DE3328261A1

DE3328261A1 - Verfahren zum erfassen der rotation des gehaeuses eines bohrlochmessinstruments relativ zu einer bezugslage und messwertumformer dafuer

Info

Publication number: DE3328261A1
Application number: DE19833328261
Authority: DE
Inventors: Rand Harley 98052 Redmond Wash. Hulsing
Original assignee: Sundstrand Data Control Inc
Current assignee: Sundstrand Data Control Inc
Priority date: 1982-08-04
Filing date: 1983-08-04
Publication date: 1984-02-16
Also published as: CA1196183A; SE8304215L; AU544532B2; GB2125163B; NO832792L; FR2531481A1; MX153327A; SE8304215D0; IT8348807A0; ZA835693B; AU1755283A; US4459759A; FR2531481B1; NL8302769A; GB2125163A; DE3328261C2; JPS5944613A; GB8320719D0

Description

Sundstrand Data Control, Inc.

Redmond, Washington 98o5 2

V.St.A.

Verfahren zum Erfassen der Rotation des Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments relativ zu einer Bezugslage und Meßwertumformer dafür

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Bohrlochmeßinstrumente, insbesondere einen Meßwertumformer zur Erfassung der Winkelverschiebung eines Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments.

Ein Bohrlochmeß instrument dient zur Bestimmung der Bahnkurve eines Bohrlochs mittels Neigungs- oder Beschleunigungsmessern, die so positioniert- sind, daß sie die Neigung und das Azimut des Bohrlochs erfassen. Diese Information wird in Verbindung mit der Entfernung, die das Bohrlochmeßinstrument im Bohrloch zurückgelegt hat, dazu genutzt. Koordinaten abzuleiten, die die Lage des Meßinstruments relativ zu einer Bezugslage bezeichnen, und zwar typischerweise relativ zu der Stelle, an der das Bohrloch in die Erde eintritt.

Zur Bestimmung des Azimuts ist es erforderlich, einen Bezugsrahmen zu erstellen und aufrechtzuerhalten, der eine unveränderliche Beziehung zu einer Bezugsrichtung hat. Dies wird typischerweise durch Magnetometer oder Kreiselgeräte erreicht, die in dem Meßinstrument angeordnet sind.

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Magnetometer und Kreiselgeräte weisen jedoch Betriebsbeschränkungen auf, durch die die Genauigkeit und/oder die Zuverlässigkeit des Bohrlochmeßinstruments verringert wird. Magnetometer werden durch magnetische Abweichungen in der Erdrinde ungünstig beeinflußt und müssen aus speziellen Metallen niedriger Permeabilität hergestellt werden. Kreiselgeräte dagegen sind besonders empfindliche Instrumente und eignen sich nicht zum Einsatz in ungünstiger Umgebung wie etwa einer Ölbohrung, wo hohe Temperaturen und rauhe Handhabung zu erwarten sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Meßwertumformers zur Erfassung der Winkellage des Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments, wobei die vorgenannten Nachteile nicht auftreten und zur Erstellung und Unterhaltung eines unveränderlichen Bezugsrahmens weder ein Kreiselgerät noch ein Magnetometer verwendet werden.

Der Meßwertumformer nach der Erfindung besteht aus einem zylindrischen Rotor, der in einem Polgehäuse magnetisch schwebegelagert ist. Das Polgehäuse wiederum ist an dem Gehäuse des Bohrlochinstruments befestigt. Der Rotor wird durch das Magnetfeld gezwungen, sich um eine einzige Achse relativ zum Polgehäuse im wesentlichen nur aufgrund seiner Trägheit zu drehen. Mittel zur Erfassung der Rotordrehung relativ zum Polgehäuse umfassen eine Serie von Markierungen auf einer Fläche des Rotors sowie eine optische Erfassungseinheit, die an dem Polgehäuse angeordnet ist und die Markierungen erfaßt.

Der Rotor ist ursprünglich mit dem Polgehäuse festgelegt, so daß er relativ dazu eine Ruhelage einnimmt, und das Polgehäuse wird mit einer Ausgangslage ausgerichtet. Dann wird

der Rotor mit einer konstanten Anfangsgeschwindigkeit gedreht unter Erstellung eines Bezugsrahmens relativ zu der Ausgangslage des Polgehäuse und des Gehäuses des Bohrlochmeßinstruments. Die optische Erfassungseinheit erfaßt das Vorbeilaufen der Markierungen des Rotors relativ zum Polgehäuse und erzeugt ein Ausgangssignal mit einer ersten Frequenz, die der Ausgangsgeschwindigkeit proportional ist. Wenn das Gehäuse und damit das Polgehäuse sich aus der Ausgangslage verdrehen, erzeugt die optische Erfassungseinheit ein Ausgangssignal mit einer von der ersten Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz. Die erste und die zweite Frequenz werden miteinander verglichen unter Erzeugung einer Anzeige der Winkelgeschwindigkeit und Winkellage des Gehäuses relativ zu der Ausgangslage.

Alternativ kann der Rotor relativ zu einer Bezugsrichtung ortsfest bleiben, und von der optischen Erfassungseinheit kann eine direkte Anzeige der Winkelgeschwindigkeit und -lage erhalten werden.

Der Meßwertumformer nach der Erfindung, der die Winkellage des Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments relativ zu einer Bezugslage erfaßt, ist gekennzeichnet durch einen Rotor, durch ein an dem Gehäuse gesichertes Polgehäuse, durch eine Vorrichtung zur magnetischen Schwebelagerung des Rotors im Polgehäuse, so daß der Rotor zwangsläufig um eine einzige Achse relativ zum Polgehäuse umlaufen muß, und durch eine Vorrichtung, die die Bewegung des Rotors um die Rotationsachse erfaßt und eine Anzeige der Winkellage des Gehäuses erzeugt.

Das Verfahren nach der Erfindung zur Erfassung der Rotation des Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments relativ zu einer

Bezugslage unter Verwendung eines Rotors, der in einem am Gehäuse befestigten Polgehäuse angeordnet ist, ist gekennzeichnet durch Erstellen eines Bezugsrahmens für das Polgehäuse, durch im wesentlichen reibungsfreies magnetisches Lagern des Rotors im Polgehäuse derart, daß eine Relativbewegung zwischen Rotor und Polgehäuse um die Rotorachse im wesentlichen nur aufgrund der Rotorträgheit erfolgen kann, durch Bewegen des Bohrlochmeßinstruments längs einer Bahn, und durch Messen der Rotationsverschiebung des Gehäuses relativ zu dem Bezugsrahmen durch Erfassen der Rotordrehung relativ zum Polgehäuse.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: ■

Fig. 1 eine weggebrochene Ansicht eines Borhlochmeßinstruments, mit dem der Meßwertumformer nach der Erfindung verwendbar ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Meßwertumformers nach der Erfindung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Rotor von Fig. 2;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm der Schaltung zur Steuerung der Axiallage des Rotors von Fig. 2;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm der Schaltung zur Erfassung des Ausgangssignals des optischen Meßfühlers von Fig. 2; und

Fig. 6 ein zeitliches Ablaufdiagramm von Signalen, die in der Schaltung von Fig. 4 erzeugt werden.

