[go: up one dir, main page]

RU2528105C2 - Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer - Google Patents

Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer Download PDF

Info

Publication number
RU2528105C2
RU2528105C2 RU2012156992/28A RU2012156992A RU2528105C2 RU 2528105 C2 RU2528105 C2 RU 2528105C2 RU 2012156992/28 A RU2012156992/28 A RU 2012156992/28A RU 2012156992 A RU2012156992 A RU 2012156992A RU 2528105 C2 RU2528105 C2 RU 2528105C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
signal
axis
input
outputs
Prior art date
Application number
RU2012156992/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012156992A (en
Inventor
Сергей Валентинович Кривошеев
Александр Юрьевич Стрелков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Priority to RU2012156992/28A priority Critical patent/RU2528105C2/en
Publication of RU2012156992A publication Critical patent/RU2012156992A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2528105C2 publication Critical patent/RU2528105C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention relates to precision instruments industry and may be used, for instance, to build well instruments (WI) of continuous small-sized gyroscopic inclinometers (GI) with an autonomous initial setting (AIS) in azimuth for determination of coordinates of the axis of symmetry of wells. A gyroinertial module GI comprises a uniaxial gyrostabiliser (GS), on the platform (9) of which there are two acceleration meters (13, 14) and an attitude gyroscope (12), installed in a rotary frame (RF) (5), the axis of suspension of which is perpendicular to the axis of stabilisation (SA). In the measurement mode the RF (5) is rotated in a position, in which the vector of kinetic moment of the gyroscope (12) is perpendicular to the axis of suspension of the platform (9), and the gyroscope (12) is used as a sensitive element of the GS. In the AIS mode the SA is installed into vertical position by signals of acceleration meters (13, 14), and the RF (5) is rotated by 90°, turning the gyroscope (12) into a bicomponent meter of angular speed. The platform (9) is rotated with permanent speed, its angle of rotation and angular speeds are measured and recorded. Using the received data, the initial azimuth of platform (9) axes is calculated. Using the RF (5) makes it possible to implement measurement logics in one instrument based on using the GS, and AIS logics based on measurement of the horizontal component of the angular speeds of Earth rotation relative to two axes.
EFFECT: invention helps to increase accuracy of determination of initial azimuth, and accordingly accuracy of instrument operation.
4 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано, например, для построения скважинных приборов (СП) непрерывных малогабаритных гироскопических инклинометров для обследования нефтяных, газовых и геофизических скважин, путем непрерывного движения СП в скважине при автономной начальной выставке в азимуте.The invention relates to precision instrumentation and can be used, for example, to build downhole tools (SP) of continuous small-sized gyroscopic inclinometers for examining oil, gas and geophysical wells, by continuously moving the SP in the well during an autonomous initial exhibition in azimuth.

Известен гироскопический инклинометр (АС 1788224 СССР, МКИ E21B 47/02. Инклинометр. / Рогатых Н.П., Куклина Л.А. // БИ 1993, №2).Known gyroscopic inclinometer (AS 1788224 USSR, MKI E21B 47/02. Inclinometer. / Rogatykh N.P., Kuklina L.A. // BI 1993, No. 2).

Для построения гироинерциального блока используются два идентичных (селективно подобранных по дрейфам) гирополукомпаса (ГПК), оси наружных рамок которых совпадают с продольной осью СП. Каждый ГПК состоит из наружных рамок, в которых установлены гироузлы (внутренние рамки с гиромоторами), по осям подвеса установлены датчики углов, которые измеряют углы поворота корпуса СП относительно стабилизированных в пространстве векторов кинетических моментов.To build a gyro-inertial unit, two identical gyro-half-compasses (GPC) are used (the axes of the outer frames of which coincide with the longitudinal axis of the joint venture) (selectively selected according to drifts). Each CCP consists of external frames in which gyro nodes are installed (internal frames with gyromotors), angle sensors are installed along the suspension axes, which measure the rotation angles of the joint venture relative to the space-stabilized kinetic moment vectors.

Горизонтальные коррекции ГПК состоят из жидкостных МЧЭ (обычно датчики жидкостные маятниковые типа ДЖМ-9Б) и коррекционных моторов. Так как в ГПК векторы кинетических моментов должны быть повернуты относительно базовых рисок корпуса на равные углы, то приборы должны иметь систему механического арретирования или электрического арретирования, которая, как указывают авторы Рогатых Н.П. и Куклина Л.А., на схеме условно не показана. Но введение систем механического арретирования значительно усложнит конструктивно и, вероятно, увеличит диаметр СП, а для системы электрического арретирования необходимо по осям подвеса гироузлов дополнительно устанавливать коррекционные моторы, что также увеличивает диаметр СП.Horizontal corrections of the HPA consist of liquid MCE (usually liquid pendulum sensors of the type DZHM-9B) and correction motors. Since in the CCP the vectors of kinetic moments must be rotated with equal angles relative to the base body patterns, the devices must have a mechanical locking system or electrical locking system, which, as the authors indicate, N. N. Rogatykh and Kuklina L.A., conditionally not shown in the diagram. But the introduction of mechanical locking systems will significantly complicate the design and will probably increase the diameter of the joint venture, and for the electric locking system it is necessary to additionally install correction motors along the axes of the suspension of the gyro units, which also increases the diameter of the joint venture.

К известным техническим решениям можно отнести измерительный блок инклинометра (АС 1827541 СССР, МКИ G01C 19/00. Измерительный блок инклинометра./ Галкин В.И. и др. // БИ 1993, 26).Known technical solutions include the measuring unit of the inclinometer (AC 1827541 USSR, MKI G01C 19/00. The measuring unit of the inclinometer. / Galkin V.I. et al. // BI 1993, 26).

Измерительный блок инклинометра состоит из магнитного гироскопа типа ГМП-М со сферическим ротором из магнитомягкого материала с цилиндрической полостью по оси его вращения, что необходимо для работы двухкоординатных датчиков углов и датчиков моментов.The measuring unit of the inclinometer consists of a GMP-M type magnetic gyroscope with a spherical rotor of soft magnetic material with a cylindrical cavity along the axis of rotation, which is necessary for the operation of two-coordinate angle sensors and moment sensors.

Гироскоп ГМП-М с пассивным магнитным подвесом ротора может работать в качестве двухкомпонентного измерителя угловой скорости и трехкомпонентного измерителя ускорений. Для этого сигналы датчиков углов, измеряющие углы отклонения ротора относительно корпуса в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, через усилители с последовательно включенными масштабными резисторами, с которых снимаются сигналы, пропорциональные угловым скоростям, подключают к соответствующим входам двухкоординатного датчика моментов.The GMP-M gyroscope with a passive magnetic rotor suspension can operate as a two-component angular velocity meter and a three-component acceleration meter. To this end, the signals of angle sensors measuring angles of deviation of the rotor relative to the housing in two mutually perpendicular planes, through amplifiers with series-connected scale resistors, from which signals proportional to angular velocities are taken, are connected to the corresponding inputs of the two-coordinate moment sensor.

Недостатки: магнитный гироскоп имеет сложную конструкцию, а сам инклинометр по идеологии построения является точечным.Disadvantages: the magnetic gyroscope has a complex structure, and the inclinometer itself is point based on the construction ideology.

Известен также инклинометр гироскопического типа (Патент РФ 2004786, МКИ E21B 47/02. Инклинометр. / Белянин Л.Н. и др. // БИ №45, от 15.12.1993).A gyroscopic type inclinometer is also known (RF Patent 2004786, MKI E21B 47/02. Inclinometer. / Belyanin L.N. et al. // BI No. 45, dated December 15, 1993).

В этой схеме гироинерциального модуля (ГИМ) рационально объединены два подхода: часть схемы является фрагментом бескарданной системы ориентации (БСО), содержащей двухкомпонентные акселерометр и датчик угловых скоростей (ДУС), жестко закрепленные на корпусе, с осями чувствительности, перпендикулярными продольной оси СП, а вторая часть схемы - классическим трехстепенным гироскопом (ТСГ) с маятниковой горизонтальной коррекцией. При этом из метода на основе БСО заимствуется принцип начальной выставки, но уже для вектора кинетического момента ТСГ, сигнал курсового датчика угла которого используется для формирования азимута скважины, причем в зависимости от режима функционирования - выставка или работа - в ТСГ включается или выключается горизонтальная коррекция.In this scheme of the gyroinertial module (GIM), two approaches are rationally combined: part of the scheme is a fragment of a gimballess orientation system (BSO) containing a two-component accelerometer and an angular velocity sensor (DLS), rigidly fixed to the body, with sensitivity axes perpendicular to the longitudinal axis of the SP, and the second part of the circuit is a classic three-degree gyroscope (TSG) with horizontal pendulum correction. In this case, the principle of the initial exhibition is taken from the BSO-based method, but already for the TSG kinetic moment vector, the signal of the course angle sensor of which is used to form the azimuth of the well, and depending on the operating mode — exhibition or work — horizontal correction is turned on or off in the TSG.

Недостатки: наличие ТСГ в кардановом подвесе, у которого при искривлении скважины рамки имеют тенденцию к совмещению, а также значительные габариты по диаметру СП. Кроме того, при движении в скважине имеется вращение СП вокруг продольной оси, что отрицательно сказывается на измерениях акселерометра и ДУС.Disadvantages: the presence of TSG in the gimbal suspension, which, when the well is bent, the frames tend to be aligned, as well as significant dimensions in terms of diameter of the joint venture. In addition, when moving in the well, there is a rotation of the SP around the longitudinal axis, which adversely affects the measurements of the accelerometer and TLS.

