CN201787954U - 光纤惯性导航测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种石油勘探用光纤惯性导航测量系统，主要用于石油深井测倾角、测轨迹、测方位角，包括本体、光纤陀螺和加速度计组合等，其特征在于，所述本体为与钻井内径大小相匹配的细长结构，用于安装各光学器件且具备完整光路；所述光学器件包括耦合器、Y波导、探测器、光源等；所述光纤环为三个相互正交并梯次布置的光纤环，其中两个采用椭圆结构、一个采用圆形结构，椭圆结构光纤环大小与钻井直径大小相匹配；所述光源板、主板、A/D板、计算机板分别安装在所述本体光纤环、光学器件及加速度计组合相对应的位置。本实用新型具有很高的抗振动、冲击等环境适应能力，系统综合精度好。

Description

光纤惯性导航测量系统

技术领域

 本实用新型涉及一种光纤惯性导航测量系统，适用于地质勘探深井、石油深井及其辐射井的测斜、测轨迹、测方位角等。

背景技术

随着世界能源、矿产资源需求的暴增，自然资源越来越稀少，采取深海、深井勘探和深海、深井开采成为世界各国的首选，而深海、深井开采遇到越来越多的高科技难题，其中，深井倾斜角的测试及辐射井方位角、轨迹的测试成为世界难题；为解决该难题，各国采取了很多技术，目前采用最多的是传感器技术及惯性测试技术；但因井口尺寸及钻井直径的限制，传统技术所设计的产品技术精度低，倾斜角和方位角的测试结果不理想，且使用寿命短，越来越不能满足现实的需要，而石油深井测斜用光纤惯性导航测量系统正是根据这一需求设计。

目前的光纤惯性导航测量系统应用到石油、勘探深井领域存在结构性难题，通常使用的光纤惯性导航测量系统包括本体、电子箱和二次电源等；本体上一般包含陀螺和加速度计等敏感器件，对于不同精度等级的惯组本体，陀螺的精度要求不一样，体积差异也较大，一般选用绕性陀螺和石英挠性加速度计等作为敏感器件；电子箱内配置I/F变换（或A/D转换板）和计算机及温控电路等；二次电源提供系统所需的电源，三者之间通过电缆进行连接组成一个惯组系统，该系统的体积通常庞大，占用空间大，质量重，无法在钻井直径的狭小空间内直接安装，即便是简化结构后精度很差的惯组、其在钻井直径的狭小空间内安装也很困难，且测试精度、测试结果也不能满足需求，还容易损坏；另外采用倾角传感器等技术设计的测斜系统对深井及辐射井轨迹、方位角的测试无法完成，测斜的精度也很粗糙。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光纤惯性导航测量系统，该系统直径小、重量轻、对外接口简单、安装方便，并具有很高的抗振动、冲击等环境适应能力，系统综合精度好。

为解决上述技术问题，本实用新型包括本体、光纤陀螺和加速度计组合，其特征在于，所述本体为与钻井直径大小相匹配的细长结构，用于安装各光学器件且具备完整光路，所述光学器件包括耦合器、Y波导、探测器、光源等；所述光纤环为三个相互正交并梯次布置的光纤环，其中两个采用椭圆结构、一个采用圆形结构，该椭圆大小与钻井直径大小相匹配；所述加速度计组合为分别安装在加速度组合支架上的三个小型化石英挠性加速度计；所述光源板、主板、A/D板、计算机板分别安装在所述本体光纤环、光学器件及加速度计组合相对应的位置。

上述方案中，所述光纤环为X向光纤环、Y向光纤环、Z向光纤环。

本实用新型采用细棒状形的结构形式，使产品结构满足钻井直径内部安装的要求；将光源板、主板、A/D板、计算机板分别安装在本体光纤环、光学器件及加速度计组合相对应的位置，在结构上充分利用了本体上的结构空间，减少了中间环节和相互的连接电缆，同样减少了不必要的结构件，降低了产品重量，保证整个结构设计紧凑，空间利用率高；而集成一体的光路设计和高度集成且梯次布置的结构布局，将光源部分与本体集成在一起，缩短了光纤连接的路径，有利于光源尾纤与各光学器件尾纤的熔接；合理的光学器件的布局更有利于光纤的盘绕，对光纤陀螺的精度的保证和提高有很大帮助，更有利于惯组系统的精度的保证和提高；三个小型化石英挠性加速度计分别安装在加速度组合支架上，在保证相互位置关系后再固定到本体基准位置上，与三个光纤环位置相对应，充分利用了结构空间，保证了光纤陀螺基准与加速度计组合基准一致，有利于提高惯组的精度稳定性和测量准确性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。

图1为本实用新型外形示意图；

图2为本实用新型结构图Ⅰ；

图3为本实用新型结构图Ⅱ；

图4为本实用新型结构布局立面图Ⅰ；

图5为本实用新型结构布局立面图Ⅱ。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本体2为与钻井直径大小相匹配的细长结构，用于安装各光学器件且具备完整光路，加速度计组合7为分别安装在加速度组合支架上的三个小型化石英挠性加速度计。

将该实用新型安装在钻井钻头后置位置上，钻井开始工作钻头向地底深度钻进时该装置随钻井钻头同步向地底沿钻井方向前进并同步开始倾斜角、方位角、轨迹的测试工作。该装置的工作原理是：三轴光纤陀螺利用Sagnac效应敏感载体三个轴向的角速度——首先由光源驱动板14驱动SLD光源12发出一束光通过1×3光纤耦合器13分成三束光，每一束光分别经过所在光纤环（1、3、5）配套的2×2光纤耦合器11和Y波导10分成两束光后，分别从光纤环（1、3、5）两端耦合入光纤环，沿相反方向绕光纤环运行后射出，并产生干涉；当光纤环（1、3、5）处于静止时，两束光的光程差为零，当光纤环以角速率ω旋转时，则产生Sagnac效应，两束光的光程差不为零，陀螺主板4上的光电探测器将输出的光信号转换成电信号并输出。三个正交安装的石英挠性加速度计9敏感运动载体三个轴向视加速度，其输出的直流电流信号经过A/D转换电路6，使石英挠性加速度计9形成闭环工作的同时，将其输出的电流信号转换成脉冲信号；上述电信号通过外接电缆8向外输出钻井钻头的即时方位、运动速度、运动姿态等参数，通过钻井平台上的计算机的控制达到对地质勘探深井、石油深井及其辐射井的测斜、测轨迹、测方位角的目的。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种光纤惯性导航测量系统，包括本体、光纤陀螺和加速度计组合，其特征在于，所述本体为与钻井内径大小相匹配的细长结构，用于安装各光学器件且具备完整光路，所述光学器件包括耦合器、Y波导、探测器、光源；所述光纤环为三个相互正交并梯次布置的光纤环，其中两个采用椭圆结构、一个采用圆形结构，椭圆结构光纤环大小与钻井直径大小相匹配；所述光源板、主板、A/D板、计算机板分别安装在所述本体光纤环、光学器件及加速度计组合相对应的位置；所述加速度计组合为加速度组合支架上安装三个相互正交的石英挠性加速度计。

2.根据权利要求1所述的光纤惯性导航测量系统，其特征在于，所述光纤环为X向光纤环、Y向光纤环、Z向光纤环。

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