SU1339241A2 - Устройство дл измерени азимутального угла - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к геологоразведочной технике. Цель изобретени  - повышение чувствительности и точности измерений. Устр-во содержит корпус, расположенный в нем источник света, оптически св занный через конденсатор , кольцевой отражатель и диафрагму (Д) с зеркальной многогранной призмой (МП). Источник соединен ел со со

Description

.через Д н кольцевую диафрагму с непрозрачным диском 9, жестко св занным с магнитной стрелкой 11 и с МП, котора  оптически св зана с установленным в корпусе позиционно-чувстви- тельным фотоприемником (ПЧФ) 10. В корпусе 1 установлены дополнительные ПЧФ 22 и оптический блок. Последний имеет оптически взаимодействующие между собой кольцевой отражатель 12, жестко св занный с диском 9, концентрично ему установленный непо- движньш отражатель 18, выполненный в виде кольцевого сектора, параболическое зеркало 19 и два плоских зеркала 20 и 21. Отражатепь 12 имеет равномерно расположенные по окружности щелевые Д 16, взаимодействующие с зеркалом 19, фокусное рассто ние которого оптически согласовано с зер1

Изобретение относитс  к геологоразведочной технике, может использовано дл  измерени  азимутальных углов буровых скважин и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по

авт. св. № 1244295.

I

Цель изобретени  - повышение чувствительности и точности измерений.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез Л-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - схема хода лучей в устройстве в дополнительном оптическом блоке.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого расположен источник 2 света, оптически св занный через кольцевой конденсор 3, кольцевой отражатель 4 и диафрагму 5 с зеркальной многогранной призмой 6, а через диафрагмы 7 и кол11цевую диафрагму 8 - с непрозрач}И,1м диском 9. Зеркальна  многогранна  призма 6 жестко св зана с диском и оптически св за}1а с пози- ционно-чу стпительным фотоприемни- ком 10. Диск 9 жестко св зан с нитной стрелкой 11 и кольцевым отражателем 1

а поверхности дигка выполнены к.- ,ьцгвые щс - ти 13, заполпенкальной поверхностью зеркала 20. Последнее оптически взаимодействует с зеркалом 21, установленным под углом к нему, и с дополнительньм ПЧФ 22. Диск 9 имеет кольцевые щели 13 и точечные Д 14, которые имеют направл ю- |Щ1е зеркала 15. Кол-во их равно числу гра}1ей МП. Р1СТОЧНИК через Д 14, зеркала 15 и Д 16 оптически св зан с оптическим блоком. При отклонении объекта измен етс  положение луча относительно ПЧФ 10. Величина сигнала с ПЧФ 10 зависит от места падени  луча на его чувствительную площадку и определ ет изменение азимутального угла. Изменение угла в преде - лах заданного диапазона снимаетс  ииформают  с ПЧФ 22 столько раз, насколько изменилс  угол. 4 ил.

ныЕ прозрачн,гм материалом, плотность которого равна плотности материала диска, и точечные диафрагмы 14, напротив которых на диске размещены направл ющие зеркала 15, оптически согласованные с щелевыми диафрагмами 16, которые выполнены в кольцевом отражателе 12, причем точечные диафрагмы 14 размещены равномерно по окруж}юсти, радиус которой равен радиусу кольцевой диафрагмы 8, а количество их равно количеству граней зеркальной призмы 6. Каждой грани зеркальной призмы 6 на диске 9 соответствует сектор, который представл ет собой часть дис;ка 9 между двум  соседними радиусами, проведенными из центра диска 9 через точку пересечени  двух соседних ребер призмы 6. Каждому сектору соответствует сво  комбинаци  кольцевых щелей 13, которые оптически св заны с диафрагмами 7 и фотоприемниками 17.

На фиг. 2 показан вариант с шестигранной зеркально призмой 6, т.е. диск 9 разделен на шесть секторов с углом п пертине 60 , Ko.ribiieru,ie щели 13 пь1Г1(), 1неиы на радиусах R, - R.

