ИНКЛИНОМЕТР

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано для индикации места положения бурового инструмента при пилотировании скважин для горизонтального направленного бурения предназначенного для прокладки трубопроводов.
Известен инклинометр, содержащий корпус, трехкомпонентный магнитометрический датчик, трехкомпонентный акселерометр, размещенный на немагнитной платформе, и регулировочное устройство. Одна из осей магнитометра и одна из осей акселерометра коллинеарны продольной оси корпуса инклинометра. Регулировочное устройство предназначено для изменения углов крена и тангажа трехкомпонентного магнитометрического датчика относительно немагнитной платформы. Выводы магнитометрического датчика и выводы акселерометра подключены к вычислительному блоку. [1] Однако наличие дополнительного механического узла регулировки снижает надежность устройства. Инструментальный метод обеспечения коллинеарности осей магнитометра и акселерометра не исключает возможность ошибки. Кроме того, во время работы в скважине коллинеарность осей может быть нарушена вследствие смещения положения регулировочного устройства под воздействием механических факторов. Жесткие условия работы в скважине (высокая температура, вибрация, удары) делают весьма вероятным выход инклинометра из строя.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является инклинометр, содержащий корпус, в котором на немагнитной платформе установлен трехкомпонентный магнитометрический датчик и трехкомпонентный акселерометр, причем одна из осей датчика и одна из осей акселерометра коллинеарны продольной оси корпуса. Инклинометр содержит датчик температуры, каждый чувствительный элемент магнитометрического датчика конструктивно объединен с соленоидом. Немагнитная платформа выполнена в виде двух модулей, связанных разъемным соединением: модуля магнитометрического датчика и модуля акселерометра. Трехкомпонентный магнитометрический датчик, трехкомпонентный акселерометр, микроконтроллер с АЦП и датчик температуры выполнены на печатных платах, при этом трехкомпонентный магнитометрический датчик и соленоиды размещены на одной печатной плате, а датчик температуры и микроконтроллер с АЦП на другой. Обе платы установлены с двух сторон немагнитной платформы модуля магнитометрического датчика, а акселерометр установлен на платформе модуля акселерометра. [2] Однако большое количество плат требует наличия межплатного соединения проводами, что приводит к усложнению технологического процесса и, как следствие, к удорожанию. Замена отдельных плат в случае выхода из строя одного из датчиков приводит к необходимости последующей юстировки (наладки) и калибровки инклинометра, что приводит к дополнительным затратам при эксплуатации устройства. В результате того, что температурный датчик, содержащийся в инклинометре, имеет большое температурное сопротивление, поскольку он располагается на некотором расстоянии от гравитационных и магнитных датчиков, а ток, проходящий через эти датчики и разогревающий их, имеет импульсный характер, температурные показания температурного датчика будут иметь отклонения от действительных температур. Кроме того, вибрация, удары, сопровождающие работу в скважине могут привести к выходу инклинометра из строя.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение надежности и помехоустойчивости инклинометра, уменьшение габаритов, снижение себестоимости.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в инклинометре, включающем корпус, в котором на немагнитной платформе установлен трехкомпонентный магнитометрический датчик и трехкомпонентный акселерометр, причем одна из осей датчика и одна из осей акселерометра коллинеарны продольной оси корпуса, немагнитная платформа имеет демпфирующий амортизатор относительно корпуса, а трехкомпонентный магнитометрический датчик, трехкомпонентный акселерометр, микроконтроллер, многоканальный АЦП и передатчик выполнены на одной печатной плате, прикрепленной к немагнитной платформе.
Наличие демпфирующего амортизатора на немагнитной платформе, через который она прикрепляется к корпусу, снижает механические помехи, производимые забойным двигателем и буровой шарошкой, а также при работе гидромониторной буровой головки. Расположение трехкомпонентного магнитометрического датчика, трехкомпонентного акселерометра, микроконтроллера, многоканального АЦП и передатчика на одной печатной плате, повышает точность и надежность устройства и уменьшает его габаритные размеры. Отсутствие необходимости межплатного соединения проводов снижает себестоимость устройства.
Инклинометр иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 представлена принципиальная схема устройства, на фигуре 2 - общий вид.
Инклинометр содержит корпус 1 (фиг.2), в котором на немагнитной платформе 2 установлен трехкомпонентный магнитометрический датчик 3 (фиг.1, фиг.2) и трехкомпонентный акселерометр 4 (фиг.1, фиг.2), причем одна из осей датчика 3 и одна из осей трехкомпонентного акселерометра 4 коллинеарны продольной оси корпуса 1, немагнитная платформа 2 (фиг.2) имеет демпфирующий амортизатор 5 (фиг.2), через который она прикреплена к корпусу 1. Трехкомпонентный магнитометрический датчик 3 (фиг.1), трехкомпонентный акселерометр 4, микроконтроллер 6, многоканальный АЦП 7 и передатчик 8 выполнены на одной плате 9 (фиг.2), прикрепленной к немагнитной платформе 2 (фиг.2).
Работа инклинометра основана на измерении в каждый момент времени координат двух независимых векторов: вектора ускорения свободного падения и вектора напряженности магнитного поля Земли. Первичная информация формируется в трехкомпонентном акселерометре и трехкомпонентном магнитометрическом датчике. Погрешность измерений от возможной неколлинеарности осей компенсируют программными средствами в контроллере. Аналоговые сигналы с трехкомпонентного акселерометра и трехкомпонентного магнитометрического датчика поступают на многоканальный АЦП, а с него в микроконтроллер. На микроконтроллер поступает сигнал тока потребления, который осуществляет мониторинг внутри инклинометра и позволяет ввести температурную поправку в результаты измерений температуры внутри микросхем первичных датчиков. Затем сигнал через электронный передающий блок (интерфейсом зонда) частотно-манипулированным сигналом передается на наземное приемное устройство (интерфейсный модуль).
Источники информации:
1. Патент РФ №2247942, приоритет 16.07.2003 г. «Инклинометр».
2. Патент на полезную модель №57817, приоритет 26.04.2006 г., «Инклинометр».