Известен также гироскопический инклинометр (Патент РФ №2030574, МКИ E21B 47/02. Способ определения азимута скважины в последовательных точках и гироскопический инклинометр. / Григорьев Н.И. и др. // Бюл. №7, 10.03.95), гироинерциальный модуль (ГИМ) которого построен на базе двух акселерометров (измерителей ускорений) и двух двухкоординатных датчиков угловых скоростей (измерителей угловых скоростей) на основе трехстепенных гироскопов, например, динамически настраиваемых гироскопов, которые жестко закреплены на корпусе скважинного прибора. При этом датчики угловых скоростей в процессе формирования измерительной информации устанавливают последовательно в два положения, отличающиеся друг от друга разворотом на 180° относительно оси, перпендикулярной к осям измерения угловых скоростей, совпадающей с продольной осью СП.A gyroscopic inclinometer is also known (RF Patent No. 2030574, MKI E21B 47/02. A method for determining the azimuth of a well at successive points and a gyroscopic inclinometer. / Grigoryev N.I. et al. // Bul. No. 7, 03/10/95), gyroinertial module (GIM) which is built on the basis of two accelerometers (acceleration meters) and two two-coordinate angular velocity sensors (angular velocity meters) based on three-stage gyroscopes, for example, dynamically tuned gyroscopes that are rigidly fixed to the body of the downhole tool. In this case, the angular velocity sensors in the process of forming the measurement information are installed sequentially in two positions, differing from each other by a 180 ° rotation relative to the axis perpendicular to the angular velocity measuring axes, which coincides with the longitudinal axis of the joint venture.

Указанные гироинерциальные модули обуславливают инклинометру следующие недостатки: инклинометр работает только в точечном режиме, что увеличивает время обследования скважин и приводит к снижению производительности инклинометрических работ, кроме того, такая схема гироинерциального модуля не позволяет создавать малогабаритные инклинометры.The indicated gyroinertial modules cause the inclinometer the following disadvantages: the inclinometer operates only in the spot mode, which increases the time for examining wells and reduces the productivity of inclinometric work, in addition, such a scheme of the gyroinertial module does not allow the creation of small-sized inclinometers.

Известен гироинерциальный модуль гироскопического инклинометра, описанный в патенте РФ 2100594 «Способ определения азимута и зенитного угла скважины и гироскопический инклинометр». / Е.А.Порубилкин, B.C.Фрейман, С.В.Кривошеев и др. // БИ №36, 1997, принятый за прототип, в котором гироинерциальный модуль построен на базе одноосного индикаторного гиростабилизатора.Known gyroinertial module of a gyroscopic inclinometer described in RF patent 2100594 "Method for determining the azimuth and zenith angle of the well and gyroscopic inclinometer." / E.A. Porubilkin, B.C. Freiman, S.V. Krivosheev and others // BI No. 36, 1997, adopted as a prototype in which the gyroinertial module is based on a uniaxial indicator gyrostabilizer.

Гироинерциальный модуль гироскопического инклинометра содержит одноосный индикаторный гиростабилизатор, на платформе которого жестко установлены измерители ускорений с взаимно перпендикулярными осями чувствительности и ориентированными перпендикулярно оси стабилизации гиростабилизатора и трехстепенной гироскоп, второй датчик угла которого через усилитель стабилизации соединен с двигателем отработки, кинематически связанным с осью стабилизации, на которой закреплен выходной датчик угла, выполненный, например, в виде синусно-косинусного трансформатора, и блок цифровой обработки, к соответствующим входам которого подключены выходы выходного датчика угла гиростабилизатора, выходы измерителей ускорений и выход измерителя угловой скорости, причем первый выход блока цифровой обработки соединен с управляющим входом задатчика эталонного тока, сигнальный выход которого подключен к первому датчику момента гироскопа, расположенному на оси, перпендикулярной оси стабилизации, а второй и третий выходы блока цифровой обработки через каротажный кабель соединены с наземным вычислителем.The gyroinertial module of the gyroscopic inclinometer contains a uniaxial indicator gyrostabilizer, on the platform of which acceleration meters are rigidly mounted with mutually perpendicular sensitivity axes and oriented perpendicular to the gyro stabilizer stabilization axis and a three-degree gyroscope, the second angle sensor of which is connected through the stabilization amplifier to the workout motor through a stabilization amplifier connected to a stabilization motor which secures the output angle sensor, made, for example, in the form of a sinus an inus transformer, and a digital processing unit, to the corresponding inputs of which are connected the outputs of the output gyro stabilizer angle sensor, the outputs of the acceleration meters and the output of the angular velocity meter, the first output of the digital processing unit being connected to the control input of the reference current master, the signal output of which is connected to the first torque sensor a gyroscope located on an axis perpendicular to the stabilization axis, and the second and third outputs of the digital processing unit via a wireline cable are connected to the ground calculator.

Для определения начальной ориентации осей чувствительности измерителей ускорений платформу, на которой они установлены, в соответствии со способом, приведенном в данном патенте, вращают в азимуте вокруг оси стабилизации (на один-два оборота). При этом по сигналам канала измерения угловой скорости трехстепенного гироскопа формируют массив измерений горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли и, используя процедуру численной оптимизации функции невязки, представляющей сумму квадратов разности эталонной угловой скоростиTo determine the initial orientation of the sensitivity axes of the acceleration meters, the platform on which they are installed, in accordance with the method described in this patent, is rotated in azimuth around the stabilization axis (one to two turns). In this case, an array of measurements of the horizontal component of the angular velocity of the Earth’s rotation is formed from the signals of the channel for measuring the angular velocity of a three-stage gyroscope and, using the procedure of numerical optimization of the residual function, which is the sum of the squares of the difference

ω э j = ω д р с + Ω з г sin ( ω в j + α x 1 )

Figure 00000001
, ω uh j = ω d R from + Ω s g sin ( ω at j + α x one )
Figure 00000001
,

где ωв - средняя угловая скорость вращения платформы;where ω in - the average angular velocity of rotation of the platform;

Ωзг - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли;Ω zg - horizontal component of the angular velocity of rotation of the Earth;

ω д р с

Figure 00000002
- систематическая составляющая дрейфа гироскопа; ω d R from
Figure 00000002
- the systematic component of the drift of the gyroscope;

αx1 - фазовый сдвиг, который является азимутальным углом осей чувствительности измерителей ускорений в момент начала выставки;α x1 is the phase shift, which is the azimuthal angle of the sensitivity axes of the acceleration meters at the time the exhibition starts;

j - номер измерения;j is the measurement number;

и измеренной угловой скорости ωj на всем наборе измерений, минимизируют ее по фазовому сдвигу, а азимутальный угол осей чувствительности измерителей ускорений в момент окончания выставки определяют по формулеand the measured angular velocity ω j over the entire set of measurements, minimize it by the phase shift, and the azimuthal angle of the sensitivity axes of the acceleration meters at the end of the exhibition is determined by the formula

αв1x1,α xb = ψ in1 + α x1 ,

где ψ1, ψв - углы поворота осей чувствительности измерителей ускорений относительно корпуса скважинного прибора вокруг оси стабилизации в моменты начала и окончания выставки соответственно.where ψ 1 , ψ in are the angles of rotation of the sensitivity axes of the acceleration meters relative to the body of the downhole tool around the stabilization axis at the moments of the beginning and end of the exhibition, respectively.

Недостатком гироинерциального модуля прототипа является потенциально более низкая точность определения начального азимутального угла αхв, который является ключевым элементом при решении задачи навигации движения СП в скважине.The disadvantage of the gyroinertial module of the prototype is the potentially lower accuracy of determining the initial azimuthal angle α xv , which is a key element in solving the problem of navigating the movement of SP in the well.

Применение двухкомпонентного измерителя угловой скорости в режиме начальной выставки позволяет получить избыточную информацию, что, как известно, способствует при определенной структуре алгоритмов повышению точности определения того параметра, который функционально связан с измеряемой величиной. В данном случае параметром является начальный азимутальный угол αхв, а измеряемой величиной - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли в проекции на измерительные оси двухкомпонентного измерителя угловой скорости.The use of a two-component angular velocity meter in the initial exhibition mode allows you to get redundant information, which, as you know, helps with a certain structure of algorithms to increase the accuracy of determining the parameter that is functionally related to the measured value. In this case, the parameter is the initial azimuthal angle α xv , and the measured value is the horizontal component of the angular velocity of the Earth's rotation in projection onto the measuring axes of the two-component angular velocity meter.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в повышении точности определения начального азимутального угла осей чувствительности измерителей ускорений гироинерциального модуля, построенного по схеме одноосного индикаторного гиростабилизатора, а следовательно, и в целом - повышению точности работы инклинометра.The technical result of the claimed invention consists in increasing the accuracy of determining the initial azimuthal angle of the sensitivity axes of the accelerometer gyro-inertial module, built according to the scheme of a uniaxial indicator gyrostabilizer, and therefore, in general, to increase the accuracy of the inclinometer.