Fig. 1 zeigt ein Bohrlochmeßinstrument zur Bestimmung der Bahnkurve eines Bohrlochs 20, z. B. einer öl- oder Gasboh-

rung. Das Bohrloch 20 verläuft von einem Punkt 20a an der Erdoberfläche nach unten und ist mit einem Futter 21 ausgekleidet. Das Meßinstrument umfaßt eine Meßsonde 22, die in das Bohrloch an einem Förderseil 25 abgelassen wird. Das Förderseil enthält ferner Leitungen zur Stromversorgung der einzelnen Bauelemente der Sonde und zum Übertragen von Signalen von der Sonde zu einer Schaltung übertage am Bohrlochbeginn.

Zwei Beschleunigungsmesser (nicht gezeigt) sind in der Meßsonde 22 positoniert, und ihre Empfindlichkeitsachsen X, Y verlaufen bevorzugt rechtwinklig zueinander unter Bildung einer Meßebene, die rechtwinklig zu der Längsachse des Sondenabschnitts verläuft. Ein dritter Beschleunigungsmesser kann ebenfalls eingesetzt werden, dessen Empfindlichkeitsachse Z parallel zu der Längsachse der Sonde 22 verläuft.

Die Sonde 22 ist an dem Förderseil 25 so montiert, daß sie in dem Futter 21 frei drehbar ist. Um eine genaue Messung der örtlichen Bahnkurve des Bohrlochs ungeachtet der Drehlage der Sonde 22 im Futter 21 zu ermöglichen, ist in der Sonde 22 ein Meßwertumformer 24 angeordnet. Dieser erzeugt Ausgangssignale, die zur Erzeugung einer Anzeige der Winkellage der Sonde 22 relativ zu einer Bezugsrichtung genutzt werden. Die Signale vom Meßwertumformer 24 und die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser werden einer Datenspeichereinheit 26 und einer Datenverarbeitungseinheit 27 zugeführt, die eine Darstellung der Bohrlochbahnkurve ableiten. Ein weiteres Eingangssignal zur Datenverarbeitungseinheit 27 kommt von einem Meßwertumformer 28, der dem Förderseil 25 zugeordnet ist. Eine Tastatur und Sichtanzeige 30 ist interaktiv mit der Datenverarbeitungseinheit 27 gekoppelt und erzeugt eine Anzeige der Bohrlochbahnkurve in

Form von Koordinatenabmessungen in einem Dreiachsensystem. Die Tastatur ermöglicht eine Eingabe und Steuerung durch einen Bediener. Die Darstellung der Bohrlochbahnkurve kann ausgedruckt oder zur späteren Verwendung aufgezeichnet werden.

Die in der Meßsonde 22 angeordneten Bauteile werden durch eine Stromversorgung 32 gespeist, die übertage angeordnet ist.

Die Bohrlochmessung erfolgt, indem die Sonde in jeder Richtung durch das Bohrloch vom einen zum anderen Ende desselben bewegt wird, während Daten gesammelt und ausgewertet werden. Die Messung kann entweder während des Ablassens in das Bohrloch oder des Hochziehens der Sonde vom Bohrlochgrund durchgeführt werden. Um eine erhöhte Genauigkeit zu erzielen, können Daten gesammelt werden, während die Sonde in jede Richtung bewegt wird; die Meßergebnisse werden dann gemittelt.

Messungen des Bohrlochazimuts durch die Beschleunigungsmesser werden dadurch mit der Außenwelt in Beziehung gebracht, daß ein Bezugsrahmen für den Meßwertumformer 24 erstellt wird, wie nachstehend erläutert wird.

Fig. 2 zeigt im einzelnen den Meßwertumformer 24. Dieser umfaßt ein Polgehäuse 40, das an einem Gehäuse 42 der Sonde 22 gesichert ist, so daß eine Relativbewegung zwischen beiden unmöglich ist.

Das Polgehäuse 40 umfaßt zwei Ringmagnete 44 und 45, die bei der bevorzugten Ausführungsform aus Samariumkobalt bestehen. Angrenzend an den Dauermagnet 44 ist ein Magnetflußrückfuhr-

weg, umfäsend drei ferromagnetische Polstücke 46a, 46b, 46c, angeordnet, die den vom Magnet 44 erzeugten Magnetfluß zu einem Luftspalt 47 richten, der angrenzend an die Enden der Polstücke 46a, 46b positioniert ist. Zwei ümfangsnuten 46d, 46e sind durch maschinelle Bearbeitung oder anderweitig in einer Endfläche des Polstücks 46a ausgebildet, und in einer Endfläche des Polstücks 46c sind zwei gleichartige ümfangsnuten 46f, 46g ausgebildet. Die Nuten 46d-46g konzentrieren den von dem Magnet 44 erzeugten und durch die Polstücke 46a-46c weitergeleiteten Magnetfluß zu bestimmten Bereichen des Luftspalts 47, und zwar aus noch zu erläuternden Gründen.

Ein Satz Polstücke 48a, 48b, 48c ähnlich den Polstücken 46a-46c ist angrenzend an den Dauermagnet 45 angeordnet. Die Polstücke 48a, 48c weisen Nuten 48d, 48e sowie 48f, 48g in ihren Endflächen auf. Die Nuten 48d-48g dienen demselben Zweck wie die Nuten 46d-46g.

In einer zylindrischen Ausnehmung 51 in dem durch die Polstücke 46a, 46c gebildeten Magnetaufbau 50 ist eine Wicklung 52 angeordnet, die zur Modifizierung der Stärke des von dem Magnet 44 erzeugten Magnetfeldes verwendet werden kann. Der Magnet 44, die Wicklung 52 und die Polstücke 46a-46c bilden zusammen einen ersten zylindrischen Magnetaufbau 50. Der Magnetaufbau 50 umfaßt ferner einen zylindrischen Schlitz 53, der das Polstück 46a von dem Polstück 46c trennt.

In gleicher Weise bilden der Magnet 45 und die Polstücke 48a-48c zusammen einen zweiten zylindrischen Magnetaufbau 55 mit einer zylindrischen Ausnehmung 56, in der eine der Wicklung 52 ähnliche Wicklung 57 angeordnet ist. Ein dem Schlitz 53 ähnlicher zylindrischer Schlitz 58 trennt die Polstücke 48a, 48c voneinander.

