测井用挠性陀螺的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种测井用挠性陀螺，属于油田设备技术领域，其结构包括外壳，外壳上设置有外环力矩器和外环角度传感器，外环力矩器和外环角度传感器之间连接有外环，外环上设置有内环力矩器和内环角度传感器，内环力矩器和内环角度传感器之间连接有内环，内环上设置有转子，转子通过转子驱动机构旋转；采样电阻R1和采样电阻R3相对外环力矩线圈L1并联；采样电阻R2和采样电阻R4相对内环力矩线圈L2并联。该测井用挠性陀螺具备不断电测量技术，其具有体积小、启动快、自寻北、不用掉电分为测量和提拉两种测试模式，极大的提高了油田生产效率。
【专利说明】
测井用挠性陀螺
技术领域
[0001]本实用新型涉及油田设备技术领域，具体地说是一种测井用挠性陀螺。
【背景技术】
[0002]—般的，近年来国内已有相关单位相继开发出了不同类型的陀螺测斜仪应用于石油油井测量，但在具体使用过程中不断暴露出通讯可靠性差、体积重量大、抗震性能差、只能进行点测且单点测量完成到仪器提拉期间，静止时间过长(一般需要陀螺体断电后两分钟后才能上提)测量效率低以及操作复杂等缺点。故给油田监测、生产造成不便。
【发明内容】
[0003]本实用新型的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种测井用挠性陀螺。
[0004]本实用新型的技术方案是按以下方式实现的，该测井用挠性陀螺，其结构包括外壳，
[0005]外壳上设置有外环力矩器和外环角度传感器，外环力矩器和外环角度传感器之间连接有外环，
[0006]外环上设置有内环力矩器和内环角度传感器，内环力矩器和内环角度传感器之间连接有内环，
[0007]内环上设置有转子，转子通过转子驱动机构旋转；
[0008]外环力矩器的外环力矩线圈LI与采样电阻Rl串联，采样电阻Rl接地；
[0009]外环力矩线圈LI通过KOOl位继电器开关与采样电阻R3串联，采样电阻R3接地；
[0010]采样电阻Rl和采样电阻R3相对外环力矩线圈LI并联；
[0011]内环力矩器的内环力矩线圈L2与采样电阻R2串联，采样电阻R2接地；
[0012]内环力矩线圈L2通过KOOl位继电器开关与采样电阻R4串联，采样电阻R4接地；
[0013]采样电阻R2和采样电阻R4相对内环力矩线圈L2并联；
[0014]通信板输出功能切换信号CR，CR信号电路串联光耦合器Ul内部的发光二极管一，光親合器Ul内部的光敏三极管一串联到KOOl位继电器开关信号控制器上，KOOl位继电器开关信号控制器连接KOOl位继电器开关，KOOl位继电器开关信号控制器串联光耦合器U2内部的发光二极管二，光耦合器U2内部的光敏三极管二串联TR信号电路。
[0015]采样电阻Rl为300 Ω，采样电阻R2为300 Ω，采样电阻R3为50 Ω，采样电阻R4为50Ω。
[0016]本实用新型与现有技术相比所产生的有益效果是:
[0017]该测井用挠性陀螺具备不断电测量技术，其具有体积小、启动快、自寻北、不用掉电分为测量和提拉两种测试模式，极大的提高了油田生产效率。
[0018]该测井用挠性陀螺，在陀螺体不进行改造的情况下，采用这种测量模式，通过电路上的改进，实现了陀螺体在不需掉电静止的情况下，进行仪器的上提或下放。这样消除了点测后，陀螺体需静止的时间。大大节省了单井陀螺的测井时间，减轻了仪器反复上电对电器元件的冲击，大大延长了电器元件和陀螺的使用寿命。更加重要的是大大减轻了人员上井的劳动强度。
[0019]该测井用挠性陀螺设计合理、结构简单、安全可靠、使用方便、易于维护，具有很好的推广使用价值。
【附图说明】
[0020]附图1是本实用新型的结构示意图；
[0021]附图2是本实用新型的通信板与伺服状态切换和反馈信号电路图。
[0022]附图中的标记分别表示:
[0023]1、外壳，2、外环力矩器，3、外环角度传感器，4、外环，
[0024]5、内环力矩器，6、内环角度传感器，7、内环，
[0025]8、转子，9、转子驱动机构，