Технический результат достигается тем, что в гироинерциальном модуле гироскопического инклинометра, содержащем одноосный гироскопический стабилизатор,The technical result is achieved by the fact that in the gyroinertial module of the gyroscopic inclinometer containing a uniaxial gyroscopic stabilizer,

на платформе которого жестко установлены два измерителя ускорений с двумя взаимно перпендикулярными осями чувствительности, которые перпендикулярны оси стабилизации гиростабилизатора, трехстепенной гироскоп, по осям подвеса которого установлены датчики углов и датчики моментов, двигатель отработки, соединенный с выходом усилителя стабилизации и кинематически связанный с осью стабилизации, на которой закреплен выходной датчик угла, выполненный в виде синусно-косинусного трансформатора, и блок цифровой обработки, к первому и второму входам которого подключены выходы выходного датчика угла гиростабилизатора, к третьему и четвертому - выходы измерителей ускорений, к шестому - выход датчика температуры, а к пятому - второй сигнальный выход первого усилителя канала измерения угловой скорости, на сигнальный вход которого подключен выход датчика угла относительно оси подвеса внутренней рамы, а первый сигнальный выход первого усилителя канала измерения угловой скорости подключен к датчику момента относительно оси подвеса наружной рамы, при этом первый выход блока цифровой обработки соединен с управляющим входом задатчика эталонного тока, второй и третий выходы блока цифровой обработки через каротажный кабель подключены к наземному вычислителю, новым является то, чтоon the platform of which two acceleration meters are rigidly installed with two mutually perpendicular axes of sensitivity, which are perpendicular to the stabilization axis of the gyrostabilizer, a three-stage gyroscope, along the axes of the suspension of which angular sensors and torque sensors are installed, a mining engine connected to the output of the stabilization amplifier and kinematically connected to the stabilization axis, on which the output angle sensor is made, made in the form of a sine-cosine transformer, and a digital processing unit, to the first and second the inputs of which are connected the outputs of the output sensor of the gyrostabilizer angle, the third and fourth - the outputs of the acceleration meters, the sixth - the output of the temperature sensor, and the fifth - the second signal output of the first amplifier of the channel for measuring angular velocity, the signal input of which is connected to the output of the angle sensor relative to the suspension axis the internal frame, and the first signal output of the first amplifier of the channel for measuring angular velocity is connected to the torque sensor relative to the suspension axis of the external frame, while the first output of the digital unit the processing is connected to the control input of the reference current setter, the second and third outputs of the digital processing unit are connected via a wireline cable to the ground computer, new is that

что трехстепенной гироскоп установлен в поворотной раме, ось подвеса которой перпендикулярна оси стабилизации гироскопического стабилизатора, совпадает с осью чувствительности одного из измерителей ускорений и с которой кинематически связаны датчик угла позиционирования поворотной рамы и двигатель разворота, к входу которого через усилитель двигателя разворота подключен выход третьего управляемого коммутатора, первый и второй управляющие входы которого соединены с первым и вторым выходами логического устройства, первый сигнальный вход третьего управляемого коммутатора подключен ко второму выходу задатчика эталонного тока, первый выход которого подключен ко второму сигнальному входу третьего управляемого коммутатора и к сигнальному входу второго управляемого коммутатора, выход которого соединен с вторым входом усилителя стабилизации, первый вход которого соединен с первым сигнальным выходом первого управляемого коммутатора, управляющий вход которого соединен с третьим выходом логического устройства, четвертый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго усилителей каналов измерения угловой скорости и управляющим входом второго управляемого коммутатора, сигнальный вход первого управляемого коммутатора соединен с датчиком угла относительно оси подвеса наружной рамы, второй сигнальный выход первого управляемого коммутатора соединен с сигнальным входом второго усилителя канала измерения угловой скорости, первый сигнальный выход которого соединен с датчиком момента относительно оси подвеса внутренней рамы, а к первому и второму входам логического устройства подключены четвертый и пятый выходы блока цифровой обработки, к седьмому входу которого подключен второй сигнальный выход второго усилителя канала измерения угловой скорости, а к третьему и четвертому входам логического устройства подключены третий и четвертый выходы преобразователя сигналов, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвертым сигнальными входами третьего управляемого коммутатора, а первый и второй входы преобразователя сигналов соединены с выходами датчика угла позиционирования поворотной рамы.that a three-stage gyroscope is mounted in a rotary frame, the suspension axis of which is perpendicular to the stabilization axis of the gyroscopic stabilizer, coincides with the sensitivity axis of one of the acceleration meters and with which the rotational frame position sensor and the reversal engine are kinematically connected, to the input of which the output of the third controllable motor is connected switch, the first and second control inputs of which are connected to the first and second outputs of the logical device, the first signal the third input of the third managed switch is connected to the second output of the reference current master, the first output of which is connected to the second signal input of the third managed switch and to the signal input of the second managed switch, the output of which is connected to the second input of the stabilization amplifier, the first input of which is connected to the first signal output of the first managed switch, the control input of which is connected to the third output of the logical device, the fourth output of which is connected to the control input and the first and second amplifiers of the channels for measuring the angular velocity and the control input of the second managed switch, the signal input of the first managed switch is connected to the angle sensor relative to the suspension axis of the outer frame, the second signal output of the first managed switch is connected to the signal input of the second amplifier of the channel for measuring angular velocity, the first signal the output of which is connected to a torque sensor relative to the suspension axis of the inner frame, and to the first and second inputs of the logic device the fourth and fifth outputs of the digital processing unit, to the seventh input of which the second signal output of the second amplifier of the channel for measuring angular velocity is connected, and the third and fourth inputs of the logic device are connected to the third and fourth outputs of the signal converter, the first and second outputs of which are connected to the third and fourth the signal inputs of the third managed switch, and the first and second inputs of the signal converter are connected to the outputs of the rotational frame positioning angle sensor.

Сущность изобретения поясняется чертежами, приведенными на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, гдеThe invention is illustrated by the drawings shown in figure 1, figure 2, figure 3, figure 4, where

фиг.1 - структурно-кинематическая схема гироинерциального модуля гироскопического инклинометра;figure 1 is a structural-kinematic diagram of the gyroinertial module of a gyroscopic inclinometer;

фиг.2 иллюстрирует взаимное положение систем координат (СК) при повороте поворотной рамы на угол χ;figure 2 illustrates the relative position of coordinate systems (SK) when the rotation of the rotary frame at an angle χ;

фиг.3 иллюстрирует взаимное положение СК при вращении осей, связанных с гироскопом и платформой, в процессе начальной азимутальной выставки;figure 3 illustrates the relative position of the SK during the rotation of the axes associated with the gyroscope and the platform during the initial azimuthal exhibition;

фиг.4 поясняет работу датчика угла позиционирования рамы.4 illustrates the operation of the frame positioning angle sensor.

На фиг.1 приняты следующие обозначения:In figure 1, the following notation:

1 - гироинерциальный модуль (ГИМ) на базе одноосного гиростабилизатора (ГС), входящий в состав скважинного прибора (СП);1 - gyroinertial module (GIM) based on a uniaxial gyrostabilizer (GS), which is part of the downhole tool (SP);

2 - каротажный кабель (КК);2 - wireline cable (QC);

3 - наземный вычислитель;3 - ground computer;

4 - первый управляемый коммутатор (имеет один управляющий вход, один сигнальный вход и два сигнальных выхода);4 - the first managed switch (has one control input, one signal input and two signal outputs);

5 - поворотная рама;5 - rotary frame;

6 - блок цифровой обработки (БЦО);6 - digital processing unit (BTsO);

7 - задатчик эталонного тока (имеет управляющий вход и два выхода);7 - reference current master (has a control input and two outputs);

8 - датчик температуры;8 - temperature sensor;

9 - платформа ГС;9 - HS platform;

10 - выходной датчик угла, выполненный в виде синусно-косинусного трансформатора (СКТ);10 - output angle sensor, made in the form of a sine-cosine transformer (SKT);

11 - двигатель отработки (ДО);11 - a mining engine (DO);

12 - трехстепенной гироскоп (или двухканальный гироскоп);12 - three-stage gyroscope (or two-channel gyroscope);

13, 14 - измерители ускорений;13, 14 - acceleration meters;

15 - первый усилитель канала измерения угловой скорости (имеет один управляющий вход, один сигнальный вход и два сигнальных выхода);15 - the first amplifier channel measuring angular velocity (has one control input, one signal input and two signal outputs);

16 - усилитель стабилизации (УС);16 - stabilization amplifier (US);

17 - второй усилитель канала измерения угловой скорости (имеет один управляющий вход, один сигнальный вход и два сигнальных выхода);17 - second amplifier channel measuring the angular velocity (has one control input, one signal input and two signal outputs);

18 - ротор трехстепенного гироскопа;18 - rotor three-stage gyroscope;

19 - внутренняя рамка (BP) трехстепенного гироскопа;19 - inner frame (BP) of a three-stage gyroscope;

20 - наружная рамка (HP) трехстепенного гироскопа;20 - outer frame (HP) of a three-stage gyroscope;

21 - датчик угла относительно оси подвеса BP (ДУ1);21 - angle sensor relative to the axis of the suspension BP (DN1);

22 - датчик момента относительно оси подвеса BP (ДМ1);22 - torque sensor relative to the suspension axis BP (DM1);

23 - датчик угла относительно оси подвеса HP (ДУ2);23 - angle sensor relative to the axis of the suspension HP (DN2);

24 - датчик момента относительно оси подвеса HP (ДМ2);24 - torque sensor relative to the axis of the suspension HP (DM2);

25 - логическое устройство (ЛУ) (имеет четыре входа и четыре выхода);25 - logical device (LU) (has four inputs and four outputs);

26 - двигатель разворота (ДР);26 - reversal engine (DR);

27 -датчик угла позиционирования рамы (ДУПР);27 - frame positioning angle sensor (DUPR);

28 - усилитель двигателя разворота (УДР);28 - amplifier engine reversal (UDR);

29 - преобразователь сигналов (имеет два сигнальных входа и четыре сигнальных выхода);29 - signal converter (has two signal inputs and four signal outputs);

30 - второй управляемый коммутатор (имеет управляющий вход, сигнальный вход и сигнальный выход);30 - the second managed switch (has a control input, signal input and signal output);

31 - третий управляемый коммутатор (имеет два управляющих входа, четыре сигнальных входа и один сигнальный выход);31 - the third managed switch (has two control inputs, four signal inputs and one signal output);

XCYCZC - СК, связанная с корпусом СП, причем YC - продольная ось СП;X C Y C Z C - SC associated with the body of the joint venture, and Y C - the longitudinal axis of the joint venture;