Zwischen dem Magnetaufbau 50 und dem Magnetaufbau 55 ist ein zylindrischer Rotor 60 vorgesehen, dessen Längsachse parallel zu der Achse des Gehäuses 42 verläuft. Der Rotor 60 umfaßt zwei Endstücke 61, 62, die jeweils an den Enden des zylindrischen Hauptteils 63 befestigt sind. Das erste Endstück 61 weist eine Mittenöffnung 61a sowie Umfangsnuten 61d-61g in einer Endfläche des Endstücks 61 auf, die den Nuten 46d-46g direkt gegenüberliegen. Ein zylindrischer Schlitz 61b liegt dem zylindrischen Schlitz 53 in dem Magnetaufbau 50 direkt gegenüber.

Ebenso ist in einer Endfläche des Endstücks 62 eine Reihe von ümfangsnuten 62d-62g direkt gegenüber den Nuten 48d-48g im Magnetaufbau 55 ausgebildet. Dem zylindrischen Schlitz

59 direkt gegenüber ist ein zylindrischer Schlitz 62b ausgebildet»

Der Magnetaufbau 50 und das Endstück 61 bilden zusammen einen Magnetkreis, wobei der Magnetfluß in dem Luftspalt 47 durch die Nuten 46d-46g und 61d-61g so konzentriert wird, daß für den Rotor 60 radiale Zentrierkräfte erzeugt werden. Ebenso bilden der Magnetaufbau 55 und das zweite Endstück einen Magnetkreis, wobei die radiale Zentrierung des Rotors

60 durch die Nuten 48d-48g und 62d-62g erfolgt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Polstücke 46a-c, 48a-c sowie die beiden Endstücke 61, 62 aus Eisen.

Der Hauptteil 63 des Rotors 60 umfaßt einen Abschnitt mit größerem Durchmesser bzw. ein Schwungrad 65, das für den Rotor 60 einen hohen Grad an Rotationsträgheit bewirkt. Der Hauptteil 63 besteht aus einem nichtmagnetischen Werkstoff und kann zur Erzielung des erwünschten Trägheitseffekts große Masse aufweisen.

Auf einer oberen Endfläche 66 des Schwungrads 55 ist ein eine Skaleneinteilung aufweisender Ring 67 angeordnet, der bei der bevorzugten Ausführungsform aus Glasepoxid besteht. Wie insbesondere aus Pig. 3 ersichtlich ist, ist auf einer Oberfläche 69 des Skalenrings 67 angrenzend an dessen Außenrand eine Serie von Markierungen oder Streifen 68 (die nur zum·Teil gezeigt sind) vorgesehen, die eine Serie von abwechselnd aufeinanderfolgenden lichtreflektierenden und nicht-lichtreflektierenden Abschnitten bilden. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist der Skalenring 67 4096 reflektierende Kupferstriche auf, die jeweils ca. 0,0254 mm breit und um den Rand des Rings gleichbeabstandet voneinander angeordnet sind. Die Striche können plattiert sein, so daß ein hoher Reflexionsgrad erhalten wird, und sie können entweder mit einem Ätzverfahren oder einem anderen geeigneten Verfahren direkt auf die Fläche 69 aufgebracht sein.

Die magnetische Schwebelagerung ist in bezug auf Bewegungen in Radialrichtung relativ zu der L'k /> <j -. --■ ¹Vv; les Rotors sowie in bezug auf Drehbewegungen um die zur Längsachse quer verlaufenden Achsen stabil. Die magnetische Schwebelagerung ist im Hinblick auf eine Rotation um die Zylinderachse neutral, d. h., der Rotor 60 kann sich frei um seine eigene Achse drehen. Die magnetische Schwebelagerung hat jedoch einen instabilen Freiheitsgrad in bezug auf Bewegungen längs der Zylinderachse. Dieser Freiheitsgrad wird durch eine wirksame Servo-Lagesteuerung 70 stabilisiert, die einen Lagefühler 71 aufweist, der aus einer Fühlwicklung 72, die in einer mittigen Ausnehmung 73 des Magnetaufbaus 50 angeordnet ist, sowie einer Aluminiumscheibe 74 besteht, die in einer größeren Öffnung 75 der mittigen Öffnung 61a des ersten Endstücks 61 angeordnet ist.

Nachstehend wird zusätzlich auf Fig. 4 Bezug genommen. Die Fühlwicklung 72 ist in einen Rückkopplungsweg einer Oszillator/Detektorstufe 76 eingeschaltet. Die Fühlwicklung 7 2 ist mit der Oszillator/Detektorstufe 76 über Zuleitungen 79 gekoppelt, die eine Gewindehülse 80 in der mittigen Ausnehmung 73 durchsetzen. Der Gütefaktor Q der Oszillator/Detektorstufe 76 ist durch die Nähe der Aluminiumscheibe 74 zur Fühlwicklung 72 bestimmt. Die Oszillator/Detektorstufe 76 erzeugt ein Aüsgangssignal, das dem nichtinvertierenden Eingang eines Rechenverstärkers 77 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal ein Maß für die Entfernung zwischen der Aluminiumscheibe 74 und der Fühlwicklung 72 ist.

Der Rechehverstärker 77 umfaßt Phasenvoreilglieder 78, die für eine elektrische Dämpfung längs der servogesteuerten Achse sorgen. Das Signal des Rechenverstärkers 77 wird mit den Wicklungen 52, 57 gekoppelt zur Kontrolle der von dem Magnetaufbau 50 und dem Magnetaufbau 55 erzeugten Magnetfeldern, um dadurch die Schwebelagerung des Rotors zwischen beiden zu steuern. Somit ist der Rotor gezwungen, sich nur um seine Achse zu bewegen, wobei andere Bewegungsarten durch Wirbelströme gedämpft werden, die Modifikationen der Magnetfelder zugeordnet sind.

Der Rotor 60 ist zwischen dem Magnetaufbau 50 und dem Magnetaufbau 55 durch die Anziehungskräfte schwebegelagert, die durch Wechselwirkung der Magnetfelder bewirkt sind, die von den Polgehäuse-Magneten 44, 45 und den Magnetwicklungen 52, 57 ausgebildet werden. Diese Konfiguration resultiert in einer im wesentlichen reibungsfreien Lagerung des Rotors 60 unter der Voraussetzung, daß der Magnetaufbau 50 und der Magnetaufbau 55 eine gute magnetische Symmetrie aufweisen, wie noch erläutert wird.

Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, ist auf einer Oberfläche 51 des Rotors 60 angrenzend an seinen Außenrand eine Serie von Markierungen oder Streifen vorgesehen, die abwechselnd aufeinanderfolgende lichtreflektierende und nichtreflektierende Abschnitte bilden. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor 4096 reflektierende Kupferstriche auf, die jeweils eine Breite von ca. 0,025 mm haben und gleichbeabstandet um den Rand des Rotors angeordnet sind. Die Striche können plattiert sein, so daß ein hoher Reflexionsgrad erhalten wird, und können durch ein Ätzverfahren oder ein anderes geeignetes Verfahren unmittelbar auf der Fläche 51 ausgebildet sein.

Eine Rotationsverschiebung des Rotors 60 relativ zum Polgehäuse 40 wird durch eine optische Abtastvorrichtung 83 erfaßt, die eine LED 84 sowie zwei Lichtfühler 86, 88 in Form von Diodenfühlern, die am Polgehäuse 40 angeordnet sind, umfaßt. Die LED beleuchtet einen Abschnitt der Fläche 69 des Rotors in der Nähe der Striche 68. Die Diodenfühler 86, 88 erfassen die An- oder Abwesenheit von Licht, das von einem bestimmten Abschnitt der Fläche 69 reflektiert wird, und erzeugen dementsprechend^ Ausgangssignale. Die Ausgangssignale der Fühler 86, 88 werden einer Logikschaltung 90 (in Fig. 2 nicht gezeigt), die ebenfalls am Polgehäuse 40 vorgesehen ist, zugeführt; diese erzeugt Ausgangssignale, die die Winkelverschiebung oder die Winkeländerungsgeschwindigkeit bezeichnen.

Die LED 84 muß wenigstens die kombinierte Breite eines lichtreflektierenden und eines nichtreflektierenden Abschnitts beleuchten. Die Größe der Gesichtsfelder der Diodenfühler 86, 88 entspricht der einfachen +1/2fachen Breite eines lichtreflektierenden Strichs, wobei ein Ge-

Sichtsfeld entsprechend der eineinhalbfachen Breite eines Strichs 68 bevorzugt wird, D. h., die Diodenfühler 86, 88 sollten die Anwesenheit eines lichtreflektierenden Strichs 68 in einem Feld, das 1,5mal so groß wie die Breite eines Strichs 68 ist, erfassen können. Ferner sind die Gesichtsfelder der Diodenfühler um die halbe Breite eines Strichs voneinander getrennt.

Der Verstärkungsgrad der Lichtfühler 86, 88 ist nicht kritisch, d. h. er kann so eingestellt sein, daß die Anwesenheit eines lichtreflektierenden Strichs 68 zu einem Zeitpunkt erfaßt wird, wenn der Strich irgendeine Lage in dem Gesichtsfeld einnimmt. Z. B. kann die Anwesenheit eines Strichs erfaßt werden, sobald die Vorderkante desselben in das Gesichtsfeld eines Diodenfühlers eintritt, oder sie kann erst dann erfaßt werden, wenn im wesentlichen die Gesamtbreite des Strichs sich im Gesichtsfeld befindet.

Die Wicklungen 52, 57 dienen nicht nur zur Steuerung der Äxiallage des Rotors 60, sondern sind auch erregbar, um die magnetische Schwebelagerung zu desaktivieren und den Rotor "einzufangen", d. h. ihn in Kontakt mit dem Polgehäuse 40 zu bringen. Die Wicklungen 52, 57 werden dazu genutzt, einen bekannten Zustand des Rotors 60 vor der Durchführung von Messungen in dem Bohrlochmeßinstrument festzulegen.

Bevor die Sonde von Fig. 1 in das Bohrloch abgelassen wird, kann der Rotor 60 z. B. festgelegt werden, und das Polgehäuse 40 und die Meßsonde 22 werden in bezug auf eine Bezugsoder Anfangsrichtung so ausgerichtet, daß sie relativ dazu eine Ruhelage haben. Die Wicklungen 52, 57 werden dann entregt, so daß der Rotor 60 im Polgehäuse 40 im wesentlichen reibungsfrei schwebegelagert ist. An diesem Punkt kann

der Rotor 60 mit einer langsamen gleichbleibenden Geschwindigkeit relativ zum Polgehäuse 40 gedreht werden, um die Auswirkungen von Änderungen der Magnetfelder, die durch die magnetische Schwebelagerung ausgebildet sind, zu minimieren, oder er kann relativ zu der Meßsonde 22 und dem Polgehäuse 40 ortsfest gelassen werden; im letzteren Fall ist die •gleichbleibende Geschwindigkeit Null. In beiden Fällen wird ein Bezugsrahmen erstellt, mit dem spätere Messungen verglichen werden. Es ist zu beachten, daß der Ausdruck "Bezugsrahmen" sowohl einen umlaufenden als auch einen ortsfesten Bezugsrahmen umfaßt.

Die Meßsonde 22 wird in das Bohrloch 20 abgelassen, und währenddessen kann sich die Meßsonde 22 aus der Bezugsrichtung im Futter 21 des Bohrlochs drehen. Dadurch dreht sich das Polgehäuse 40 relativ zum Rotor 60 mit einer anderen als der Konstantgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit, mit der eine solche Drehbewegung auftritt, wird durch die optische Erfassungsvorrichtung, bestehend aus den Strichen 68, der LED 84 und den Diodenfühlern 86, 88, erfaßt.

Es wird nunmehr auch auf Fig. 5 Bezug genommen. Während einer Relativbewegung zwischen dem Polgehäuse 40 und dem Rotor 60 laufen die Striche unter der LED 84 und den Fühlern 86, 88 vorbei, so daß die Fühler abwechselnd nacheinander leitend bzw. gesperrt sind. Die Fühler 86, 88 sind mit den invertierenden Eingängen von zwei Vergleichern 96 bzw. 98 gekoppelt, deren nichtinvertierenden Eingängen jeweils eine Bezugsspannung V^ zugeführt wird. Die Vergleicher schalten zwischen logischen Hoch- und Niedrigpegeln um und erzeugen Ausgangssignale D1, D2 aufgrund der Umschaltung der Fühler 86, 88.

Die Bezugs- bzw. Schwellenspanhung V , muß höher als der höchste zu erwartende Ausgangswert von den Diodenfühlern 86, 88 aufgrund der Erfassung eines nichtreflektierenden Abschnitts des Rotors 60 sein, um ein Fehlersignal zu vermeiden. Ferner kann die Bezugsspannung so gewählt werden, daß eine große Spannungs- und Temperaturänderung tolerierbar ist.

Die Ausgangssignale der Vergleicher 96, 98 werden in einem Exklusiv-QDER-Glied 100 verknüpft unter Bildung eines Taktsignals zu zwei D-Flipflops 102, 104 und zu einem Zähler 106. Die Ausgangssignale D1, D2 der Vergleicher 96, 98 werden den Eingängen der D-Flipflops 102, 104 zugeführt und durch die Anstiegsflanke eines positiv werdenden Taktsignals vom Exklusiv-ODER-Glied 100 zu deren Q-Ausgängen übertragen.

