利用加速度计提取角速率的方法及采用此方法的测斜仪

摘要

一种利用加速度计提取角速率的方法，包括以下步骤：a)利用第一加速度计和与所述第一加速度计垂直的第二加速度计分别提取两相邻时刻的采样信息；b)根据步骤a及所获取的采样信息推算第一加速度计的振荡幅值和振荡均值；c)根据所述第一加速度计的所述振荡幅值和所述振荡均值推算出第一加速度计的振荡频率；d)根据与所述第一加速度计同轴向的角速率输出采样装置提供的角速率采样值与所述第一加速度计的所述振荡频率推算出与第二加速度计同轴向的角速率值。根据本发明提供的利用加速度计提取角速率的方法可以减少角速率测量装置的数量达到节省成本的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺连续测斜仪，特别涉及一种利用加速度计提取角速率的测斜仪。

背景技术

陀螺测斜仪是套管井等有磁干扰油井井眼轨迹的主要测量工具。目前国内外使用的陀螺测斜仪主要采用机械陀螺作为角速度传感器测量井斜及方位角。由于机械式陀螺测斜仪由框架支承、高速旋转的陀螺电机、框架支承的悬垂以及电刷组件组成，使得这类测斜仪器存在着结构复杂、易损坏、抗震性差、寿命短、漂移大、精度差以及操作维修不方便的缺点。

光纤陀螺油井连续测斜仪中采用光纤陀螺采集角速度信息，采用加速度计采集相对惯性空间的比力信息。光纤陀螺测斜仪具有精度高、使用可靠、装配简单、应用范围广等特点。既可以用来进行裸眼井测量，也可以用于套管井的测量，其在老井复测的领域中有非常广泛的应用空间。光纤陀螺测斜仪采用了高品质石英挠性加速度计和高精度光纤陀螺仪。

用于光纤陀螺连续测斜仪的旋转惯性体是光纤陀螺测斜仪的核心部件。现有的光纤陀螺测斜仪多数均采用三轴陀螺仪和三轴加速度计组成的惯性测量组合。如中国专利公开号为CN2804803，名称为微机械-电子系统技术惯性测量装置，其公开了一种微机械-电子系统技术惯性测量装置，具有三个分别用于测量空间X、Y、Z轴角速率的角速率陀螺和三个分别用于测量空间X、Y、Z轴线加速度的线加速度传感器，通过一块适配转接线路板使各角速率陀螺和各线加速度传感器并行设置，其中每一个空间轴角速率陀螺和每一个空间轴线加速度传感器均由采用微机械-电子系统技术的芯片构成的敏感电路、信号处理器、主放大器以及零偏置控制器、非线性纠正器、量程扩展器、温漂补偿器、带宽扩展器组成，敏感电路的输出端经信号处理器接至主放大器的输入端，零偏置控制器、非线性纠正器、量程扩展器、温漂补偿器和带宽扩展器相并联，其共同输出端接至主放大器的输入端。使用三轴陀螺仪和三轴加速度计使光纤陀螺的体积变大，成本增加。现有的三轴光纤陀螺的光源及其驱动电路与光纤传感器及其处理电路都在同一腔体中，由于光纤陀螺的光源在工作过程中要产生一定的热量，特别是光源在温度较高的环境下功耗变大，使光源自身发热加剧，对光纤传感器造成一定影响。

发明内容：

本发明旨在克服上述现有技术中的缺点，提供一种利用加速度计提取角速率的方法及采用此方法的测斜仪。

根据本发明提供的一种利用加速度计提取角速率的方法，包括以下步骤：a)、利用第一加速度计和与所述第一加速度计垂直的第二加速度计计分别提取两相邻时刻的采样信息；b)、根据步骤a及所获取的采样信息推算第一加速度计的振荡幅值和振荡均值；c)、根据所述第一加速度计的所述振荡幅值和所述振荡均值推算出第一加速度计的振荡频率；d)、根据与所述第一加速度计同轴向的角速率输出采样装置提供的角速率采样值与所述第一加速度计的所述振荡频率推算出与第二加速度计同轴向的角速率值。

根据本发明提供的一种利用加速度计提取角速率的方法还具有如下附加技术特征：

在所述第一加速度计和所述第二加速度计进行信息采样前，对设置在与所述第一加速度计和所述第二加速度计轴向分别垂直的角速率输出装置的输入进行控制，使其输入始终处于零状态。