XnYnZn - СК, связанная с платформой 9, причем Yп - ось подвеса платформы, совпадает с осью YС СП;X n Y n Z n - SK associated with the platform 9, and Y p - the axis of suspension of the platform, coincides with the axis Y C SP;

XгYгZг - СК, связанная с гироскопом 12 (оси Xг, Yг являются измерительными осями гироскопа в режиме двухканального ДУС, когда он повернут на угол χ=90°);X g Y g Z g - SC associated with the gyroscope 12 (the X g and Y g axes are the measuring axes of the gyroscope in the dual-channel TLS mode when it is rotated through an angle χ = 90 °);

ХА, ZA - оси чувствительности измерителей ускорений 13 и 14, причем оси чувствительности совпадают с осями Хп, Zn платформы 9;X A , Z A - sensitivity axes of accelerometers 13 and 14, and the sensitivity axes coincide with the axes X p , Z n of the platform 9;

ψ - угол поворота платформы 9 относительно корпуса;ψ is the angle of rotation of the platform 9 relative to the housing;

UДО - входное напряжение ДО 11;U DO - input voltage DO 11;

UДР - входное напряжение ДР 26;U DR - input voltage DR 26;

U 1 л у U 4 л у

Figure 00000003
- выходные напряжения ЛУ 25; U one l at ... U four l at
Figure 00000003
- output voltage LU 25;

UB - команда перехода к режиму выставки, подаваемая с БЦО 6 на ЛУ 25;U B - the team transition to the exhibition mode, filed with BCO 6 on LU 25;

UИ - команда перехода к режиму измерения, подаваемая с БЦО 6 на ЛУ 25;U And - the command to switch to the measurement mode, filed with BCO 6 on LU 25;

Uχ0,Uχ90 - логические выходные сигналы, поступающие на ЛУ 25 от преобразователя сигналов 29 и соответствующие наличию или отсутствию выходных напряжений ДУПР 27 в заданных диапазонах;U χ0 , U χ90 - logical output signals arriving at the LU 25 from the signal converter 29 and corresponding to the presence or absence of output voltages DUPR 27 in the specified ranges;

Uχ1, Uχ2 - выходные напряжения преобразователя сигналов 29, пропорциональные углу отклонения рамы от положений χ=0° и χ=90°, измеряемые ДУПР 27;U χ1 , U χ2 are the output voltages of the signal converter 29, proportional to the angle of the frame deviation from the positions χ = 0 ° and χ = 90 °, measured by ARR 27;

U1…U7 - входные напряжения БЦО 6;U 1 ... U 7 - input voltage BCO 6;

U0, -U0 - выходные напряжения задатчика эталонного тока 7.U 0 , -U 0 - output voltage of the reference current setter 7.

На фиг.2 и фиг.3 приняты следующие обозначения:In figure 2 and figure 3 the following notation:

XgYgZg - земная географическая СК, причем ось Xg ориентирована на север (N), ось Yg ориентирована по местной вертикали, Zg дополняет систему координат до правой (направлена на восток);X g Y g Z g - terrestrial geographical SK, with the x g axis oriented to the north (N), the y g axis oriented in the local vertical, Z g complements the coordinate system to the right (facing east);

XпjYпjZпj, j = 1 ,n ¯

Figure 00000004
- СК, связанная с платформой 9, j=1 соответствует положению платформы в начале выставки;X pj Y pj Z pj , j = one , n ¯
Figure 00000004
- SC associated with platform 9, j = 1 corresponds to the position of the platform at the beginning of the exhibition;

XпвYпвZпв - СК, связанная с платформой 9 в момент перехода к режиму измерения;X pv Y pv Z pv - SK associated with platform 9 at the time of transition to the measurement mode;

XгZгZг - СК, связанная с гироскопом 12; (оси Xг, Yг являются измерительными осями гироскопа в режиме двухканального ДУС, когда он повернут на угол χ=90°);X g Z g Z g - SC associated with the gyroscope 12; (the axes X g , Y g are the measuring axes of the gyroscope in the two-channel TLS mode, when it is rotated through an angle χ = 90 °);

XгjYгjZгj, j = 1 ,n ¯

Figure 00000004
- СК, связанная с поворотной рамой 5 и гироскопом 12, причем в режиме выставки (χ=90°) ось Yгj совпадает с осью Zпj.; ось Xгj совпадает с осью Xпj; ось Zгj (вектор кинетического момента Н) направлена противоположно осям Yп и Yg;X gj Y gj Z gj , j = one , n ¯
Figure 00000004
- SC associated with the rotary frame 5 and the gyroscope 12, and in the exhibition mode (χ = 90 °), the axis Y gj coincides with the axis Z pj .; the x-axis xj coincides with the x- axis ; the axis Z gj (the kinetic momentum vector H) is directed opposite to the axes Y p and Y g ;

ψj, j = 1 ,n ¯

Figure 00000004
, - угол поворота платформы 9, j=1 соответствует положению платформы в начале выставки;ψ j , j = one , n ¯
Figure 00000004
, - the angle of rotation of the platform 9, j = 1 corresponds to the position of the platform at the beginning of the exhibition;

ψB - угол поворота платформы 9 в момент перехода к режиму измерения;ψ B is the angle of rotation of the platform 9 at the time of transition to the measurement mode;

χ - угол поворота поворотной рамы 5;χ - angle of rotation of the rotary frame 5;

αxj, j = 1 ,n ¯

Figure 00000004
- азимут оси Xпj платформы 9 и соответственно оси чувствительности ХА акселерометра 13, j=1 соответствует положению платформы в начале выставки;α xj j = one , n ¯
Figure 00000004
- the azimuth of the X axis pj of the platform 9 and, accordingly, the sensitivity axis X A of the accelerometer 13, j = 1, corresponds to the position of the platform at the beginning of the exhibition;

αхв - азимут оси Хп платформы 9 в момент перехода к режиму измерения;α xs - azimuth axis X n platform 9 at the time of transition to the measuring mode;

Δj - угол поворота платформы 9 относительно начального положения в режиме выставки.Δ j - the angle of rotation of the platform 9 relative to the initial position in the exhibition mode.

На фиг.4 приняты следующие обозначения:In figure 4, the following notation:

Yг1 - ось подвеса HP 20 гироскопа 12 при угле поворота поворотной рамы 5, равном χ=χ1; при таком положении ДУПР 27 измеряет угол Δχ0 отклонения поворотной рамы 5 от положения χ=0°;Y g1 - suspension axis HP 20 of the gyroscope 12 at an angle of rotation of the rotary frame 5 equal to χ = χ 1 ; in this position, DUPR 27 measures the angle Δχ 0 of the deviation of the swing frame 5 from the position χ = 0 °;

Yг2 - ось подвеса HP 20 гироскопа 12 при угле поворота поворотной рамы 5, равном χ=χ2; при таком положении ДУПР 27 измеряет угол Δχ90 отклонения поворотной рамы 5 от положения χ=90°;Y g2 - suspension axis HP 20 of the gyroscope 12 at an angle of rotation of the rotary frame 5 equal to χ = χ 2 ; in this position, DUPR 27 measures the angle Δχ 90 of the deviation of the swing frame 5 from the position χ = 90 °;

Δχ - зоны измерения углов отклонения поворотной рамы 5 от положения χ=0° и χ=90°.Δχ - zone for measuring the angles of deviation of the rotary frame 5 from the position χ = 0 ° and χ = 90 °.

Гироинерциальный модуль гироскопического инклинометра содержит платформу 9, на которой размещена полезная нагрузка в виде двух измерителей ускорений 13 и 14, оси чувствительности ХА, ZA которых взаимно перпендикулярны и перпендикулярны оси Yп подвеса платформы 9. Также на платформе 9 установлен гироскопический датчик 12, в качестве которого может использоваться трехстепенной гироскоп или двухканальный гироскоп (например, гироскоп с внутренним упругим подвесом или на сферической опоре). При этом углы поворота вектора H ¯

Figure 00000005
относительно корпуса составляют 1-2. Сущность изобретения поясняется на примере трехстепенного гироскопа 12, корпус которого устанавливается в поворотной раме 5, которая в свою очередь имеет возможность поворачиваться относительно оси Хп платформы 9 на угол χ. Для поворота рамы используется двигатель разворота 26. На фиг.2 поворотная рама 5 (вернее СК, связанная с гироскопом) изображена в трех положениях: на фиг.2а (χ=0°) - в режиме измерения (оно же является исходным), фиг.2б - в промежуточном положении; на фиг.2в (χ=90°) - в режиме выставки.Giroinertsialny gyroscopic inclinometer module comprises a platform 9, on which is placed the payload in the form of two accelerometers 13 and 14, the sensitivity axis X A, Z A are mutually perpendicular and perpendicular to the axis Y n suspension platform 9. Also mounted on the platform 9, gyroscopic sensor 12, which can be used as a three-stage gyroscope or a two-channel gyroscope (for example, a gyroscope with an internal elastic suspension or on a spherical support). In this case, the angles of rotation of the vector H ¯
Figure 00000005
relative to the body are 1-2. The invention is illustrated by the example of a three-stage gyroscope 12, the body of which is mounted in a rotary frame 5, which in turn has the ability to rotate relative to the axis X p of the platform 9 at an angle χ. To rotate the frame, a reversal engine 26 is used. In Fig. 2, the rotary frame 5 (or rather SK connected with a gyroscope) is shown in three positions: in Fig. 2a (χ = 0 °) - in the measurement mode (it is also the initial one), Fig .2b - in an intermediate position; on figv (χ = 90 °) - in the exhibition mode.