Die Signale von den Q-Ausgängen der Flipflops 102, 104 werden in einem UND-Glied 108 verknüpft und einem Logikglied 110 zur Durchführung der folgenden logischen Funktion zugeführt:

A » ~B + Ä ♦ B

wobei A und B die Eingänge zu dem Logikglied 110 sind. Der Α-Eingang zum Logikglied 110 ist mit dem Ausgangssignal des UND-Glieds 108 gekoppelt, und der B-Eingang ist mit dem Ausgangssignal D1 des Vergleichers 96 gekoppelt. Daher ist das Ausgangssignal des Logikglieds 110 gleich:

LAST (D1 * D2) - D1 + LAST (D1 * D2) -D1

wobei LAST (Di) und LAST (D2).die Ausgänge von den D-Flipflops 102 bzw. 104 darstellen.

Das Ausgangssignal des Logikglieds 110 wird als Steuersignal einem Vorwärts/Rückwärts-Zähler 106 zugeführt, der die durch das digitale Ausgangssignal bezeichnete Zahl erhöht oder verringert.

Die Schaltung nach Fig. 5 wird in Verbindung mit den Impulsdiagrammen der Signale D1 und D2 und dem resultierenden Taktsignal entsprechend Fig. 6 erläutert. Wenn ein Diodenfühler 86, 88 vom Rotor 60 reflektiertes Licht erfaßt, wird der piodenfühler leitend. Die an den invertierenden Eingang des entsprechenden Vergleichers 96 oder 98 angelegte Spannung fällt daher ab, so daß der Ausgang des Vergleichers einen Hochpegel annimmt.

Wenn z. B. gemäß dem linken Abschnitt von Fig. 6 der Rotor sich relativ zum Polgehäuse nach links (in Fig. 3 gesehen) bewegt, erfaßt der Fühler 86 die Anwesenheit eines lichtreflektierenden Abschnitts, wogegen der Fühler 88 einen nichtreflektierenden Abschnitt erfaßt. Der Zeitpunkt, zu dem der Ausgang des Vergleichers 96 einen Hochpegel annimmt, ist mit Zeitpunkt A bezeichnet.

Zum Zeitpunkt A wird ein Taktimpuls erzeugt, durch den die Q-Ausgänge der Flipflops 102, 104 die Zustände der Ausgangssignale Di, D2 der Vergleicher 96, 98 vor dem Zeitpunkt A annehmen, d. h., die Ausgänge beider FLipflops sind niedrig. Zu diesem Zeitpunkt ist der Stromzustand von D1 hoch.

Infolgedessen ist der Ausgang des Logikglieds 110 hoch, wie sich durch die folgende logische Gleichung ergibt:

VORWÄRTS/RÜCKWÄRTS = (0Ό) *

und daher bewirkt das VORWÄRTS/RÜCKWÄRTS-Steuersignal, daß der Zähler 106 die Impulse vom Exklusiv-ODER-Glied 100 aufwärtszählt.

Zum Zeitpunkt B erfaßt der Fühler 88 einen lichtreflektierenden Abschnitt, so daß der Ausgang des Vergleichers 98 hoch wird. Da der Diodenfühler 86 immer noch einen lichtreflektierenden Abschnitt erfaßt, fällt der Ausgang des Exklusiv-ODER-Glieds 100 auf einen niedrigen Pegel.

Zum Zeitpunkt C erfaßt der Fühler 86 einen nichtreflektierenden Abschnitt, so daß der Ausgang des Vergleichers 98 niedrig wird. Der Ausgang des Exklusiv-ODER-Glieds 100 nimmt sofort einen Hochpegel an und erzeugt einen Taktimpuls zum Zähler 106. Zu diesem Zeitpunkt hat das VORWÄRTS/RüCKWÄRTS-Steuersignal immer noch einen Hochpegel, wie aus der folgenden Rechnung hervorgeht:

VORWÄRTS/RÜCKWÄRTS = (1-1)1) + (11) ·0

1 + 0=1

so daß der Zähler fortfährt, Taktimpulse aufwärtszuzählen.

Zum Zeitpunkt D nimmt der Ausgang des Vergleichers 98 einen Niedrigpegel an, da der Fühler 88 einen nichtreflektierenden Abschnitt erfaßt, und somit haben die Ausgänge beider Vergleicher 96, 98 einen Niedrigpegel. Dann erfaßt der Fühler 86 die Anwesenheit eines lichtreflektierenden Abschnitts zum Zeitpunkt E, und zu diesem Zeitpunkt wird der vorstehend erläuterte Zyklus wiederholt.

Wenn sich der Rotor 60 (in Fig. 3 gesehen) relativ zum Polgehäuse 40 im Gegenuhrzeigersinn dreht, wird ein lichtre-

flektierender Abschnitt zuerst vom Diodenfühler 88 erfaßt. Somit nimmt das VORWÄRTS/RÜCKWÄRTS-Steuersignal einen Niedrigpegel an, wie aus der folgenden Gleichung hervorgeht:

VORWÄRTS /RÜCKWÄRTS = (OO)-O" + (0-0)' 0

0 + 0 =0

Infolgedessen wird die durch das Ausgangssignal des Zählers bezeichnete Zahl mit jedem durch das Exklusiv-ODER-Glied erzeugten Taktimpuls um Eins rückwärtsgezählt. Es ist zu beachten, daß das VORWÄRTS/RÜCKWÄRTS-Steuersignal den Niedrigpegel behält, bis eine Drehung des Rotors im Uhrzeigersinn erfolgt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Größe des Zählers 106 und die Anzahl Striche, die auf der Oberfläche des Rotors 60 vorgesehen sind, so gewählt, daß eine Umdrehung des Rotors relativ zum Polgehäuse 40 den Zähler füllt und zur Folge hat, daß der Zähler zu Null zurückläuft.

Der Ausgang des Zahlers 106 kann auf Null gesetzt werden, bevor Messungen vorgenommen werden und wenn der Rotor 60 relativ zu der Ausgangslage ruhig bleiben soll, so daß der Ausgang des Zählers 106 während der Messungen die Anzahl lichtreflektierender Striche (oder auch die Anzahl nichtreflektierender Abschnitte) bezeichnet, die an den Fühlern 86, 88 vorbeigelaufen sind. Durch die Anordnung der Striche in gleichen Winkelabständen voneinander ist ohne weiteres ein Maß der Winkelverschiebung des Gehäuses der Meßsonde 22 relativ zu der ursprünglichen Winkellage zu erhalten. Z. B. kann die Datenverarbeitungseinheit 27 so programmiert sein, daß das Ausgangssignal des Zählers 106 mit dem Winkelabstand zwischen benachbarten Strichen multipliziert wird, um eine Anzeige der Winkelverschiebung zu erhalten.

