Устройство начальной азимутальной ориентации гироскопического инклинометра

Полезная модель относится к гироскопическому инклинометру и может быть использована для начальной азимутальной ориентации гироскопического инклинометра.
Известно устройство [1] для начальной азимутальной ориентации гироскопического инклинометра, содержащее систему спутниковой угломерной навигационной аппаратуры, состоящую из основного блока, индикатора и антенн, основание с зажимом и упорными винтами, корпус устройства ориентации, опорную стойку, два однотипных ориентирующих наконечника.
Недостатком такого устройства является то, что начальная азимутальная ориентация гироскопического инклинометра проводится с применением дополнительного навигационного оборудования, что увеличивает стоимость прибора.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство [2] начальной азимутальной ориентации гироскопического инклинометра, включающее одноосный гиростабилизатор, состоящий из корпуса, расположенной внутри него вращающейся платформы, двигателя стабилизации, кинематически связанного с осью стабилизации одноосного гиростабилизатора, совпадающей с продольной осью прибора, датчика угла платформы в виде синусно-косинусного трансформатора СКТ, причем на вращающейся платформе установлены два акселерометра с взаимно ортогональными осями чувствительности, ориентированными перпендикулярно оси стабилизации одноосного гиростабилизатора, двухкомпонентный индикаторный трехстепенный гироскоп на сферической шарикоподшипниковой опоре с датчиками угла и датчиками момента, причем вектор кинематического момента гироскопа перпендикулярен плоскости платформы и совпадает с осью чувствительности одного акселерометра, при этом один канал гироскопа, используемый в качестве датчика угловой скорости для измерения горизонтальной составляющей скорости вращения Земли, представляет собой контур, содержащий последовательно соединенные датчик угла гироскопа, усилитель, датчик момента гироскопа и резистор.
Недостатком данного устройства является то, что вращение платформы осуществляется с помощью подачи управляющего сигнала в датчики момента гироскопа, имеющие зависимость от внешних электромагнитных полей.
Технический результат заключается в повышении точности начальной азимутальной ориентации.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение возможности вращения платформы без использования датчиков моментов гироскопа.
Для решения данной задачи устройство начальной азимутальной ориентации гироскопического инклинометра, включающее одноосный гиростабилизатор, состоящий из корпуса, расположенной внутри него вращающейся платформы, двигателя стабилизации, кинематически связанного с осью стабилизации одноосного гиростабилизатора, совпадающей с продольной осью прибора, датчика угла платформы в виде синусно-косинусного трансформатора СКТ, причем на вращающейся платформе установлены два акселерометра с взаимно ортогональными осями чувствительности, ориентированными перпендикулярно оси стабилизации одноосного гиростабилизатора, двухкомпонентный индикаторный трехстепенный гироскоп на сферической шарикоподшипниковой опоре с датчиками угла и датчиками момента, причем вектор кинематического момента гироскопа перпендикулярен плоскости платформы и совпадает с осью чувствительности одного акселерометра, при этом один канал гироскопа, используемый в качестве датчика угловой скорости для измерения горизонтальной составляющей скорости вращения Земли, представляет собой контур, содержащий последовательно соединенные датчик угла гироскопа, усилитель, датчик момента гироскопа и резистор, согласно полезной модели, дополнительно содержит схему косвенной стабилизации через дополнительный контур «СКТ-усилитель-двигатель стабилизации» для обеспечения стабилизации и вращения платформы без использования гироскопической реакции гироскопа путем подачи управляющего напряжения в усилитель дополнительного контура, при этом канал гироскопа электрически заарретирован.
Существенным отличием предложенного устройства является наличие дополнительного контура стабилизации и вращения платформы, позволяющего проводить начальную азимутальную ориентацию гироскопического инклинометра без датчика момента гироскопа.
y
z
z
y
z
y
Полезная модель поясняется на фиг. 1, на которой представлена схема устройства, включающего в себя платформу (5) с находящимися на ней трехстепенным гироскопом (1) на сферической шарикоподшипниковой опоре, двумя акселерометрами (2). На платформе закреплен ротор выходного сигнала датчика угла в виде синусно-конусного трансформатора (8) и двигатель (6) стабилизации платформы. Один канал гироскопа используется в качестве датчика угловой скорости, измеряющего горизонтальную составляющую скорость вращения Земли, для чего сигнал с датчика угла ДУ через усилитель (9) подается на датчик момента ДМ, а сигнал по скорости снимается с резистора R1, последовательно включенного с ДМ. Второй канал гироскопа в режиме начальной азимутальной ориентации не участвует и ДМ электрически заарретирован через контур ДУ - усилитель 10 - ДМ.
Стабилизация и управление платформой осуществляется по схеме косвенной стабилизации [3] с использованием контура (4).
п
упр
Устройство работает следующим образом. В начальный момент по сигналу чувствительного элемента в данном случае СКТ через контур (4) с использованием усилителя (11) и двигателя стабилизации ДС происходит арретирование (в ноль СКТ) и стабилизация платформы. Для вращения платформы на усилитель (11), в который введена схема вычитания на операционном усилителе, подается сигнал управления U. Схема вычитания представлена на фиг. 2. Графики, поясняющие работу схемы вычитания, представлены на фиг. 3.
упр
ос.
п
ос
Сигнал управления U по амплитуде и фазе имеет форму сигнала СКТ со смещением относительно нулевого уровня. Уровнем смещения устанавливается скорость вращения платформы. Для поддержания постоянной скорости вращения контур 4 через резистор R2 и усилитель 11 замкнут обратной связью U В данном случае двигатель стабилизации ДСс резистором R2 выполняет функции тахогенератора. Мерой угловой скорости платформы является напряжение U на резисторе R2.
При использовании схемы косвенной стабилизации для начальной азимутальной ориентации гироинклинометра исключается погрешность от электромагнитных полей. Таким образом, в сравнении с прототипом, применение предлагаемого устройства позволит повысить точность начальной азимутальной ориентации.
В режиме начальной азимутальной ориентации связанно вращают оси чувствительности измерителей ускорения и измерителя угловой скорости вокруг продольной оси скважинного прибора с постоянной скоростью на заданный угол. Во время вращения на каждом такте времени работы вычислителя измеряют угол поворота указанных выше осей относительно корпуса скважинного прибора, а также горизонтальную составляющую угловой скорости вращения Земли совместно с угловой скоростью дрейфа гироскопа по оси чувствительности измерителя угловой скорости. По результатам измерений вычисляют среднюю угловую скорость вращения осей чувствительности измерителей ускорения и измерителя угловой скорости, систематическую составляющую дрейфа гироскопа и формируют эталонную модель измеряемой угловой скорости. Для оценки фазового сдвига выходного сигнала измерителя угловой скорости вычисляют функцию невязки, которую минимизируют по фазовому сдвигу и определяют азимутальный угол осей чувствительности измерителей ускорений.
Источники информации
1. Патент РФ №2504651, Е21В 47/022, 2012 г.
2. Патент РФ №2507392, Е21В 47/022, 2012 г.
3. Бесекерский В.А., Фабрикант Е.А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации/ В.А. Бесекерский, Е.А. Фабрикант. - Ленинград: Судостроение, 1968, - 384 с. - С. 105.