Кажд(1мч coKTopv соответствует cRcin комбииппи  колг, щелс 13, наири

мер в одном секторе выполнена одна щель на радиусе R,, в другом одна на радиусе R и т.д. Позиционно-чувстви тельный фотоприемник 10 распсхтожен по отношению к диафрагме 5 так, чтобы луч из диафрагмы 5, отраженный от одной из граней зеркальной призмы 6, при повороте призмы на угол 360 /п, где п - количество граней призмы 6, непрерывно перемещалс  по чувствительной площадке позиционно-чувстви- тельного фотоприемника 10 и проходил путь, равньй длине чувствительной площадки. Такое возможно, когда радиус , проведенный через дентр диафрагмы 5, делит чувствительную плошад ку фотоприемника 10 на две равные части. Кольцевой отражатель 12 оптически взаимодействует с концентрично ему установленным неподвижным отражателем 18, выполненным в виде кольцевого сектора, длина дуги которого , равн етс  , где R - радиус отражател  18, т.е. его длина ограни чена двум  радиусами, проведенными из центра диска через точку пересечени  двух соседних ребер призмы 6. Кольцевой отражатель 12 также взаимодействует с параболическим зеркалом 19, фокусное рассто ние которого оптически согласовано с зеркальной поверхностью плоского зеркала 20, которое оптически взаимодействует с другим плоским зеркалом 21, установленным под углом У к первому, и с дополнительным позиционно-чувствитель- ным фотоприемником 22. Фотоприемники 10, 17 и 22 электрически соединены с регистратором 23.

Кольцевой отражатель 12, неподвижный отражатель 18, параболическое зеркало 19 и два плоских непараллельных зеркала 20 и 21 образуют дополнительный оптический блок, с которым через точечные диафрагмы 14, направл ющие зеркала 15 и щелевые диафрагмы 16 оптически св зан источник 2 света.

Устройство работает следующим образом .

Световой поток от источника 2 света , пройд  через кольцевой конденсор 3, отражаетс  от кольцевого отражател  4, затем, пройд  через диафрагмы 5 и 7, образует световые лучи и, пройд  через кольцевую диафрагму 8, образует световое кольцо. Луч света из диафрагмы 5 поступает на одну из

0

5

0

5

0

5

зеркальных граней призмы 6, отр;1зив- 1Г1ись от которой, попадает на чувствительную площадку позиционно-чувстви- тельного фотоприемника 10 R точке, положение которой определ етс  углом разворота зеркальной грани призмы 6 относительно фотоприемника 10. Угол, под которым располагаетс  зеркальна  грань призмы 6 по отношению к фотоприемнику 10, зависит от положени  диска 9, ориентируемого магнитной стрелкой 11. Лучи света из диафрагм 7 попадают на непрозрачный диск 9 и в зависимости от комбинации кольцевых кодовых щелей 13 поступают на тот или иной фотоприемник 17. Кольцевой луч света из кольцевой диафрагмы 8 поступает на диск 9, где точечные диафраг- 14 образуют п лучей, которые отражаютс  от направл юищх зеркал 15 и направл ютс  в щелевые диафрагмы 16 кольцевого отражател  12. При этом один из лучей об зательно попадает на неподвижный отражатель 18, в результате чего между отражателем 18 кольцевым отражателем 12 происходит многократное отражение светового лу-. ча и по вл етс  равномерна  светова  сетка с посто нным шагом S, где S - рассто ние между двум  соседними углами отражени  светового луча на поверхности отражател  18. Причем максимальное количество отражений N и, следовательно, количество шагов S при известной длине неподвижного отражател  18 завис т от величины 1

Н,0

где RO - радиус кольцевого

отражател  12, и от угла ср падени  светового луча на неподвижный отражатель 18. В зависимости от положени  того или иного луча по отношению к точке Yp (фиг. 4) (совпадающей с краем отражател  18, удаленным от параболического зеркала 19) количество отражений может мен тьс  от N до 1, а так как точечные диафрагмы 14 размещены равномерно по окружности, количество их равно п, световые лучи от направл ющих зеркал 15 развернуты один симметрично другом , то в зависимости от положени  непрозрачного диска 9 на отражателе 18 будет хот  бы один угол отражени . При этом в зависимости от положени  последнего уга отражени  по отношению к точке Ч (совпадающей с краем отражател  18, асположенным у параболического зерала 19) световой луч, отраженньй от