Ferner kann die Frequenz des Signals, das bei dem unbedeutendsten Bit des Ausgangssignals des Zählers 106 auftritt, als eine Anzeige der Änderungsgeschwindigkeit der Winkelverschiebung des Gehäuses 42 und des Polgehäuses 40 in bezug auf den Rotor 60 genutzt werden. Wenn der Rotor 60 ursprünglich relativ zum Futter 21 des Bohrlochs eine Ruhelage einnahm, liefert dieser Ausgang eine Signalfrequenz, die der Winkelgeschwindigkeit des Gehäuses der Meßsonde 22 relativ zum Bohrlochfutter 21 proportional ist.

Wenn vor der Durchführung von Messungen der Rotor 60 mit einer Konstantgeschwindigkeit relativ zum Polgehäuse (das ursprünglich relativ zu der Bezugs- oder Anfangslage eine Ruhelage einnahm) gedreht wurde, wird der Ausgang des Zählers 106 mit einer ersten vorbestimmten Frequenz oder Rate auf- oder abwärtsgezählt, vorausgesetzt, daß sich das Gehäuse 42 der Meßsonde 22 nicht aus seiner Anfangslage dreht. Wenn jedoch Gehäuse 42 und Polgehäuse 40 sich aus der Anfangslage drehen, wird der Ausgang des Zählers 106 mit einer zweiten Frequenz oder Rate, die von der ersten verschieden ist, auf- oder abwärtsgezählt. Die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Rate ist dann der Änderungsgeschwindigkeit der Winkelverschiebung des Gehäuses der Meßsonde 22 proportional.

Eine Anzeige der Winkelverschiebung oder Verschiebungsgeschwindigkeit kann in diesem Fall von der Schaltung nach Fig. 4 gemäß einer von mehreren Möglichkeiten erhalten werden. Z. B. kann die Geschwindigkeitsinformation erhalten werden, indem ein Bezugsoszillator eingesetzt wird, der ein Signal mit einer Frequenz gleich der vorbestimmten Frequenz erzeugt. Die Ausgänge des Bezugsoszillators und der unbedeutendste Bitausgang des Zählers 106 können Frequenzählern

zugeführt werden, die digitale Ausgangssignale erzeugen, die in einem Subtrahierglied kombiniert werden zum Erhalt der Geschwindigkeitsinformation. Das Subtrahierglied kann ferner mit einem Integrierglied gekoppelt sein, das ein Signal erzeugt, das den Betrag der Winkelverschiebung bezeichnet, die auftritt, wenn die Sonde 22 in das Bohrloch abgelassen wird.

Ein alternatives Vorgehen zum Erhalt einer Winkelverschiebungs-Information besteht darin, daß die vorbestimmte Frequenz, die durch Drehen des Rotors 60 mit der Konstantgeschwindigkeit relativ zum Polgehäuse 40 erhalten wird, genutzt wird zur Bildung einer Zeitbasis, und daß die Zeitbasis zur direkten Messung von Winkelabweichungen genutzt wird. Wenn z. B. der Rotor mit einer Konstantgeschwindigkeit von 10 U/min relativ zum Polgehäuse 40 gedreht wird, beendet der Rotor alle 6 s eine volle Umdrehung. Daher sollte ein bestimmtes Ausgangssignal des Zählers 106, z. B. das der Zahl 1000 entsprechende Signal, ebenfalls alle 6 s auftreten, solange die Anfangs-Rotationsgeschwindigkeit des Rotors relativ zum Polgehäuse aufrechterhalten wird. Diese Zeitbasis von 6 s kann dann dazu genutzt werden, die Winkelabweichung bzw. -Verschiebung zu messen, indem ein Sechs-Sekunden-Intervall zeitlich festgelegt wird, beginnend mit der Erzeugung des bestimmten Ausgangssignals (d. h. 1000), und das Ausgangssignal des Zählers 106 am Ende des Sechs-Sekunden-Intervalls aufgezeichnet wird. Der. Betrag, um den sich diese Zahl von 1000 unterscheidet, multipliziert mit dem Winkelabstand zwischen Strichen, resultiert in einem Maß für die Winkelabweichung der Sonde 22 relativ zu ihrer Ausgangslage.

Um auf diese Weise eine Winkelgeschwindigkeits-Information zu erhalten, kann ein zweiter Taktgeber verwendet werden,

der die Zeit mißt, die der Rotor 60 zur Beendigung einer vollen Umdrehung benötigt. Die dafür benötigte Zeit bzw. das Intervall kann in Frequenzinformation umgesetzt und mit der Bezugsfrequenz (in diesem Fall der Frequenz des Ausgangssignals des Vergleichers 106, das 10 U/min entspricht) verglichen werden, so daß ein Maß für die mittlere Winkelgeschwindigkeit des Gehäuses 42 im Bohrloch während des Intervalls erhalten wird.

Um eine befriedigende Vorrichtung unter Anwendung der vorgenannten Grundsätze herzustellen, müssen die folgenden Konstruktionskrxterien für den Meßwertumformer sorgfältig bedacht werden:

1) lineares Beschleunigungsvermögen;

2) Symmetrie der magnetischen Schwebelagerung;

3) der bei hohen relativen Rotordrehungen auftretende Luftwiderstand;

4) maximaler Logikdatenfluß.

Wenn hinsichtlich des ersten Kriteriums die durch die Rückstoßkraft der Magnete von Polgehäuse und Rotor erzeugte Schwebelagerungskraft mit F bezeichnet wird, dann ist die maximale Beschleunigung längs der Rotorachse, der der Meßwertumformer unterworfen werden kann, gleich F /m, wobei m die Rotormasse ist. Um also das Beschleunigungsvermögen des Meßwertumformers zu maximieren, ist es erwünscht, die Magnetkreise des Polgehäuses so auszulegen, daß starke Magnetfelder erzeugt werden. Wie bereits erwähnt, sollte jedoch der Rotor relativ schwer ausgelegt sein, um eine ausreichende Rotationsträgheit aufzuweisen, so daß alle durch nichtsymmetrische Magnetfelder bewirkten Effekte aufgehoben werden. Somit muß·ein Kompromiß zwischen dem

linearen Beschleunigungsvermögen der Vorrichtung und der Fähigkeit des Rotors, sich unbedingt unter seiner Eigenträgheit zu bewegen, vorgesehen werden. Dieser Ausgleich kann zugunsten eines erhöhten linearen Beschleunigungsvermögens erfolgen, wenn das zweite Konstruktionskriterium, das die Symmetrie der Magnetfelder, die durch den Magnetaufbau 50 und den Magnetaufbau 55 erzeugt werden, erfüllt wird. In jedem Fall muß F /in größer als 1 g sein, um eine brauchbare Vorrichtung zu erhalten.

