CN107632170A - 一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，包括端盖和具有内腔的壳体，端盖安装于内腔上端口，所述传感器还包括冗余并联机构和电路板，电路板位于内腔且连接冗余并联机构，冗余并联机构收容于内腔，冗余并联机构包括质量球、支架和六条连接臂，质量球位于支架内部，每一连接臂的相对两端分别动连接支架和质量球，且每一连接臂上均设有用于感测加速度的光栅尺。本发明的有益效果：采用冗余并联机构作为弹性体结构，具有可靠性高，抗震效果好的优点；以光栅尺作为检测元件，极大减小了传感器的温漂误差，大幅度提高传感器的测量精度，从而提高了深部找矿过程中钻孔轨迹测量的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及油气钻井及地质钻探领域，尤其涉及一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器。
背景技术
随着中国经济和社会的持续快速发展，对地下矿产资源的需求和消耗量亦逐年增加，现阶段中国大部分地区的浅层矿产资源已被探明且开采趋于枯竭，而相关的研究成果表明中国大陆深部蕴藏着潜力巨大的矿产资源，因此深部找矿成为矿产资源开采发展的重要方向。深部找矿的关键是钻井技术，对于钻井技术而言，当钻孔深度较深时，钻杆及钻头的受力状态将变得越发复杂，在复杂的合力作用下，钻孔的轨迹将不可能保持为垂直，此时轨迹形状将复杂多变，由此导致钻杆旋转过程中与钻孔内壁的摩擦增大，尤其是对于深部钻井而言，由于自地表到钻孔底部的钻杆长度较长，此时钻杆所受到的摩擦阻力大大增加，导致钻机所提供的动力将很难传递到井底，从而大大降低钻进的效率，此外，较大的摩擦阻力还有可能磨断钻杆，造成钻井事故。因此，必须实时对钻孔轨迹进行测量，根据测量结果实现对钻孔轨迹的实时纠偏。
现有钻孔轨迹测量方法依靠捷联惯导系统实现，捷联惯导系统由三维加速度计及三维陀螺仪组合形成，将三维加速度计及三维陀螺仪的输出数据建模计算后便可得到钻孔轨迹。而现有的三维加速度计在钻孔底部使用时存在可靠性较低、温漂影响大、误差较大和抗振效果差等诸多问题，不能适应钻孔底部的工况环境，制约着深部找矿的发展。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器。
本发明的实施例提供一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，包括端盖和具有内腔的壳体，所述端盖安装于所述内腔上端口，所述传感器还包括冗余并联机构和电路板，所述电路板位于所述内腔且连接所述冗余并联机构，所述冗余并联机构收容于所述内腔，所述冗余并联机构包括质量球、支架和六条连接臂，所述质量球位于所述支架内部，每一所述连接臂的相对两端分别动连接所述支架和所述质量球，且每一所述连接臂上均设有光栅尺，每一所述光栅尺检测加速度的相关信息并传输至所述电路板，所述电路板处理相关信息得到三维加速度数据。
进一步地，每一所述连接臂还包括并排设置的第一转接板和第二转接板，并列设置的二第一连接杆的相对两端均分别与所述第一转接板和所述第二转接板球铰接连接，每一所述连接臂上的光栅尺具有二个，分别安装于二所述第一连接杆上，所述第一转接板通过一第二连杆球铰接所述质量球，每一所述第二转接板通过一第三连杆与所述支架连接，且所述第二转接板与所述第三连杆球铰接连接。
进一步地，所述质量球与所述六条连接臂的六个连接处均匀分布于所述质量球表面且相对所述质量球球心对称。
进一步地，所述支架为六个栏杆面围成的长方体。
进一步地，所述内腔上端设有第一凹槽，下端设有第二凹槽，所述端盖安装于所述第一凹槽，所述冗余并联机构安装于所述第二凹槽内。
进一步地，所述端盖与所述第一凹槽的连接处设有密封圈。
进一步地，所述第二凹槽包括凹腔和位于所述凹腔上端的支撑部，所述支架安装于所述凹腔，底座被所述支撑部支撑且向下压紧所述支架，所述底座通过螺栓固定于所述支撑部。
进一步地，所述底座上方设有支柱，所述电路板通过螺栓安装于所述支柱上。
进一步地，每一所述第三连接杆远离所述质量球的一端通过螺纹连接所述支架。
进一步地，每个所述光栅尺均通过导线连接所述电路板。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器采用冗余并联机构作为弹性体结构，具有可靠性高，抗震效果好的优点；以光栅尺作为检测元件，极大减小了传感器的温漂误差，大幅度提高传感器的测量精度，从而提高了深部找矿过程中钻孔轨迹测量的准确度。
附图说明
图1是本发明基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器的结构示意图；
图2是本发明基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器的剖视图；
图3是图1中所示冗余并联机构的结构示意图；
图4是图3中所示A的局部放大图。