При нулевом положении рамы 5 (χ=0°) ось Yг подвеса наружной рамки 20 гироскопа 12 совпадает с осью Yп подвеса платформы 9, ось Zг, по которой направлен вектор кинетического момента H ¯

Figure 00000005
, перпендикулярна оси Yп платформы 9. Ось Хг подвеса внутренней рамы 19 гироскопа 12 совпадает с осью Хп и является осью поворота рамы 5.With the zero position of the frame 5 (χ = 0 °) suspension z axis Y of the outer frame 20 of the gyroscope 12 coincides with the Y axis of suspension platform claim 9 g of Z axis at which the angular momentum vector directed H ¯
Figure 00000005
, perpendicular to the axis Y p of the platform 9. The axis X g of the suspension of the inner frame 19 of the gyroscope 12 coincides with the axis X p and is the axis of rotation of the frame 5.

На платформе 9 установлены упоры, ограничивающие угол поворота поворотной рамы 5 в пределах (0°-Δχ; 90°+Δχ), где Δχ=2…5° (см. фиг.4). Угол поворота χ поворотной рамы 9 измеряется датчиком угла поворотной рамы 27, который измеряет отклонение Δχ0 рамы от положения χ=0° или отклонение Δχ90 рамы от положения χ=90°. Соответственно с выходов датчика угла 27 снимаются напряжения, пропорциональные вышеуказанным отклонениям. В качестве датчика угла может использоваться, например, синусно-косинусный трансформатор, с синусной обмотки которого снимается сигнал, соответствующий отклонению Δχ0, а с косинусной - отклонению Δχ90. Другим вариантом реализации данного датчика угла является применение, например, индуктивного датчика угла, имеющего две зоны пропорциональности в положениях χ=0° и χ=90°, величина которых относительно заданных положений равна Δχ=±(2…5)°. Если поворотная рама 5 находится вне зон пропорциональности, то выходные сигналы с датчиков углов будут отсутствовать.On the platform 9, stops are installed that limit the angle of rotation of the rotary frame 5 within (0 ° -Δχ; 90 ° + Δχ), where Δχ = 2 ... 5 ° (see figure 4). The rotation angle χ of the swing frame 9 is measured by the angle sensor of the swing frame 27, which measures the deviation Δχ 0 of the frame from the position χ = 0 ° or the deviation Δχ 90 of the frame from the position χ = 90 °. Accordingly, the outputs proportional to the above deviations are removed from the outputs of the angle sensor 27. As an angle sensor, for example, a sine-cosine transformer can be used, from the sine winding of which a signal corresponding to the deviation Δχ 0 is removed, and with the cosine winding, the deviation Δχ 90 . Another embodiment of this angle sensor is the use, for example, of an inductive angle sensor having two proportional zones in the positions χ = 0 ° and χ = 90 °, the value of which relative to the given positions is Δχ = ± (2 ... 5) °. If the rotary frame 5 is outside the proportional zones, then the output signals from the angle sensors will be absent.

Выход датчика угла 21, установленного по оси подвеса BP 19, через первый усилитель контура измерения угловой скорости 15 подключен к датчику момента 24 по оси подвеса HP, образуя контур измерения угловой скорости в проекции на ось подвеса BP. В режиме «измерение» этот контур является контуром электрического арретирования.The output of the angle sensor 21 installed along the suspension axis BP 19 through the first amplifier of the angular velocity measurement loop 15 is connected to the torque sensor 24 along the HP suspension axis, forming an angular velocity measurement circuit in the projection onto the suspension axis BP. In the "measurement" mode, this circuit is an electrical arresting circuit.

Выход датчика угла 23, установленного по оси подвеса HP 20, через первый управляемый коммутатор 4 и второй усилитель контура измерения угловой скорости 17 подключен к датчику момента 22 по оси подвеса BP 19, образуя контур измерения угловой скорости в проекции на ось подвеса HP в режиме «выставка». В режиме «измерение» выход датчика угла 23 через первый управляемый коммутатор 4 (второй вход - первый выход) и усилитель стабилизации 16 подключается на вход двигателя отработки 11, образуя контур индикаторной стабилизации.The output of the angle sensor 23 installed along the axis of the HP 20 suspension through the first controlled switch 4 and the second amplifier of the angular velocity measurement loop 17 is connected to the torque sensor 22 along the BP 19 suspension axis, forming the angular velocity measurement circuit in the projection onto the HP suspension axis in the " Exhibition". In the "measurement" mode, the output of the angle sensor 23 through the first controllable switch 4 (the second input is the first output) and the stabilization amplifier 16 is connected to the input of the mining engine 11, forming an indicator stabilization circuit.

Центральным звеном в управлении работой ГИМ является логическое устройство (ЛУ) 25, которое имеет четыре входа (логических) и четыре выхода (логических). На первый и второй входы ЛУ 25 поступают два управляющих сигнала UB и UИ. Эти сигналы формируются в БЦО 6 по команде наземного вычислителя 3, которая передается в цифровой форме последовательным кодом по каротажному кабелю 2. При этом сигналы UB и UИ определяют режим работы в соответствии с таблицей №1.The central link in the management of the work of the GIM is a logical device (LU) 25, which has four inputs (logical) and four outputs (logical). The first and second inputs of LU 25 receive two control signals U B and U AND . These signals are generated in BCO 6 by the command of the ground computer 3, which is transmitted in digital form by a serial code over the wireline 2. At the same time, the signals U B and U And determine the operating mode in accordance with table No. 1.

Таблица 1Table 1 UB U B UИ U and Режим работыMode of operation 00 00 Приведение и удержание поворотной рамы 5 в положении χ=0°Bringing and holding the swing frame 5 in the position χ = 0 ° 1one 00 Команда перехода к режиму «выставка», по которой поворотная рама 5 поворачивается и удерживается в положении χ=90°The command to switch to the "exhibition" mode, in which the rotary frame 5 is rotated and held in position χ = 90 ° 1one 1one Непосредственно выставка, при которой платформа 9 вращается с постоянной скоростью, поворотная рама 5 при этом находится в положении χ=90°Directly the exhibition, in which the platform 9 rotates at a constant speed, the rotary frame 5 is in this case χ = 90 ° 00 1one Команда перехода к режиму «измерение»The command to switch to the measurement mode Примечание. Здесь и далее под записью, например, UB=1, следует понимать, что напряжение UB имеет высокий уровень, что соответствует логической единице, а под записью UB=0 следует понимать, что напряжение UB имеет низкий уровень, что соответствует логическому нулю.Note. Hereinafter, by writing, for example, U B = 1, it should be understood that the voltage U B has a high level, which corresponds to a logical unit, and by writing U B = 0 it should be understood that the voltage U B has a low level, which corresponds to a logical to zero.

На третий и четвертый входы ЛУ 25 поступают два управляющих сигнала Uχ0 и Uχ90, которые формируются в преобразователе сигналов 29, входы которого подключены к выходам датчика угла позиционирования рамы 27. Причем преобразователь сигналов работает таким образом, что указанные напряжения имеют высокий уровень (соответствуют логической единице) при наличии выходного напряжения на соответствующих каналах ДУПР 27. При отсутствии выходного напряжения сигналы Uχ0 и Uχ90 имеют низкий уровень, что соответствует логическому нулю.The third and fourth inputs of the LU 25 receive two control signals U χ0 and U χ90 , which are generated in the signal converter 29, the inputs of which are connected to the outputs of the frame position angle sensor 27. Moreover, the signal converter works in such a way that the indicated voltages are high (correspond logical unit) in the presence of an output voltage on the corresponding channels of DUPR 27. In the absence of an output voltage, the signals U χ0 and U χ90 are low, which corresponds to a logical zero.

Выходные сигналы логического устройства определяются в соответствии с таблицей №2.The output signals of the logical device are determined in accordance with table No. 2.

В таблице приведены не напряжения UB, UИ, Uχ0, Uχ90, U 1 л у U 4 л у

Figure 00000006
, а соответствующие им логические переменные X1…X4, Y1…Y4.The table does not show the voltages U B , U И , U χ0 , U χ90 , U one l at ... U four l at
Figure 00000006
, and the corresponding logical variables X 1 ... X 4 , Y 1 ... Y 4 .

Таблица 2table 2 № этапаStage number НазваниеTitle Входentrance ВыходExit UB U B UИ U and Uχ0 U χ0 Uχ90 U χ90 U 1 л у

Figure 00000007
U one l at
Figure 00000007
U 2 л у
Figure 00000008
U 2 l at
Figure 00000008
U 3 л у
Figure 00000009
U 3 l at
Figure 00000009
U 4 л у
Figure 00000010
U four l at
Figure 00000010
X1 X 1 X2 X 2 X3 X 3 X4 X 4 Y1 Y 1 Y2 Y 2 Y3 Y 3 Y4 Y 4 1.one. Разворот в положение χ=0°Turn to χ = 0 ° 00 00 00 1one 00 00 1one 00 2.2. Разворот в положение χ=0°Turn to χ = 0 ° 00 00 00 00 00 00 1one 00 3.3. Стабилизация нулевого положенияZero position stabilization 00 00 1one 00 00 1one 1one 00 4.four. Разворот в положение χ=0°Turn to χ = 0 ° 1one 00 1one 00 1one 00 1one 00 5.5. Разворот в положение χ=0°Turn to χ = 0 ° 1one 00 00 00 1one 00 1one 00 6.6. Стабилизация положения χ=0°Stabilization of the position χ = 0 ° 1one 00 00 1one 1one 1one 1one 00 7.7. ВращениеRotation 1one 1one 00 1one 1one 1one 1one 1one 8.8. Повторение этапа 1Repeat Stage 1 00 00 00 1one 00 00 1one 00 9.9. Повторение этапа 2Repeat Step 2 00 00 00 00 00 00 1one 00 10.10. Повторение этапа 3Repeat Stage 3 00 00 1one 00 00 1one 1one 00 11.eleven. ИзмерениеMeasurement 00 1one 1one 00 00 1one 00 00

Выходные сигналы ЛУ, приведенные в таблице №2, могут быть получены с помощью следующих логических функций:The LU output signals given in table No. 2 can be obtained using the following logical functions:

Y1=X1; Y 2 = ( X ¯ 1 X 3 ) ( X 1 X 3 )

Figure 00000011
; Y 3 = X 1 X ¯ 2 ;
Figure 00000012
Y4=X1
Figure 00000013
X2, в соответствии с которыми оно может быть реализовано.Y 1 = X 1 ; Y 2 = ( X ¯ one X 3 ) ( X one X 3 )
Figure 00000011
; Y 3 = X one X ¯ 2 ;
Figure 00000012
Y 4 = X 1
Figure 00000013
X 2 , according to which it can be implemented.

