專利名稱：利用加速度計(jì)提取角速率的方法及采用此方法的測斜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖陀螺連續(xù)測斜儀，特別涉及一種利用加速度計(jì)提取角速率的測斜儀。
背景技術(shù)：
陀螺測斜儀是套管井等有磁干擾油井井眼軌跡的主要測量工具。目前國內(nèi)外使用的陀螺測斜儀主要采用機(jī)械陀螺作為角速度傳感器測量井斜及方位角。由于機(jī)械式陀螺測斜儀由框架支承、高速旋轉(zhuǎn)的陀螺電機(jī)、框架支承的懸垂以及電刷組件組成，使得這類測斜儀器存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損壞、抗震性差、壽命短、漂移大、精度差以及操作維修不方便的缺點(diǎn)。
光纖陀螺油井連續(xù)測斜儀中采用光纖陀螺采集角速度信息，采用加速度計(jì)采集相對慣性空間的比力信息。光纖陀螺測斜儀具有精度高、使用可靠、裝配簡單、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。既可以用來進(jìn)行裸眼井測量，也可以用于套管井的測量，其在老井復(fù)測的領(lǐng)域中有非常廣泛的應(yīng)用空間。光纖陀螺測斜儀采用了高品質(zhì)石英撓性加速度計(jì)和高精度光纖陀螺
用于光纖陀螺連續(xù)測斜儀的旋轉(zhuǎn)慣性體是光纖陀螺測斜儀的核心部件?，F(xiàn)有的光纖陀螺測斜儀多數(shù)均采用三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)組成
的慣性測量組合。如中國專利公開號為CN2804803，名稱為微機(jī)械一電子系統(tǒng)技術(shù)慣性測量裝置，其公開了一種微機(jī)械-電子系統(tǒng)技術(shù)慣性測量裝置，具有三個(gè)分別用于測量空間X、 Y、 Z軸角速率的角速率陀螺和三個(gè)分別用于測量空間X、 Y、 Z軸線加速度的線加速度傳感器，通過一塊適配轉(zhuǎn)接線路板使各角速率陀螺和各線加速度傳感器并行設(shè)置，其中每一
3個(gè)空間軸角速率陀螺和每一個(gè)空間軸線加速度傳感器均由采用微機(jī)械-電子系統(tǒng)技術(shù)的芯片構(gòu)成的敏感電路、信號處理器、主放大器以及零偏 置控制器、非線性糾正器、量程擴(kuò)展器、溫漂補(bǔ)償器、帶寬擴(kuò)展器組成， 敏感電路的輸出端經(jīng)信號處理器接至主放大器的輸入端，零偏置控制器、 非線性糾正器、量程擴(kuò)展器、溫漂補(bǔ)償器和帶寬擴(kuò)展器相并聯(lián)，其共同 輸出端接至主放大器的輸入端。使用三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)使光纖 陀螺的體積變大，成本增加?，F(xiàn)有的三軸光纖陀螺的光源及其驅(qū)動(dòng)電路 與光纖傳感器及其處理電路都在同一腔體中，由于光纖陀螺的光源在工 作過程中要產(chǎn)生一定的熱量，特別是光源在溫度較高的環(huán)境下功耗變大， 使光源自身發(fā)熱加劇，對光纖傳感器造成一定影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種利用加速度計(jì)提 取角速率的方法及采用此方法的測斜儀。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種利用加速度計(jì)提取角速率的方法，包括以下 步驟a)、利用第一加速度計(jì)和與所述第一加速度計(jì)垂直的第二加速度 計(jì)計(jì)分別提取兩相鄰時(shí)刻的采樣信息；b)、根據(jù)步驟a及所獲取的采樣
信息推算第一加速度計(jì)的振蕩幅值和振蕩均值；c)、根據(jù)所述第一加速 度計(jì)的所述振蕩幅值和所述振蕩均值推算出第一加速度計(jì)的振蕩頻率； d)、根據(jù)與所述第一加速度計(jì)同軸向的角速率輸出采樣裝置提供的角速 率采樣值與所述第一加速度計(jì)的所述振蕩頻率推算出與第二加速度計(jì)同 軸向的角速率值。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種利用加速度計(jì)提取角速率的方法還具有如下 附加技術(shù)特征