根据本发明提供的一种测斜仪，包括安装在所述外壳体内的旋转机构、驱动所述旋转机构的驱动机构和支撑体，所述旋转机构包括：蓄冷体、与所述蓄冷体相连的角速率输出采样装置、安装在所述旋转机构内的第一加速度计、第二加速度计、第三加速度计、编码器和滑环，其特征在于：所述角速率输出采样装置与所述第一加速度计同轴向，用于与所述第一加速度计配合推算出与第二加速度计同轴向的角速率值。

根据本发明提供的一种测斜仪还具有如下附加技术特征：

所述角速率输出采样装置为光纤陀螺仪。

所述光纤陀螺仪包括：分别安装在所述光纤陀螺仪本体上的陀螺处理电路电路板、耦合器、探测器、与所述第一加速度计同轴的轴向光纤传感器、与所述第二加速度计同轴的径向光纤传感器、配重板和光源。

根据本发明提供的的利用加速度计提取角速率的方法及采用此方法的测斜仪与现有技术相比具有如下优点：

1、根据本发明提供的利用加速度计提取角速率的方法可以减少角速率测量装置的数量达到节省成本的目的。

2、根据采用本发明提供的角速率提取方法的测斜仪，由于采用了两个光纤陀螺，所以减小仪器外径尺寸的目的，同时节约了生产成本。

3、根据本发明提供的利用加速度计提取角速率的方法及采用此方法的测斜仪，由于减少了光纤陀螺的数量从而减小了光源的散热量，减小了光源对测斜仪内各个传感器的影响。

附图说明

图1是根据本发明提供的利用加速度计提取角速率的方法的流程图；

图2是根据本发明提供的利用加速度计提取角速率的方法的测斜仪的结构示意图；

图3是根据本发明的测斜仪的光纤陀螺结构示意图。

具体实施方式：

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同的标号表示相同的元件。下面通过参考附图描述的实施例用于解释本发明，所述实施例是示例性的，而不能解释为对本发明的限制。

参见图1，根据本发明提供的一种利用加速度计提取角速率的方法，包括以下步骤：a)、利用第一加速度计和与所述第一加速度计垂直的第二加速度计计分别提取两相邻时刻的采样信息；b)、根据步骤a及所获取的采样信息推算第一加速度计的振荡幅值和振荡均值；c)、根据所述第一加速度计的所述振荡幅值和所述振荡均值推算出第一加速度计的振荡频率；d)、根据与所述第一加速度计同轴向的角速率输出采样装置提供的角速率采样值与所述第一加速度计的所述振荡频率推算出与第二加速度计同轴向的角速率值。由于实际工作环境下，相临两时刻的某轴向角速率未必相同，结合上一时刻及本时刻的相关传感器采样信息，即可确定本时刻的相应角速率。

参见图1，根据本发明的进一步实施例，在所述第一加速度计和所述第二加速度计进行信息采样前，对设置在与所述第一加速度计和所述第二加速度计轴向分别垂直的角速率输出装置的输入进行控制，使其输入始终处于零状态。跟进一步地，通过工作模式的划分可以使光纤陀螺连续测斜仪的惯导姿态更新算法始终工作在倾斜角较小的状态下。

参见图2、图3，根据本发明提供的一种测斜仪，包括安装在所述外壳体内的旋转机构1、驱动所述旋转机构1的驱动机构2和支撑体8，所述旋转机构1包括：蓄冷体3、与所述蓄冷体3相连的角速率输出采样装置4、安装在所述旋转机构1内的第一加速度计51、第二加速度计52、第三加速度计53、编码器6和滑环7，其特征在于：所述角速率输出采样装置4与所述第一加速度计51同轴向，用于与所述第一加速度计51配合推算出与第二加速度计52同轴向的角速率值。由于减少了光纤陀螺的数量从而减小了光源的散热量，减小了光源对测斜仪内各个传感器的影响。

参见图2、图3，根据本发明的进一步实施例，所述角速率输出采样装置4为光纤陀螺仪。此处采用光纤陀螺测斜仪具有精度高、使用可靠、装配简单、应用范围广等特点。

参见图2、图3，根据本实用新型的进一步实施例，所述光纤陀螺仪包括：分别安装在所述光纤陀螺仪本体上的陀螺处理电路电路板41、耦合器42、探测器43、与所述第一加速度计51同轴的轴向光纤传感器、与所述第二加速度计52同轴的径向光纤传感器45、配重板46和光源47。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。