Пояснение функции выходных сигналов ЛУ 25, приведенных в таблице:Explanation of the function of the output signals LU 25 are given in the table:

1) U 1 л у

Figure 00000007
и U 2 л у
Figure 00000014
поступают на первый и второй управляющие входы третьего управляемого коммутатора 31;one) U one l at
Figure 00000007
and U 2 l at
Figure 00000014
arrive at the first and second control inputs of the third managed switch 31;

2) U 3 л у

Figure 00000015
поступает на управляющий вход первого управляемого коммутатора 4;2) U 3 l at
Figure 00000015
arrives at the control input of the first managed switch 4;

3) U 4 л у

Figure 00000016
поступает на управляющие входы первого и второго усилителей каналов измерения угловой скорости 15 и 17, изменяя их коэффициенты усиления, при этом изменяются диапазоны измеряемых угловых скоростей.3) U four l at
Figure 00000016
arrives at the control inputs of the first and second amplifiers of the channels for measuring the angular velocity 15 and 17, changing their gains, while changing the ranges of the measured angular velocities.

U 4 л у = 0

Figure 00000017
в режиме арретирования, разворота дополнительной платформы и движения в скважине, когда корпус гироскопа может поворачиваться с большой угловой скоростью (диапазон - градусы в секунду). U four l at = 0
Figure 00000017
in the mode of arresting, turning the additional platform and moving in the well, when the gyroscope body can rotate at a high angular velocity (range - degrees per second).

Напряжение U 4 л у = 1

Figure 00000018
в режиме выставки, когда измеряется горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли (диапазон - десятки градусов в час).Voltage U four l at = one
Figure 00000018
in the exhibition mode, when the horizontal component of the angular velocity of the Earth’s rotation is measured (range - tens of degrees per hour).

Кроме того, сигнал U 4 л у

Figure 00000019
поступает на управляющий вход второго управляемого коммутатора.Also a signal U four l at
Figure 00000019
arrives at the control input of the second managed switch.

Рассмотрим работу управляемых коммутаторов.Consider the operation of managed switches.

Первый управляемый коммутатор 4First Managed Switch 4

Управляемый коммутатор 4 имеет один сигнальный вход и два сигнальных выхода. На сигнальный вход поступает выход датчика угла 23 по оси подвеса HP 20 гироскопа 12. Первый сигнальный выход подключен к первому входу усилителю стабилизации 16, а второй - к сигнальному входу второго усилителя контура измерения угловой скорости 17.Managed switch 4 has one signal input and two signal outputs. The signal input receives the output of the angle sensor 23 along the suspension axis HP 20 of the gyroscope 12. The first signal output is connected to the first input of the stabilization amplifier 16, and the second to the signal input of the second amplifier of the angular velocity measurement loop 17.

Управляемый коммутатор 4 управляется по сигналу U 3 л у

Figure 00000020
, поступающему на его управляющий вход. Причем, если U 3 л у = 1
Figure 00000021
, то выход датчика угла 23 подключен к усилителю канала измерения угловой скорости 17, образуя контур арретирования (измерения угловой скорости). Если U 3 л у = 0
Figure 00000022
, то выход датчика угла 23 подключен к УС 16, образуя контур индикаторной стабилизации.Managed switch 4 is controlled by signal U 3 l at
Figure 00000020
entering its control input. Moreover, if U 3 l at = one
Figure 00000021
, then the output of the angle sensor 23 is connected to the amplifier of the channel measuring the angular velocity 17, forming a locking circuit (measuring angular velocity). If U 3 l at = 0
Figure 00000022
, then the output of the angle sensor 23 is connected to the US 16, forming a loop indicator stabilization.

Второй управляемый коммутатор 30Second Managed Switch 30

Управляемый коммутатор 30 имеет один сигнальный вход и один сигнальный выход. На сигнальный вход подключен первый выход задатчика эталонного тока 7, который, при поступлении на его управляющий вход соответствующего сигнала от БЦО 6, формирует на первом выходе напряжение U0.The managed switch 30 has one signal input and one signal output. The signal input is connected to the first output of the reference current setter 7, which, when a corresponding signal is received from its control input from the central control unit 6, generates a voltage U 0 at the first output.

Выход управляемого коммутатора подключен ко второму входу усилителя стабилизации 16.The output of the managed switch is connected to the second input of the stabilization amplifier 16.

По команде U 4 л у = 1

Figure 00000023
, поступающей на управляющий вход, второй управляемый коммутатор подключает ко второму входу усилителя стабилизации 16 первый выход задатчика эталонного тока 7. При этом платформа 9 начинает поворачиваться с постоянной скоростью. Если U 4 л у = 0
Figure 00000024
, задатчик эталонного тока отключен от усилителя стабилизации 16.On command U four l at = one
Figure 00000023
arriving at the control input, the second managed switch connects to the second input of the stabilization amplifier 16 the first output of the reference current setter 7. In this case, the platform 9 starts to rotate at a constant speed. If U four l at = 0
Figure 00000024
, the reference current master is disconnected from the stabilization amplifier 16.

Третий управляемый коммутатор 31Third Managed Switch 31

Управляемый коммутатор 31 имеет четыре сигнальных входа, один сигнальный выход. На сигнальные входы подключены выходы задатчика эталонного тока 7 и выходы преобразователя сигналов 29. Задатчик эталонного тока при поступлении соответствующего сигнала от БЦО 6 формирует на своих выходах напряжения U0 и -U0. На выходах преобразователя сигналов 29 формируются напряжения Uχ1, Uχ2, пропорциональные соответственно углам Δχ0 и Δχ90 отклонения рамы от положений χ=0° и χ=90°, измеряемые ДУПР 27 и прошедшие преобразование в преобразователе сигналов 29.The managed switch 31 has four signal inputs, one signal output. The outputs of the reference current setter 7 and the outputs of the signal converter 29 are connected to the signal inputs. The reference current setter, upon receipt of the corresponding signal from the CCU 6, generates voltages U 0 and -U 0 at its outputs. At the outputs of the signal converter 29, voltages U χ1 , U χ2 are generated, which are proportional to the angles Δχ 0 and Δχ 90 , respectively, of the frame deviation from the positions χ = 0 ° and χ = 90 °, measured by DPR 27 and transmitted in the signal converter 29.

Выход управляемого коммутатора 31 зависит от сигналов U 1 л у

Figure 00000025
и U 2 л у
Figure 00000026
, поступающих на управляющие входы управляемого коммутатора, и определяется таблицей №3The output of the managed switch 31 depends on the signals U one l at
Figure 00000025
and U 2 l at
Figure 00000026
received at the control inputs of a managed switch, and is determined by table No. 3

Таблица 3Table 3 U 1 л у

Figure 00000027
U one l at
Figure 00000027
U 2 л у
Figure 00000028
U 2 l at
Figure 00000028
ВыходExit 00 00 -U0 -U 0 00 1one Uχ1=kΔχ0 U χ1 = kΔχ 0 1one 00 U0 U 0 1one 1one Uχ2=kΔχ90 U χ2 = kΔχ 90

Напряжение с выхода третьего управляющего коммутатора 31 через усилитель двигателя разворота 28 поступает на двигатель разворота 26 поворотной рамы 5. При этом двигатель 26 начинает поворачивать раму 5 в одно из двух заданных положений χ=0° или χ=90°.The voltage from the output of the third control switch 31 through the amplifier of the rotation engine 28 is supplied to the rotation engine 26 of the rotary frame 5. In this case, the engine 26 starts to rotate the frame 5 to one of two preset positions χ = 0 ° or χ = 90 °.

ГИМ может работать в трех режимах:GIM can operate in three modes:

«подготовка», «выставка» и «измерение».“Preparation”, “exhibition” and “measurement”.

Управление ГИМ осуществляется оператором с наземного вычислителя 3, который связан с блоком цифровой обработки (БЦО) 6 через каротажный кабель 2.GIM control is carried out by the operator from the ground computer 3, which is connected to the digital processing unit (BTSO) 6 through the logging cable 2.

Режим «Подготовка».Preparation mode.

В соответствии с таблицей №2 режим состоит из этапов 1-6.In accordance with table No. 2, the mode consists of steps 1-6.

В начале работы скважинный прибор (СП) ГИ выставляется с помощью зажимов в вертикальное положение в устье скважины. На ГИМ ГИ подается питание, при этом ротор 18 гироскопа 12 начинает разгоняться, измерители ускорений 13 и 14 начинают работать.At the beginning of the work, the downhole tool (SP) of the GI is set using clamps in a vertical position at the wellhead. Power is supplied to the GMI GI, while the rotor 18 of the gyroscope 12 starts to accelerate, acceleration meters 13 and 14 begin to work.