在所述第一加速度計(jì)和所述第二加速度計(jì)進(jìn)行信息采樣前，對設(shè)置 在與所述第一加速度計(jì)和所述第二加速度計(jì)軸向分別垂直的角速率輸出 裝置的輸入進(jìn)行控制，使其輸入始終處于零狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種測斜儀，包括安裝在所述外殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐體，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括蓄冷 體、與所述蓄冷體相連的角速率輸出采樣裝置、安裝在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi) 的第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)、第三加速度計(jì)、編碼器和滑環(huán)，其特 征在于所述角速率輸出采樣裝置與所述第一加速度計(jì)同軸向，用于與 所述第一加速度計(jì)配合推算出與第二加速度計(jì)同軸向的角速率值。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種測斜儀還具有如下附加技術(shù)特征
所述角速率輸出采樣裝置為光纖陀螺儀。
所述光纖陀螺儀包括分別安裝在所述光纖陀螺儀本體上的陀螺處 理電路電路板、耦合器、探測器、與所述第一加速度計(jì)同軸的軸向光纖 傳感器、與所述第二加速度計(jì)同軸的徑向光纖傳感器、配重板和光源。
根據(jù)本發(fā)明提供的的利用加速度計(jì)提取角速率的方法及采用此方法 的測斜儀與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 根據(jù)本發(fā)明提供的利用加速度計(jì)提取角速率的方法可以減少角速 率測量裝置的數(shù)量達(dá)到節(jié)省成本的目的。
2、 根據(jù)采用本發(fā)明提供的角速率提取方法的測斜儀，由于采用了兩 個(gè)光纖陀螺，所以減小儀器外徑尺寸的目的，同時(shí)節(jié)約了生產(chǎn)成本。
3、 根據(jù)本發(fā)明提供的利用加速度計(jì)提取角速率的方法及采用此方法 的測斜儀，由于減少了光纖陀螺的數(shù)量從而減小了光源的散熱量，減小 了光源對測斜儀內(nèi)各個(gè)傳感器的影響。


圖l是根據(jù)本發(fā)明提供的利用加速度計(jì)提取角速率的方法的流程圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明提供的利用加速度計(jì)提取角速率的方法的測斜儀 的結(jié)構(gòu)示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的測斜儀的光纖陀螺結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
-下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出， 其中自始至終相同的標(biāo)號表示相同的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí) 施例用于解釋本發(fā)明，所述實(shí)施例是示例性的，而不能解釋為對本發(fā)明
的限制。
參見圖l，根據(jù)本發(fā)明提供的一種利用加速度計(jì)提取角速率的方法， 包括以下步驟a)、利用第一加速度計(jì)和與所述第一加速度計(jì)垂直的第 二加速度計(jì)計(jì)分別提取兩相鄰時(shí)刻的采樣信息；b)、根據(jù)步驟a及所獲取 的采樣信息推算第一加速度計(jì)的振蕩幅值和振蕩均值；c)、根據(jù)所述第 一加速度計(jì)的所述振蕩幅值和所述振蕩均值推算出第一加速度計(jì)的振蕩 頻率；d)、根據(jù)與所述第一加速度計(jì)同軸向的角速率輸出采樣裝置提供 的角速率采樣值與所述第一加速度計(jì)的所述振蕩頻率推算出與第二加速 度計(jì)同軸向的角速率值。由于實(shí)際工作環(huán)境下，相臨兩時(shí)刻的某軸向角 速率未必相同，結(jié)合上一時(shí)刻及本時(shí)刻的相關(guān)傳感器采樣信息，即可確 定本時(shí)刻的相應(yīng)角速率。
參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，在所述第一加速度計(jì)和所述 第二加速度計(jì)進(jìn)行信息采樣前，對設(shè)置在與所述第一加速度計(jì)和所述第 二加速度計(jì)軸向分別垂直的角速率輸出裝置的輸入進(jìn)行控制，使其輸入 始終處于零狀態(tài)。跟進(jìn)一步地，通過工作模式的劃分可以使光纖陀螺連 續(xù)測斜儀的慣導(dǎo)姿態(tài)更新算法始終工作在傾斜角較小的狀態(tài)下。
參見圖2、圖3，根據(jù)本發(fā)明提供的一種測斜儀，包括安裝在所述外殼 體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)l、驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2和支撐體8，所述旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)l包括蓄冷體3、與所述蓄冷體3相連的角速率輸出采樣裝置4、 安裝在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1內(nèi)的第一加速度計(jì)51、第二加速度計(jì)52、第三加速 度計(jì)53、編碼器6和滑環(huán)7，其特征在于所述角速率輸出采樣裝置4與所 述第一加速度計(jì)51同軸向，用于與所述第一加速度計(jì)51配合推算出與第 二加速度計(jì)52同軸向的角速率值。由于減少了光纖陀螺的數(shù)量從而減小 了光源的散熱量，減小了光源對測斜儀內(nèi)各個(gè)傳感器的影響。