Das zweite Konstruktionskriterium bezieht sich auf die Symmetrie der um den Rotor 60 erzeugten Magnetfelder. Wenn die Magnetfelder eine unsymmetrische Gradientenkomponente haben, erhält man eine Winkellage relativ zum Polgehäuse, in der der Rotor 60 zur Ruhe zu kommen trachtet. Dieses Problem kann dadurch überwunden werden, daß der Rotor eine ausreichende Masse erhält, und/oder daß der Rotor vor der Durchführung von Messungen so gedreht wird, daß die Rotationsträgheit des Rotors die durch den unsymmetrischen Feldgradienten bewirkten Störungen überwindet und ausmittelt. Dadurch können ungeachtet eines ungleichen magnetischen Schwebelagerungsfeldes genaue Messungen durchgeführt werden.

Wenn andererseits die Gleichförmigkeit des Magnetfeldes um die Rotorachse gut ist, kann sich der Rotor 60 ungehindert im wesentlichen nur aufgrund seiner Eigenträgheit drehen. Somit braucht der Rotor nicht vor der Durchführung von Messungen mit einer Konstantgeschwindigkeit gedreht zu werden, und die Rotormasse kann verringert werden, wodurch wiederum das lineare Beschleunigungsvermögen des Meßwertumformers verbessert wird.

Das dritte Konstruktionskriterium betrifft den auf den Rotor wirkenden Luftwiderstand, während sich der Rotor relativ zum

Polgehäuse dreht. Die Oberflächen des Rotors 60 sollten möglichst glatt gemacht werden, um Auswirkungen des Luftwiderstands zu verringern. Es ist somit ersichtlich, daß die Dicke der Striche auf der Fläche 69 des Skalenrings 67 vernachlässigbar sein sollte, um dadurch den Luftwiderstand zu minimieren. Das Ziel hinsichtlich dieses Konstruktionskriteriums ist es, dem Rotor eine Konfiguration zu geben, die mehr als eine vernachlassigbare Luftverdrängung während der Rotation des Rotors relativ zum Polgehäuse vermeidet.

Wenn das Polgehäuse schwingt, kann der Rotor 60 in dem Spalt zwischen dem Magnetaufbau 50 und dem Magnetaufbau 55 taumeln, was Wirbelbildung und erhöhten Luftwiderstand zur Folge hat. Bei einer bestimmten Rotordrehzahl würde der Luftwiderstand in der Ausbildung einer Winkelabweichung bzw. -drift ähnlich derjenigen, die bei konventionellen Kreiselgeräten auftritt, resultieren. Da jedoch der hier angegebene Meßwertumformer dazu dient, kleine relative Winkelverschiebungsgeschwindigkeiten zu erfassen, sollte der durch den Luftwiderstand eingeführte Fehler vernachlässigbar sein. Tatsächlich sollte die zwischen dem Rotor und dem Polgehäuse vorhandene Luft Taumelbewegungen des Rotors im Polgehäuse dämpfen und zur Zentrierung des Rotors zwischen dem Magnetaufbau 50 und dem Magnetaufbau 55 beitragen.

Das vierte Konstruktionskriterium, das den maximalen Datenfluß betrifft, bezieht sich primär auf die Wahl der geeigneten elektrischen Bauelemente zur Aufnahme hoher Relativrotationen zwischen dem Rotor 60 und dem Polgehäuse 40. Während sich der Rotor relativ zum Polgehäuse dreht, erfolgt eine Umschaltung der Logikglieder. Wenn für die Vorrichtung nach Fig. 4 Niedrigleistungs-CMOS-Schaltungen verwendet werden, können Umschaltraten von etwas unter 1 MHz akzeptiert

werden. Ferner werden die Flipflops 102, 104 von Fig. 4 durch die Anstiegsflanke des Taktsignals aus dem Exklusiv-ODER-Glied 100 angesteuert, um dadurch die Geschwindigkeit der Logikschaltung zu steigern. Wenn wie bei der bevorzugten Ausführungsform der Skalenring 4096 Striche auf seiner Oberfläche trägt, kann ein oberer Grenzwert von 15.000 U/min erfaßt werden. Somit kann der Meßwertumformer Rotationsverschiebungen messen, die mit einer Geschwindigkeit auftreten, die über denjenigen Geschwindigkeiten liegt, die in einem Bohrlochmeßgerät zu erwarten sind.

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Claims

Ansprüche

1. Meßwertumformer, der die Winkellage des Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments relativ zu einer Bezugslage erfaßt, gekennzeichnet durch

- einen Rotor (60);

- ein an dem Gehäuse (42) gesichertes Polgehäuse (40);

- eine Vorrichtung zur magnetischen Schwebelagerung des Rotors (60) im Polgehäuse (40), so daß der Rotor (60) zwangsläufig um eine einzige Achse relativ zum Polgehäuse (40) umlaufen muß; und

eine Vorrichtung, die die Bewegung des Rotors (60) um die Rotationsachse erfaßt und eine Anzeige der Winkellage des Gehäuses erzeugt.

2. Meßwertumformer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,

daß die Erfassungsvorrichtung eine Mehrzahl Markierungen (68) auf einer Oberfläche (69) des Rotors (60) aufweist.

3. Meßwertumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Erfassungsvorrichtung Elemente (84, 86, 88) zur

572-B01610-Schö

optischen Erfassung der Markierungen (68) auf dem Rotor (60) aufweist.

4. Meßwertumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die optischen Erfassungselemente eine Leuchtdiode (84), die einen Abschnitt der Markierungen (68) beleuchtet, und einen Lichtfühler (86), der eine beleuchtete Markierung erfaßt, aufweisen.

5. Meßwertumformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die optischen Erfassungselemente einen zweiten Lichtfühler (88) aufweisen, der an dem Polgehäuse (40) zusammen mit der Leuchtdiode (84) und dem ersten Lichtfühler (86) befestigt ist und dessen Gesichtsfeld von demjenigen des ersten Lichtfühlers (86) um die halbe Breite einer Markierung (68) beabstandet ist.

6. Meßwertumformer nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

Glieder (96, 98),. die den Ausgang der Lichtfühler (86, 88) erfassen und ein Ausgangssignal erzeugen, das die Winkellage des Gehäuses (42) relativ zu der Bezugslage bezeichnet.

7. Meßwertumformer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Lichtfühler (86, 88) einen Impuls erzeugt, wenn sich in seinem Gesichtsfeld eine Markierung (68) befindet, und daß die Erfassungsvorrichtung Glieder (100, 102, 104), die die Impulse von den Lichtfühlern (86, 88) logisch verknüpfen unter Erzeugung von Taktimpulsen, und eine Stufe (106) aufweist, die die Taktimpulse unter Erzeugung des Ausgangssignals zählt.