На этапах 1-3 осуществляется приведение и стабилизация поворотной рамы в положении χ=0°. По команде оператора БЦО 6 формирует напряжения UB=0, UИ=0, поступающие на ЛУ 25. Сигналы UB, UИ сохраняют свое состояние на всем протяжении этапов 1-3.At stages 1-3, the rotation frame is brought in and stabilized in the position χ = 0 °. At the command of the operator, the BCO 6 generates voltages U B = 0, U И = 0, which are supplied to the LU 25. The signals U B , U And maintain their state throughout the stages 1-3.

Независимо от сигналов Uχ0 и Uχ90, а следовательно, и от положения поворотной рамы 5, ЛУ 25 формирует сигналы U 3 л у = 1

Figure 00000029
и U 4 л у = 0
Figure 00000030
, которые сохраняют это состояние на протяжении этапов 1-3. Сигнал U 3 л у = 1
Figure 00000031
поступает на управляющий вход первого управляемого коммутатора 4, который подключает выход ДУ 23 через второй усилитель канала измерения угловой скорости 17 к ДМ 22, образуя контур измерения угловой скорости (контур арретирования). Таким образом, образуются два контура арретирования. Первый контур состоит из ДУ 21, первого усилителя контура измерения угловой скорости 15, датчика момента 24 (этот контур работает на всем протяжении работы ГИМ ГИ). Второй контур состоит из ДУ 23, первого управляемого коммутатора 4, усилителя 17 и ДМ 22. Благодаря контурам арретирования, вектор кинетического момента приводится к положению, перпендикулярному оси подвеса платформы, и удерживается в нем. Другими словами, рамки гироскопа удерживаются в нулевом положении.Regardless of the signals U χ0 and U χ90 , and hence the position of the swing frame 5, the LU 25 generates signals U 3 l at = one
Figure 00000029
and U four l at = 0
Figure 00000030
that maintain this state during steps 1-3. Signal U 3 l at = one
Figure 00000031
arrives at the control input of the first managed switch 4, which connects the output of the remote control 23 through the second amplifier of the channel for measuring the angular velocity 17 to the DM 22, forming a loop for measuring the angular velocity (locking circuit). Thus, two locking circuits are formed. The first circuit consists of a remote control 21, the first amplifier of the angular velocity measurement loop 15, a torque sensor 24 (this circuit works throughout the operation of the GIM GI). The second circuit consists of a remote control 23, the first controlled switch 4, an amplifier 17 and a DM 22. Thanks to the locking circuits, the kinetic moment vector is brought to a position perpendicular to the platform suspension axis and is held in it. In other words, the gyroscope frames are held in the zero position.

Сигнал U 4 л у = 0

Figure 00000032
поступает на управляющий вход второго управляемого коммутатора 30 и управляющие входы первого и второго усилителей каналов измерения угловых скоростей 15 и 17. Так как U 4 л у = 0
Figure 00000033
, то усилители 15 и 17 настроены на большой диапазон измерения угловых скоростей. Второй управляемый коммутатор 30 по сигналу U 4 л у = 0
Figure 00000034
отключает задатчик эталонного тока 7 от усилителя стабилизации 16, а следовательно, и от двигателя отработки 11. В результате чего платформа 9 остается неподвижной.Signal U four l at = 0
Figure 00000032
arrives at the control input of the second managed switch 30 and the control inputs of the first and second amplifiers of the channels for measuring angular velocities 15 and 17. Since U four l at = 0
Figure 00000033
, the amplifiers 15 and 17 are tuned to a large range of angular velocity measurements. The second managed switch 30 on signal U four l at = 0
Figure 00000034
disconnects the reference current controller 7 from the stabilization amplifier 16, and hence from the mining engine 11. As a result, the platform 9 remains stationary.

Выходные сигналы ЛУ 25 U 1 л у

Figure 00000035
и U 2 л у
Figure 00000036
, поступающие на управляемые входы третьего управляемого коммутатора 31, зависят от сигналов Uχ0 и Uχ90, поступающих от преобразователя сигналов 29, и определяют этапы работы ГИМ ГИ.Output signals LU 25 U one l at
Figure 00000035
and U 2 l at
Figure 00000036
received at the controlled inputs of the third managed switch 31, depend on the signals U χ0 and U χ90 coming from the signal Converter 29, and determine the stages of operation of the GMI GI.

Этап 1.Stage 1

Этап 1 начинается в случае, если поворотная рама 5 находится в положении, близком к χ=90°. При этом сигналы, поступающие на ЛУ 25 с преобразователя сигналов 29, принимают значения Uχ0=0, Uχ90=1. Согласно таблице №2, выходные напряжения ЛУ 25 примут при этом значения U 1 л у = 0

Figure 00000037
, U 2 л у = 0
Figure 00000038
. Согласно таблице №3 по сигналам ЛУ 25 третий управляемый коммутатор 31 подключает к усилителю двигателя разворота (УДР) 28 напряжение - U0, формируемое задатчиком эталонного тока. Выход УДР 28 подключен к двигателю разворота (ДР) 26, на который, соответственно, поступает напряжениеStage 1 begins if the swing frame 5 is in a position close to χ = 90 °. In this case, the signals arriving at the LN 25 from the signal converter 29 take the values U χ0 = 0, U χ90 = 1. According to table No. 2, the output voltage LU 25 will take values U one l at = 0
Figure 00000037
, U 2 l at = 0
Figure 00000038
. According to table No. 3, according to the signals of LU 25, the third managed switch 31 connects to the amplifier of the reversal engine (UDR) 28 voltage - U 0 generated by the reference current master. The output of the UDR 28 is connected to the engine reversal (DR) 26, which, respectively, receives voltage

U Д Р = k У Д Р U 0 , ( 1 )

Figure 00000039
U D R = - k At D R U 0 , ( one )
Figure 00000039

где kУДР - коэффициент усиления УДР 28.where k UDR - gain UDR 28.

Под действием напряжения UДР=-kУДРU0 поворотная рама 5 начинает поворачиваться в сторону нулевого положения. При этом, выходя из зоны измерения отклонения от положения χ=90°, сигнал Uχ90 становится равным Uχ90=0. Напряжение Uχ0 по-прежнему Uχ0=0. При этом осуществляется переход к этапу 2.Under the action of voltage U DR = -k UDR U 0, the rotary frame 5 begins to rotate towards the zero position. At the same time, leaving the zone of measurement of deviations from the position χ = 90 °, the signal U χ90 becomes equal to U χ90 = 0. The voltage U χ0 is still U χ0 = 0. This proceeds to step 2.

Этап 2Stage 2

На этом этапе поворотная рама 5 занимает среднее положение, при котором отсутствуют сигналы обоих каналов датчика угла позиционирования рамы, при этом выходные напряжения преобразователя сигналов 29 принимают значения Uχ0=0, Uχ90=0. Согласно таблице №2 выходные напряжения ЛУ 25 примут значения U 1 л у = 0

Figure 00000040
, U 2 л у = 0
Figure 00000041
, как и на этапе 1. При этом поворотная рама 5 продолжает поворачиваться в сторону нулевого положения под действием напряженияAt this stage, the rotary frame 5 occupies a middle position in which there are no signals from both channels of the frame position angle sensor, while the output voltages of the signal transducer 29 take the values U χ0 = 0, U χ90 = 0. According to table No. 2, the output voltage LU 25 will take values U one l at = 0
Figure 00000040
, U 2 l at = 0
Figure 00000041
, as in step 1. In this case, the rotary frame 5 continues to rotate towards the zero position under the action of voltage

U Д Р = k У Д Р U 0 , ( 2 )

Figure 00000042
U D R = - k At D R U 0 , ( 2 )
Figure 00000042

поступающего на ДР 26.entering the DR 26.

Когда поворотная рама подойдет к зоне измерения в области нулевого положения, появляется сигнал ДУПР 27 в канале измерения отклонения от положения χ=0°. При этом преобразователь сигналов 29 формирует сигнал Uχ0=1. Напряжение Uχ90 по-прежнему Uχ90=0. При этом осуществляется переход к этапу 3.When the rotary frame approaches the measurement zone in the zero position region, an ARR signal 27 appears in the deviation measurement channel χ = 0 °. When this signal Converter 29 generates a signal U χ0 = 1. The voltage U χ90 is still U χ90 = 0. This proceeds to step 3.

Этап 3.Stage 3.

На этом этапе поворотная рама 5 занимает положение, близкое к положению χ=0°. При этом выходные напряжения преобразователя сигналов 29 принимают значения Uχ0=1, Uχ90=0. Согласно таблице №2 выходные напряжения ЛУ 25 примут значения U 1 л у = 0

Figure 00000040
, U 2 л у = 0
Figure 00000043
. Согласно таблице №3 по сигналам ЛУ 25 третий управляемый коммутатор 31 подключает к УДР 28 напряжение Uχ], поступающее с преобразователя сигналов 29 и пропорциональное углу отклонения Δχ0 поворотной рамы 5 от положения χ=0°, измеренное ДУПР 27At this stage, the rotary frame 5 occupies a position close to the position χ = 0 °. In this case, the output voltages of the signal converter 29 take the values U χ0 = 1, U χ90 = 0. According to table No. 2, the output voltage LU 25 will take values U one l at = 0
Figure 00000040
, U 2 l at = 0
Figure 00000043
. According to table No. 3, according to the signals of LU 25, the third managed switch 31 connects to UDR 28 the voltage U χ] coming from the signal converter 29 and proportional to the angle of deviation Δχ 0 of the rotary frame 5 from the position χ = 0 °, measured by DPR 27

U χ 1 = k Δ χ 0 . ( 3 )

Figure 00000044
U χ one = k Δ χ 0 . ( 3 )
Figure 00000044

Выход УДР 28 подключен к ДР 26, на который, соответственно, поступает напряжениеThe output of the UDR 28 is connected to the DR 26, to which, accordingly, the voltage

U Д Р = k У Д Р U χ 1 = k У Д Р k Δ χ 0 ( 4 )

Figure 00000045
U D R = k At D R U χ one = k At D R k Δ χ 0 ( four )
Figure 00000045

под действием которого ДР 26 доводит поворотную раму 5 в нулевое положение и удерживает (стабилизирует) раму в этом положении с заданной точностью.under the influence of which the DR 26 brings the rotary frame 5 to the zero position and holds (stabilizes) the frame in this position with a given accuracy.