參見圖2、圖3，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，所述角速率輸出采樣裝置4為光纖陀螺儀。此處采用光纖陀螺測斜儀具有精度高、使用可靠、 裝配簡單、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。
參見圖2、圖3，根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步實(shí)施例，所述光纖陀螺儀
包括分別安裝在所述光纖陀螺儀本體上的陀螺處理電路電路板41、耦
合器42、探測器43、與所述第一加速度計(jì)51同軸的軸向光纖傳感器、 與所述第二加速度計(jì)52同軸的徑向光纖傳感器45、配重板46和光源47。 盡管己經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí) 施例進(jìn)行變化，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1、一種利用加速度計(jì)提取角速率的方法，包括以下步驟a)、利用第一加速度計(jì)和與所述第一加速度計(jì)垂直的第二加速度計(jì)分別提取兩相鄰時(shí)刻的采樣信息；b)、根據(jù)步驟a及所獲取的采樣信息推算第一加速度計(jì)的振蕩幅值和振蕩均值；c)、根據(jù)所述第一加速度計(jì)的所述振蕩幅值和所述振蕩均值推算出第一加速度計(jì)的振蕩頻率；d)、根據(jù)與所述第一加速度計(jì)同軸向的角速率輸出采樣裝置提供的角速率采樣值與所述第一加速度計(jì)的所述振蕩頻率推算出與第二加速度計(jì)同軸向的角速率值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用加速度計(jì)提取角速率的方法，其特征在于在所述第一加速度計(jì)和所述第二加速度計(jì)進(jìn)行信息采樣前，對設(shè)置在與所述第一加速度計(jì)和所述第二加速度計(jì)軸向分別垂直的角速率輸出裝置的輸入進(jìn)行控制，使其輸入始終處于零狀態(tài)。
3、 一種測斜儀，包括安裝在所述外殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐體，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括蓄冷體、與所述蓄冷體相連的角速率輸出采樣裝置、安裝在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)的第一加速度計(jì)、第二加速度計(jì)、第三加速度計(jì)、編碼器和滑環(huán)，其特征在于所述角速率輸出采樣裝置與所述第一加速度計(jì)同軸向，用于與所述第一加速度計(jì)配合推算出與第二加速度計(jì)同軸向的角速率值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測斜儀，其特征在于所述角速率輸出采樣裝置為光纖陀螺儀。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測斜儀，其特征在于所述光纖陀螺儀包括分別安裝在所述光纖陀螺儀本體上的陀螺處理電路電路板、耦合器、探測器、與所述第一加速度計(jì)同軸的軸向光纖傳感器、與所述第二加速度計(jì)同軸的徑向光纖傳感器、配重板和光源。
全文摘要
一種利用加速度計(jì)提取角速率的方法，包括以下步驟a)利用第一加速度計(jì)和與所述第一加速度計(jì)垂直的第二加速度計(jì)分別提取兩相鄰時(shí)刻的采樣信息；b)根據(jù)步驟a及所獲取的采樣信息推算第一加速度計(jì)的振蕩幅值和振蕩均值；c)根據(jù)所述第一加速度計(jì)的所述振蕩幅值和所述振蕩均值推算出第一加速度計(jì)的振蕩頻率；d)根據(jù)與所述第一加速度計(jì)同軸向的角速率輸出采樣裝置提供的角速率采樣值與所述第一加速度計(jì)的所述振蕩頻率推算出與第二加速度計(jì)同軸向的角速率值。根據(jù)本發(fā)明提供的利用加速度計(jì)提取角速率的方法可以減少角速率測量裝置的數(shù)量達(dá)到節(jié)省成本的目的。
文檔編號E21B47/02GK101634221SQ20081013443
公開日2010年1月27日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者偉 呂, 安金剛, 岳步江, 牟春雷, 馬慧斌 申請人:航天科工慣性技術(shù)有限公司