[0026]10、外环力矩线圈1^1，11、采样电阻1?1，12、1(001位继电器开关，13、采样电阻1?，
[0027]14、内环力矩线圈L2，15、采样电阻R2，16、采样电阻R4，
[0028]17、通信板，18、CR信号电路，19、光耦合器Ul，20、发光二极管一，21、光敏三极管一，22、K001位继电器开关信号控制器，
[0029 ] 23、光耦合器U2，24、发光二极管二，25、光敏三极管二，26、TR信号电路。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本实用新型的测井用挠性陀螺作以下详细说明。
[0031]如附图所示，本实用新型的测井用挠性陀螺，其结构包括外壳I，
[0032]外壳I上设置有外环力矩器2和外环角度传感器3，外环力矩器2和外环角度传感器3之间连接有外环4，
[0033]外环4上设置有内环力矩器5和内环角度传感器6，内环力矩器5和内环角度传感器6之间连接有内环7，
[0034]内环7上设置有转子8，转子8通过转子驱动机构9旋转；
[0035]外环力矩器2的外环力矩线圈LI10与采样电阻Rl 11串联，采样电阻Rl 11接地；
[0036]外环力矩线圈LI 10通过KOOl位继电器开关12与采样电阻R3 13串联，采样电阻R3 13接地；
[0037]采样电阻Rl11和采样电阻R3 13相对外环力矩线圈LI 10并联；
[0038]内环力矩器5的内环力矩线圈L214与采样电阻R2 15串联，采样电阻R2 15接地；
[0039]内环力矩线圈L214通过KOOl位继电器开关12与采样电阻R4 16串联，采样电阻R4 16接地；
[0040]采样电阻R2 15和采样电阻R4 16相对内环力矩线圈L2 14并联；
[0041]通信板17输出功能切换信号CR，CR信号电路18串联光耦合器Ul19内部的发光二极管一 20，光耦合器Ul内部的光敏三极管一 21串联到KOOl位继电器开关信号控制器22上，KOOl位继电器开关信号控制器22连接KOOl位继电器开关12，K001位继电器开关信号控制器22串联光耦合器U2 23内部的发光二极管二 24，光耦合器U2内部的光敏三极管二 25串联TR信号电路26。
[0042]采样电阻Rl为300 Ω，采样电阻R2为300 Ω，采样电阻R3为50Ω，采样电阻R4为50Ω。
[0043]绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺。通常所说的陀螺是特指对称陀螺，它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体，其几何对称轴就是它的自转轴。由苍蝇后翅(特化为平衡棒)仿生得来。陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。在现实生活中，陀螺仪发生的进给运动是在重力力矩的作用下发生的。
[0044]根据陀螺高速旋转的特性，改进陀螺测井仪的工作状态仪器。可以根据上位机的指令控制陀螺仪工作于大速率模式和小速率模式，大速率模式为提拉模式，井下仪不采集数据，减小功耗，延长仪器的使用寿命;小速率模式，井下仪控制陀螺的对转点击，分别在0°和180°采集多组数据，采用数据处理的方法，选取有用的数据计算方位、井斜等，利用对转特性消除误差；
[0045]功能切换信号CR信号由通讯板发出，用于控制产品状态切换(“I”为3.3V~5V电压，“O”为小于0.5V电压，以DGND为参考地)XR信号为“I”时则陀螺进入点测模式，即测井状态(该状态下陀螺用于分辨地球角速率信号，无法跟踪大的输入角速率，其允许输入角速率S3%)； CR信号为“O”时则陀螺进入提拉模式(该状态下陀螺分辨率降低，无法分辨地球角速率，但存在更大的角速率输入，保证陀螺提拉过程中受到的振动和冲击对陀螺不会产生损坏)。
[0046]状态反馈信号TR由伺服电路板发出，用于向系统反应产品当时的工作状态；“I”表示产品工作在点测模式，“O”表示你产品工作在提拉模式(“I”为3.3V~5V电压信号，“O”为小于0.5V电压信号，以DGND为参考地)。
