在磁性矿地区及在铁套管中测量钻孔的方位的光纤陀螺测斜仪。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：
一种光纤陀螺测斜仪，其中，所述光纤陀螺测斜仪由地下探头与地面仪器两部分构成，所述地下探头包括一个光纤陀螺传感器、一个X方向伺服加速度计传感器、一个Y方向伺服加速度计传感器和一个信号采集存储处理系统，所述地面仪器包括一个单片机，所述光纤陀螺传感器、X方向伺服加速度计传感器以及Y方向伺服加速度计传感器分别连接于所述信号采集存储处理系统的一端，所述信号采集存储处理系统的另一端连接于所述单片机。
作为优选，所述单片机为笔记本电脑。
由以上方案可知，本发明的有益效果为：
相比现有技术，本发明采用光纤陀螺仪自动寻北，通过硬件电路设计及软件算法，能完成自动寻北功能，每个测点都是以地球的真北为零点而独立存在的数据，不存在累计误差，而且每个测点可达到3度以内的测量精度，特点：具有自动寻北，无零点漂移，抗震性强，不用电缆、携带方便等优点，是磁性矿地区及在铁套管内为钻孔定向理想的仪器设备。
附图说明
图1为本发明的工作原理框图。
图2为图1的分解图一。
图3为图1的分解图二。
图4为其顶角的倾斜偏移量示意图。
图5为方位角的测量原理图。
图6为方位角测量与顶角的倾斜偏移量的关系图一。
图7为方位角测量与顶角的倾斜偏移量的关系图二。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。
请参阅图1所示，本发明提供了一种光纤陀螺测斜仪，其中，所述光纤陀螺测斜仪由地下探头与地面仪器两部分构成，所述地下探头包括一个光纤陀螺传感器、一个X方向伺服加速度计传感器、一个Y方向伺服加速度计传感器和一个信号采集存储处理系统，所述地面仪器包括一个单片机，所述光纤陀螺传感器、X方向伺服加速度计传感器以及Y方向伺服加速度计传感器分别连接于所述信号采集存储处理系统的一端，所述信号采集存储处理系统的另一端连接于所述单片机。作为优选，所述单片机为笔记本电脑。其中，X方向伺服加速度计传感器是用于测量钻孔在X方向的倾斜偏移量，Y方向伺服加速度计传感器是用于测量钻孔在Y方向的倾斜偏移量，分解图见图2、图3。图4为其顶角的倾斜偏移量示意图。
如图5所示，当钻孔在X轴方向倾斜偏移为X′，在Y轴方向倾斜偏移为Y′时，其平行四边形的对角线长度R即是该点的顶角水平投影偏移。方位角的测量原理如图5所示。假设探头放入孔中无自转，只有倾斜，则图4中的α即是钻孔方位角，但实际中探头放入孔内后不可避免地会任意转动，此时由伺服系统控制光纤陀螺从东南西北四个方向测出其旋转角度ω，由X、Y两个传感器算出R边相对北方向的α，方位角Z＝α-ω，即得到实际钻孔真北方位角Z。
光纤陀螺由伺服系统控制以每秒10度的角速度旋转，首先校准零位，再从东南西北四个方向分别采样，每次需要停70秒钟，等待采样完成。采集到的方位信号送入高速单片计算机系统，由专用算法计算出真北方向，只要启动电脑中的测斜程序，给探头一个发一个启动指令，全部采集存储工作均由地下探头自动完成。上位机工作界面采用VB语言编制，中文菜单、自动汇制钻孔的地下空间位置图，操作简便实用。
如图6及图7所示：光纤陀螺G首先对准X方向测量90秒钟得到方位角 +X，再转到+Y的方向测量90秒钟得到+Y的方位角，同理测得-X，-Y的方位角，对+X，+Y，-X，-Y四个方位角进行平差计算得到方位角ω，通过X方向伺服加速度计传感器测量得到X值，Y方向伺服加速度计传感器测量得到Y值，由X、Y两个传感器算出R边相对北方向的α其平行四边形的对角线长度R是钻孔在该点的顶角水平投影偏移，方位角Z＝α-ω，Z是钻孔最终需要的真北方位角。在这个测量过程中，光纤陀螺G沿+X，+Y，-X，-Y四个方向精确转动是关键环节，它决定了测量的精度，另外，X，和Y俩个方向测量的倾角值的与陀螺同轴也是关键环节，也决定了测量的精度。
由于国民经济的高速发展，对铁矿石的需求日益剧增，因此国内目前正处大量探矿阶段，在磁矿地区或铁套管内钻孔急需高精度自动寻北的陀螺测斜仪，我国目前使用的测斜仪不能满足高精度的测斜定向，其主要原因就是目前国内外在这一领域一般采用的是电子陀螺测斜仪，它也能在磁性矿地区或在铁管中测斜定向，主要的问题是累计误差很大，精度不高，很难满足野外对勘探钻孔的测斜高精度定向要求。
本发明的光纤陀螺测斜仪由于采用了自动寻北的光纤陀螺，可靠性高，性能稳定，能精确定向，自动寻北误差在3度以内，完全能够满足各种钻探孔定向要求。
由于改革开放的高速发展，特别是我国与澳大利亚有关铁矿石谈判的僵局，我国对铁矿石的需求日益剧增，因此国内探矿部门重整旗鼓，国家也把大量资金投入到了量探矿行业，每个探矿孔都必须测斜定向，因此对光纤陀螺测斜仪的需求非常大，非常急需。可以说，如果没有定向，在磁矿地区或铁套管内钻孔就无法完成工作。
本发明的光纤陀螺测斜仪能够精确定向，这样探矿钻孔找矿的成功率将成倍大幅度提高，可以节约大量的资金和人力物力。(一个探矿孔方向错了就可能损失几佰万)，因此，本发明在钻孔定向中起到举足轻重的地位。
本发明采用光纤陀螺，它依据二束光的衍射产生相位差感应地球的自转获取方位信号，经过伺服系统精确控制光纤陀螺在东南西北四个方向采样，通过软件的算法，确定钻孔的真北方位。
但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均同理包含在本发明的范围内。
Claims (2)
1.一种光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述光纤陀螺测斜仪由地下探头与地面仪器两部分构成，所述地下探头包括一个光纤陀螺传感器、一个X方向伺服加速度计传感器、一个Y方向伺服加速度计传感器和一个信号采集存储处理系统，所述地面仪器包括一个单片机，所述光纤陀螺传感器、X方向伺服加速度计传感器以及Y方向伺服加速度计传感器分别连接于所述信号采集存储处理系统的一端，所述信号采集存储处理系统的另一端连接于所述单片机。
2.如权利要求1所述的光纤陀螺测斜仪，其特征在于，所述单片机为笔记本电脑。
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