кольцевого отражател  12, будет падать на параболическое зеркало 19 на участке, ограниченном крайними положени ми А и В луча, где положение А луча соответствует удалению последнего угла отражени  от точки Y на рассто ние S, а положение В - совпадению последнего угла отражени  с точкой ц , т.е. при движении непро- ю зрачного диска 9 световой луч будет непрерывно сканировать по поверхности параболического зеркала 19 от положени  А до В. Дл  непрерывности поПредположим , что в начальном положении объекта, азимут которого необходимо определить, магнитна  стрелка 11 занимает такое положение, что один из лучей, выход щих из точечных диафрагм 1А, пройд  через щелевую диафрагму 16, попадает в точку Y на неподвижном отражателе 18, при этом число отражений на нем будет максимальным и равным N. При этом, варьиру  углом Cf , можно добитьс , чтобы число шагов S было равно величине угла в

вершине каждого сектора, дл  ступлени  светового луча на параболи- 15 данного примера 60 , т.е. при поворо- ческое зеркало 19 необходимо, чтобы те магнитной стрелки 11 на 1 каждый при падении одного луча в точку о , угол отражени  на поверхности непо- т.е. при возникновении световой сетки движного отражател  18 сместитс  на с максимальным числом отражений N, . величину S, а луч, падающий на подругой световой луч находилс  в поло- 20 верхность параболического зеркала 19,

жении А по отношению к параболическому зеркалу 19, а отраженный от отражател  18 в последнем угле луч пересекалс  с ним в точке Z, расположенной на линии пересечени  оси симметрии щелевой диафрагмы 16 и поверхности кольцевого отражател  12.

Отраженный от параболического отражател  луч попадает в точку F на плоском зеркале 20,  вл ющуюс  фокусом параболического отражател  19, причем в зависимости от положени  луча угол падени  луча на зеркало 20 будет мен тьс  от ot, - при положении А до oij - при положении В, что при дальнейшем многократном отражении луча между зеркалами 20 и 21 приведет к тому, что луч, попавший на параболическое зеркало 19 в положение А, на фотоприемнике 22 попадет в точку А, а луч из положени  В - в точку В,. Соответствующим выбором размеров L,, L, у и С, где L,, L - длина зеркал 20 и 21; С - минимальное рассто ние между ними, можно добитьс , что рассто ние D между точками А , и В , на фотоприемнике 22 будет в f раз болъще, чем S, т.е. при одинаковых характеристиках фотоприемников 10 и 22 изменение положени  светового луча на величину S приведет к тому, что величина изменени  выходного сигнала с фотоприемника 22 будет в f раз больше, чем с фотоприемника 10, т.е. чувствительность к изменению измер емого параметра у фотоприемника 22 будет значительно sbmie, чем у фотоприемника 10.

Предположим, что в начальном положении объекта, азимут которого необходимо определить, магнитна  стрелка 11 занимает такое положение, что один из лучей, выход щих из точечных диафрагм 1А, пройд  через щелевую диафрагму 16, попадает в точку Y на неподвижном отражателе 18, при этом число отражений на нем будет максимальным и равным N. При этом, варьиру  углом Cf , можно добитьс , чтобы число шагов S было равно величине угла в

вершине каждого сектора, дл  данного примера 60 , т.е. при поворо- те магнитной стрелки 11 на 1 каждый угол отражени  на поверхности непо- движного отражател  18 сместитс  на величину S, а луч, падающий на поверхность параболического зеркала 19,

0

перейдет из положени  А в положение В, что на позиционно-чувствительном фотоприемнике 22 будет соответствовать перемещению луча на величину D, 5 т.е. диапазон измерени  фотоприемника 22 будет равен 1° дл  данного случа . При изменении положени  объекта, азимут которого необходимо определить , устройство, корпус 1 которого св зан с объектом, тоже изменит свое положение. Магнитна  стрелка 11 сориентирует диск 9 и жестко св занную с ним зеркальную призму 6. При этом луч света из диафрагмы 5 изменит свое положение относительно фотоприемника 10 за счет изменени  положени  зеркальной призмы 6 и соответствующим образом изменитс  электргический сигнал с фотоприемника 10, величина которого зависит от места падени  светового луча на чувствительную площадку фотоприемника 10 и который несет информацию об изменении азимутального угла. Фотоприе,мник 22 при зтом будет выдавать информацию об изменении угла в пределах заданного диапа- зона столько раз, на сколько изменилс  азимутальный угол, т.е. дл  данного случа  1 , т.е. будет непрерыв5

0

5

но уточн ть значение угла, снимаемого с фотоприемника 10, и фактически играть роль оптического нониуса.