8. Meßwertumformer nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Erfassungsvorrichtung ferner ein Glied (110) aufweist, das ein Steuersignal erzeugt, das die Rotationsrichtung des Rotors (60) relativ zum Polgehäuse (40) wiedergibt, und daß die Taktimpuls-Zählstufe (106) einen Steuereingang aufweist, der mit dem Steuersignal-Erzeugungsglied (110) gekoppelt ist, so daß die Taktimpuls-Zählstufe (106) das Ausgangssignal aufgrund des Steuersignals erhöht und verringert, ■

9« Meßwertumformer nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung zur magnetischen Schwebelagerung einen ersten Magnetaufbau (50) und einen davon beabstandeten zweiten Magnetaufbau (55) umfaßt, wobei der Rotor (60) zwischen beiden schwebend gelagert ist.

1.0,.. Meßwertumformer nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung zur magnetischen Schwebelagerung Elemente (52, 57) aufweist, die die von dem ersten und dem zweiten Magnetaufbau (50, 55) erzeugten Magnetfelder unterbrechen, so daß sich der Rotor (60) aufgrund einer Bewegung des Polgehäuses (40) um die Rotorachse dreht.

11, Meßwertumformer, der die Winkelverschiebung des Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments erfaßt,
gekennzeichnet durch

- ein an dem Gehäuse (42) befestigtes Polgehäuse (40); einen zylindrischen Rotor (60);

- eine Vorrichtung zur im wesentlichen reibungslosen magnetischen Schwebelagerung des Rotors (60) im Polgehäu-

se (40) derart, daß sich der Rotor (60) im wesentlichen nur aufgrund seiner Trägheit zwangsläufig um die Gehäuseachse dreht; und

eine Vorrichtung, die eine Bewegung des Rotors (60) relativ zum Polgehäuse (40) erfaßt unter Erzeugung einer Anzeige der Winkelverschiebung des Gehäuses (42).

12. Meßwertumformer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die Erfassungsvorrichtung eine Mehrzahl Markierungen (68), die auf einer Fläche (69) des Rotors (60) vorgesehen sind, umfaßt.

13. Meßwertumformer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die Erfassungsvorrichtung Elemente (84, 86, 88) zur optischen Erfassung der Markierungen (68) auf dem Rotor (60) aufweist.

14. Meßwertumformer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß die optischen Erfassungselemente eine Leuchtdiode (84), die einen Abschnitt der Markierungen beleuchtet, sowie einen Lichtfühler (86 oder 88) aufweist, der eine beleuchtete Markierung erfaßt.

15. Meßwertumformer, der die Winkelverschiebung des Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments erfaßt, gekennzeichnet durch

- ein am Gehäuse (42) befestigtes Polgehäuse (40);

- einen zylindrischen Rotor (60), der auf einer Oberfläche (69) eine Mehrzahl Markierungen (68) trägt;

- Einheiten (50, 55) zur im wesentlichen reibungsfreien

magnetischen Schwebelagerung des Rotors (60) im Polgehäuse (40) derart, daß der Rotor (60) sich zwangsläufig nur aufgrund seiner Trägheit (60) um die Gehäuseachse dreht; und

- eine Erfassungsvorrichtung, die die Bewegung des Rotors (60) relativ zum Polgehäuse (40) erfaßt unter Erzeugung einer Anzeige der Winkelverschiebung des Gehäuses, mit Elementen (84, 86, 88) zur optischen Erfassung der Markierungen (68) auf dem Rotor (60).

16» Verfahren zur Erfassung der Rotation des Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments relativ zu einer Bezugslage unter Verwendung eines Rotors, der in einem am Gehäuse befestigten Polgehäuse angeordnet ist,
gekennzeichnet durch

a) Erstellen eines Bezugsrahmens für das Polgehäuse;

b) im wesentlichen reibungsfreies magnetisches Lagern des Rotors im Polgehäuse derart, daß eine Relativbewegung zwischen Rotor und Polgehäuse um die Rotorachse im wesentlichen nur aufgrund der Rotorträgheit erfolgen kann;

c) Bewegen des Bohrlochmeßinstruments längs einer Bahn; und

d) Messen der Rotationsverschiebung des Gehäuses relativ zu dem Bezugsrahmen durch Erfassen der Rotordrehung relativ zum Polgehäuse.

17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,

daß in Schritt (a) das Polgehäuse relativ zu einer Bezugslage ausgerichtet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

daß in Schritt (a) der Rotor mit einer Konstantgeschwindigkeit gedreht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,

daß in Schritt (d) die Bewegung von auf dem Rotor angeordneten Markierungen.relativ zum Polgehäuse erfaßt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,

daß Schritt (d) folgende Operationen umfaßt:

- Erzeugen von Impulsen jedesmal, wenn sich eine Markierung an einem Punkt vorbeibewegt; und

Zählen der Impulse in einem Zähler.

21. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,

daß Schritt (d) folgende Operationen umfaßt:

- Bestimmen der Richtung der Relativbewegung zwischen Rotor und Polgehäuse; und

- Steuern der Zählung von Impulsen im Zähler nach Maßgabe der Richtung der Relativbewegung.

22. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Steuerschritt folgende Operationen umfaßt:

Verringern des Zählerausgangswerts, wenn die Relativbewegung in einer ersten Richtung erfolgt; und Erhöhen des Zählerausgangswerts, wenn die Relativbewegung in einer zweiten Richtung erfolgt.

23. Verfahren zur Erfassung der Rotation des Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments unter Verwendung eines Rotors, der in einem am Gehäuse befestigten Polgehäuse angeordnet ist.

gekennzeichnet durch

a) Festlegen des Rotors mit dem Polgehäuse;

b) Ausrichten von Rotor und Polgehäuse relativ zu einer Bezugsrichtung;

c) im wesentlichen reibungsfreies magnetisches Lagern des Rotors;

d) Bewegen des Bohrlochmeßinstruments durch das Bohrloch; und

e) Messen der Drehverschiebung des Instrumentengehäuses und des Polgehäuses relativ zur Rotorlage.

24. Verfahren zur Erfassung der Rotation des Gehäuses eines Bohrlochmeßinstruments unter Verwendung eines Rotors, der in einem am Gehäuse befestigten Polgehäuse angeordnet ist, gekennzeichnet durch

a) im wesentlichen reibungsfreies magnetisches Lagern des Rotors im Polgehäuse;

b) Drehen des Rotors mit einer Konstantgeschwindigkeit relativ zum Polgehäuse;

c) Bewegen des Bohrlochmeßinstruments durch das Bohrloch; und

d) Messen der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Rotor und Polgehäuse unter Erzeugung einer Anzeige der Drehbewegung des Gehäuses.