[0047]陀螺输出主要通过在陀螺力矩器上串联采样电阻，将力矩器电流转化为电压输出。测井状态时，采样电阻设计为300 Ω，此时陀螺拥有较高的分辨率，可以分辨出地球角速度从而用于方位结算，但由于伺服功放电压最大值为15V，因此可以为力矩器提供的最大电流收到限制，因此陀螺无法跟踪较大的输入角速率;提拉模式时，采样电阻变为50 Ω，陀螺分辨率降低，但由于采样电阻减小，15V功放可为力矩器提供更大的工作电流，因此陀螺可根据大的角速率输入而保证陀螺不被损坏。
[0048]图2中L1、L2为动调陀螺仪力矩线圈(20±2Ω )。当陀螺仪存在角速度输入时，伺服回路向力矩器线圈施加控制电流，形成控制力矩，使陀螺测量元件跟踪输入角速度，形成闭合回路。通过L1、L2的电流即可表征陀螺仪敏感角速率的大小，采样电阻Rl、R2、R3、R4将L1、L2的电流信号转化为电压信号作为陀螺仪敏感角速率的输出信号。
[0049]YLH、YLL、XLH、XLL分别表示动调陀螺仪两路力矩器的高低端。Ul和U2为光耦和器(内部由发光二极管和光敏三极管组成)，由于内部无物理连接，可以很好的抑制噪声，具有体积小、无触点、抗干扰强等优点。KOOl位继电器，通过控制信号的高低进行开关切换。R1、R2、R3、R4为采样电阻。当通信板CR信号为“I”时，Ul内部的二极管不导通，致使Ul不工作，YLL和XLL通过电阻R1(300Q)和R2(300Q)分别接地，TR信号由于U2输入信号为低电平，是得U2不工作，TR信号始终保持在高电平状态，即“I”状态，从而陀螺保持在点测模式，S刚井状态老党通信板CR信号为“O”时，Ul工作，YLL和XLL通过电阻R3(50Q )和R4(50Q)接地，U2输入端有高电平信号，使得U2工作，TR信号拉低变为低电平，即为“O”，陀螺工作在提拉模式。
[0050]可知，跟踪角速率与采样RC成反比，当RC越小时，电流越大，跟踪的角速率越大，反之亦然;即点测模式下跟踪速率小，提拉模式下跟踪速率大。
[0051]该测井用挠性陀螺，在陀螺体不进行改造的情况下，采用这种测量模式，通过电路上的改进，实现了陀螺体在不需掉电静止的情况下，进行仪器的上提或下放。这样消除了点测后，陀螺体需静止的时间。大大节省了单井陀螺的测井时间，减轻了仪器反复上电对电器元件的冲击，大大延长了电器元件和陀螺的使用寿命。更加重要的是大大减轻了人员上井的劳动强度。
【主权项】
1.测井用挠性陀螺，其特征在于包括外壳， 外壳上设置有外环力矩器和外环角度传感器，外环力矩器和外环角度传感器之间连接有外环， 外环上设置有内环力矩器和内环角度传感器，内环力矩器和内环角度传感器之间连接有内环， 内环上设置有转子，转子通过转子驱动机构旋转； 外环力矩器的外环力矩线圈LI与采样电阻Rl串联，采样电阻Rl接地； 外环力矩线圈LI通过KOOl位继电器开关与采样电阻R3串联，采样电阻R3接地； 采样电阻Rl和采样电阻R3相对外环力矩线圈LI并联； 内环力矩器的内环力矩线圈L2与采样电阻R2串联，采样电阻R2接地； 内环力矩线圈L2通过KOOl位继电器开关与采样电阻R4串联，采样电阻R4接地； 采样电阻R2和采样电阻R4相对内环力矩线圈L2并联； 通信板输出功能切换信号CR，CR信号电路串联光耦合器Ul内部的发光二极管一，光耦合器Ul内部的光敏三极管一串联到KOOl位继电器开关信号控制器上，KOOl位继电器开关信号控制器连接KOOl位继电器开关，KOOl位继电器开关信号控制器串联光耦合器U2内部的发光二极管二，光耦合器U2内部的光敏三极管二串联TR信号电路。2.根据权利要求1所述的测井用挠性陀螺，其特征在于:采样电阻Rl为300Ω，采样电阻R2为300Ω，采样电阻R3为50Ω，采样电阻R4为50Ω。
【文档编号】G01C19/02GK205482966SQ201620092978
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月30日
【发明人】于涛
【申请人】胜利油田东强仪器仪表制造有限责任公司