图中：1-端盖，2-壳体，3-冗余并联机构，4-电路板，5-支架，6-质量球，7-连接臂，8-底座，9-密封圈，71-第一转接板，72-第二转接板，73-第一连接杆，74-第二连接杆，75第三连接杆,76-光栅尺。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1、图2、图3和图4，本发明的实施例提供了一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，包括端盖1和具有内腔的壳体2，所述内腔上端设有第一凹槽，下端设有第二凹槽，所述第一凹槽上安装有密封圈9，所述端盖1压紧所述密封圈9然后通过螺纹紧密封所述壳体2，所述第二凹槽包括凹腔和位于所述凹腔上端的支撑部，所述传感器还包括冗余并联机构3和电路板4，所述冗余并联机构3收容于所述凹腔，所述冗余并联机构3和所述电路板4通过底座8连接，所述底座8被所述支撑部支撑且向下压紧所述冗余并联机构3，所述底座8通过螺栓固定于所述支撑部，所述底座8上方设有支柱，所述电路板4通过螺栓安装于所述支柱上。
所述冗余并联机构3包括支架5、质量球6和六条连接臂7，所述支架5是由六个栏杆面围成的长方体，所述质量球6位于所述支架5内部，每一所述连接臂7的相对两端分别动连接所述支架5和所述质量球6，具体的，每一所述连接臂7包括并排设置的第一转接板71和第二转接板72，并列设置的二第一连接杆73的相对两端均分别与所述第一转接板71和所述第二转接板72球铰接连接，所述第一转接板71通过第二连杆74球铰接所述质量球6，每一所述第二转接板72通过一第三连杆75螺纹连接所述支架5的一个面，且所述第二转接板72与所述第三连杆75球铰接连接，所述质量球6与所述六连接臂7的六连接处均匀分布于所述质量球6表面且相对所述质量球6球心对称，每一所述第一连接杆73上通过螺栓安装一光栅尺76，每一所述光栅尺76均通过导线连接所述电路板4，所述电路板4为每一所述光栅尺76提供电源。
本发明的工作过程：本发明基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器通过每一所述光栅尺76检测加速度的相关信息，相关信息通过所述导线传输到所述电路板4，所述电路板4处理相关信息得到三维加速度数据。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，其特征在于：包括端盖和具有内腔的壳体，所述端盖安装于所述内腔上端口，所述传感器还包括冗余并联机构和电路板，所述电路板位于所述内腔且连接所述冗余并联机构，所述冗余并联机构收容于所述内腔，所述冗余并联机构包括质量球、支架和六条连接臂，所述质量球位于所述支架内部，每一所述连接臂的相对两端分别动连接所述支架和所述质量球，且每一所述连接臂上均设有光栅尺，每一所述光栅尺检测加速度的相关信息并传输至所述电路板，所述电路板处理相关信息得到三维加速度数据。
2.如权利要求1所述一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，其特征在于：每一所述连接臂还包括并排设置的第一转接板和第二转接板，并列设置的二第一连接杆的相对两端均分别与所述第一转接板和所述第二转接板球铰接连接，每一所述连接臂上的光栅尺具有二个，分别安装于二所述第一连接杆上，所述第一转接板通过一第二连杆球铰接所述质量球，所述第二转接板通过一第三连杆与所述支架连接，且所述第二转接板与所述第三连杆球铰接连接。
3.如权利要求1所述一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，其特征在于：所述质量球与所述六条连接臂的六个连接处均匀分布于所述质量球表面且相对所述质量球球心对称。
4.如权利要求1所述一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，其特征在于：所述支架为六个栏杆面围成的长方体。
5.如权利要求1所述一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，其特征在于：所述内腔上端设有第一凹槽，下端设有第二凹槽，所述端盖安装于所述第一凹槽，所述冗余并联机构安装于所述第二凹槽内。
6.如权利要求5所述一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，其特征在于：所述端盖与所述第一凹槽的连接处设有密封圈。
7.如权利要求5所述一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，其特征在于：所述第二凹槽包括凹腔和位于所述凹腔上端的支撑部，所述支架安装于所述凹腔，一底座被所述支撑部支撑且向下压紧所述支架，所述底座通过螺栓固定于所述支撑部。
8.如权利要求7所述一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，其特征在于：所述底座上方设有支柱，所述电路板通过螺栓安装于所述支柱上。
9.如权利要求1所述一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，其特征在于：每一所述第三连接杆远离所述质量球的一端通过螺纹连接所述支架。
10.如权利要求1所述一种基于冗余并联机构的钻井用三维加速度传感器，其特征在于：每个所述光栅尺均通过导线连接所述电路板。
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