Фотоприемники 17, которые вьдают информацию вида Да-Нет, т.е. Да - фотоприемник освещен, Нет - фотоприемник не освещен, за счет разных комбинаций кодовых щелей 13 дают информацию о том, кака  из зеркальных граней призмы 6 находитс  в данный

V

момент в оптической сч  эн с фотоприемником 10. Л так как с помощью многогранной призмы 6 песь диапазон измер емых углов разделен на поддиапазоны , в которых измерение ведут от О дocf 360/п, где ( - максимальный угол поддиапазона, то фотоприемники 17 несут информацию о том, в каком поддиапазоне ведетс  измерение. Электрические сигналы с фотоприемников 10, 17 и 22 поступают на регистратор 23, гле сигналы обрабатываютс 

Фактический азимутальньш угол при этом определ етс  по формуле (n;-1)-tf +f,

исти1июе значение азимутального угла;

величина угла по по7 :азани м фотоприемника 10; номер поддиапазона, в которо ведетс  измерение; максимальна  величина изменени  измер емого параметра в пределах одного поддиапазона; - моправка к величине угла по

где 9 1 п; - Ч показани м фотоприемника 22.

Така  конструкци  позвол ет значи- ЗО , которое оптически взлимодействутельно повысить чувствительность устройства , так как при одинаковых характеристиках фотоприемников 10 и 22 величина изменени  выходного сигнала на единицу измер емого параметра с фотоприемника 22 в f раз больше, чем с фотоприемника 10.

рмул

8

и 3 о б р р т е н и  

t,

Устройство дл  измерени  азимутального угла по авт. сн. № 1244295,

отличающеес   тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности измерений, оно снабжено установленными в корпусе дополнительным позиционно-чувствительным фотоприемником и дополнительным оптическим блоком, которьп1 имеет оптически взаимодействующие между собой кольцевой отражатель, жестко св занный с

непрозрачным диском, конпентрично ему установленный неподвижньп отражатель , выполненньй в виде кольцевого сектора, параболическое зеркало и два установленных под углом друг

к другу плоских зеркала, при этом в кольцевом отражателе равномерно по окружности выполнены щелевые диафрагмы , а на диске - точечные диафрагмы, которые имеют направл ющие зеркала

и количество которых равно числу граней зеркальной призмы, причем фокусное рассто ние параболического зеркаа оптически согласовано с зеркальной поверхностью одного из плоских зер35

ет с другим плоским зерклтгом и с дополнительным позиционно-чувствительным фотоприемником, а источник света через точечные диафрагмы, направл ющие зеркала и щелевые диафрагмы оптически св зан с дополнительным оптическим блоком.

20

Фиг.З

фигМ

Составитель А.Цветков Редактор А.Козориз Техред В.Кадар Корректор А.Зимокосов

Заказ 4195/23 Тираж 532Подписное

ВНШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для измерения азиму¢. тального угла по авт. св. № 1 244295, отличающеес я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, оно снабжено установленными в корпусе дополнительна ным позиционно-чувствительным фотоприемником и дополнительным оптическим блоком, который имеет оптически взаимодействующие между собой кольцевой отражатель, жестко связанный с 15 непрозрачным диском, концентрично ему установленный неподвижный отражатель, выполненный в виде кольцевого сектора, параболическое зеркало и два установленных под углом друг 2о к другу плоских зеркала, при этом в кольцевом отражателе равномерно по окружности выполнены щелевые диафрагмы, а на диске - точечные диафрагмы, которые имеют направляющие зеркала 25 и количество которых равно числу граней зеркальной призмы, причем фокусное расстояние параболического зеркала оптически согласовано с зеркальной поверхностью одного из плоских зер3Q кал, которое оптически взаимодействует с другим плоским зеркалом и с дополнительным позиционно-чувствительным фотоприемником, а источник света через точечные диафрагмы, направляю35 щие зеркала и щелевые диафрагмы оптически связан с дополнительным оптическим блоком.

   Фиг 2 б-Б