После того как рама 5 приведена в нулевое положение с заданной точностью, оператору предлагается, пользуясь сигналами акселерометров выставить СП ГИ по вертикали с требуемой точностью.After the frame 5 is brought to the zero position with a given accuracy, the operator is invited, using the signals of the accelerometers, to set the SP GI vertically with the required accuracy.

Этап 4.Stage 4.

По окончании выставки СП по вертикали с требуемой точностью оператору предлагается перейти к развороту гироскопа на 90°. По команде оператора БЦО 6 формирует напряжения UВ=1, UИ=0, поступающие на ЛУ 25. Сигналы UB, UИ сохраняют свое состояние на всем протяжении этапов 4-6.At the end of the SP exhibition, the operator is prompted with the required accuracy to switch to a gyroscope turn of 90 °. At the command of the operator, the BCO 6 generates voltages U B = 1, U AND = 0, which are supplied to LU 25. The signals U B , U And retain their state throughout stages 4-6.

Независимо от сигналов Uχ0 и Uχ90, а, следовательно, и от положения поворотной рамы 5, ЛУ 25 формирует сигналы U 3 л у = 1

Figure 00000046
и U 4 л у = 0
Figure 00000047
, как и на этапах 1-3. При этом, как было описано ранее, по сигналу U 3 л у = 1
Figure 00000048
первый управляемый коммутатор 4 сохраняет подключение выхода ДУ 23 через второй усилитель канала измерения угловой скорости 17 к ДМ 22, образуя контур измерения угловой скорости (контур арретирования). Контуры арретирования необходимы для удержания вектора кинетического момента гироскопа 12 в положении, перпендикулярном плоскости рамы 5. По сигналу U 4 л у = 0
Figure 00000049
усилители 15 и 17 по-прежнему настроены на большой диапазон измерения угловых скоростей, а напряжение, подаваемое на двигатель отработки 11, равно нулю. Платформа 9 остается неподвижной.Regardless of the signals U χ0 and U χ90 , and, consequently, the position of the swing frame 5, LU 25 generates signals U 3 l at = one
Figure 00000046
and U four l at = 0
Figure 00000047
as in steps 1-3. In this case, as described previously, by signal U 3 l at = one
Figure 00000048
the first managed switch 4 saves the connection of the output of the remote control 23 through the second amplifier of the channel for measuring the angular velocity 17 to the DM 22, forming a loop for measuring the angular velocity (locking circuit). The locking circuits are necessary to hold the vector of the kinetic moment of the gyroscope 12 in a position perpendicular to the plane of the frame 5. At the signal U four l at = 0
Figure 00000049
amplifiers 15 and 17 are still tuned to a large range of angular velocity measurements, and the voltage supplied to the mining engine 11 is zero. Platform 9 remains stationary.

Выходные сигналы ЛУ 25 U 1 л у

Figure 00000050
и U 2 л у
Figure 00000051
, поступающие на управляющие входы третьего управляемого коммутатора 31, зависят от сигналов Uχ0 и Uχ90, поступающих от преобразователя сигналов 29. В начале этапа 4 поворотная рама 5 находится в положении, близком к χ=0°. Поэтому сигналы, поступающие на ЛУ 25 с преобразователя сигналов 29, принимают значения Uχ0=1, Uχ90=0. Согласно таблице №2, выходные напряжения ЛУ 25 примут при этом значения U 1 л у = 1
Figure 00000052
, U 2 л у = 0
Figure 00000053
. Согласно таблице №3 по сигналам ЛУ 25 третий управляемый коммутатор 31 подключает к УДР 28 напряжение U0. Выход УДР 28 подключен к ДР 26, на который, соответственно, поступает напряжениеOutput signals LU 25 U one l at
Figure 00000050
and U 2 l at
Figure 00000051
received at the control inputs of the third managed switch 31 depend on the signals U χ0 and U χ90 coming from the signal converter 29. At the beginning of step 4, the swing frame 5 is in a position close to χ = 0 °. Therefore, the signals arriving at the LN 25 from the signal converter 29 take the values U χ0 = 1, U χ90 = 0. According to table No. 2, the output voltage LU 25 will take values U one l at = one
Figure 00000052
, U 2 l at = 0
Figure 00000053
. According to table No. 3 according to the signals LU 25, the third managed switch 31 connects to UDR 28 voltage U 0 . The output of the UDR 28 is connected to the DR 26, to which, accordingly, the voltage

U Д Р = k У Д Р U 0 . ( 5 )

Figure 00000054
U D R = k At D R U 0 . ( 5 )
Figure 00000054

Под действием напряжения U Д Р = k У Д Р U 0

Figure 00000055
поворотная рама 5 начинает поворачиваться в сторону положения χ=90°. При этом, выходя из зоны измерения отклонения от положения χ=0°, сигнал Uχ0 становится равным Uχ0=0. Напряжение Uχ90 по-прежнему Uχ90=0. При этом осуществляется переход к этапу 5.Under stress U D R = k At D R U 0
Figure 00000055
the pivoting frame 5 begins to pivot toward the position χ = 90 °. In this case, leaving the zone of measurement of deviations from the position χ = 0 °, the signal U χ0 becomes equal to U χ0 = 0. The voltage U χ90 is still U χ90 = 0. This proceeds to step 5.

Этап 5Stage 5

На этом этапе поворотная рама 5 занимает среднее положение, при котором отсутствуют сигналы обоих каналов датчика угла позиционирования рамы 27. При этом выходные напряжения преобразователя сигналов 29 принимают значения Uχ0=0, Uχ90=0. Так как UB=1, UИ=0, то согласно таблице №3 выходные напряжения ЛУ 25 примут значения U 1 л у = 1

Figure 00000056
, U 2 л у = 0
Figure 00000041
, как и на этапе 4. При этом поворотная рама 5 продолжает поворачиваться в сторону положения χ=90° под действием напряженияAt this stage, the rotary frame 5 occupies a middle position in which there are no signals from both channels of the position angle sensor of the frame 27. In this case, the output voltages of the signal transducer 29 take the values U χ0 = 0, U χ90 = 0. Since U B = 1, U And = 0, according to table No. 3, the output voltages of LU 25 will take values U one l at = one
Figure 00000056
, U 2 l at = 0
Figure 00000041
, as in step 4. In this case, the rotary frame 5 continues to rotate towards the position χ = 90 ° under the action of voltage

U Д Р = k У Д Р U 0 . ( 6 )

Figure 00000057
U D R = k At D R U 0 . ( 6 )
Figure 00000057

поступающего на ДР 26.entering the DR 26.

Когда поворотная рама подошла к зоне измерения в области положения χ=90°, появляется сигнал в ДУПР 27 в канале измерения отклонения от положения χ=90°. При этом преобразователь сигналов 29 формирует сигнал Uχ90=1. Напряжение Uχ0 по-прежнему Uχ0=0. При этом осуществляется переход к этапу 6.When the rotary frame approached the measurement zone in the region of the position χ = 90 °, a signal appears in DUPR 27 in the channel for measuring the deviation from the position χ = 90 °. When this signal Converter 29 generates a signal U χ90 = 1. The voltage U χ0 is still U χ0 = 0. This proceeds to step 6.

Этап 6.Stage 6.

На этом этапе поворотная рама 5 занимает положение, близкое к положению χ=90°. При этом выходные напряжения преобразователя сигналов 29 принимают значения Uχ0=0, Uχ90=1. Согласно таблице №2 выходные напряжения ЛУ 25 примут значения U 1 л у = 1

Figure 00000058
, U 2 л у = 1
Figure 00000059
. Согласно таблице №3 по сигналам ЛУ 25 третий управляемый коммутатор 31 подключает к УДР 28 напряжение Uχ2, поступающее с преобразователя сигналов 29 и пропорциональное углу Δχ90 отклонения поворотной рамы 5 от положения χ=90°, измеренное ДУПР 27At this stage, the rotary frame 5 occupies a position close to the position χ = 90 °. In this case, the output voltages of the signal converter 29 take the values U χ0 = 0, U χ90 = 1. According to table No. 2, the output voltage LU 25 will take values U one l at = one
Figure 00000058
, U 2 l at = one
Figure 00000059
. According to table No. 3, according to the signals of LU 25, the third managed switch 31 connects to UDR 28 the voltage U χ2 coming from the signal converter 29 and proportional to the angle Δχ 90 of the deviation of the rotary frame 5 from the position χ = 90 °, measured by DPR 27

U χ 2 = k Δ χ 90 . ( 7 )

Figure 00000060
U χ 2 = k Δ χ 90 . ( 7 )
Figure 00000060

Выход УДР 28 подключен к ДР 26, на который, соответственно, поступает напряжениеThe output of the UDR 28 is connected to the DR 26, to which, accordingly, the voltage

U Д Р = k У Д Р U χ 2 = k У Д Р k Δ χ 90 , ( 8 )

Figure 00000061
U D R = k At D R U χ 2 = k At D R k Δ χ 90 , ( 8 )
Figure 00000061

под действием которого ДР 26 доводит поворотную раму 5 в положение χ=90° и удерживает (стабилизирует) раму в этом положении с заданной точностью.under the influence of which the DR 26 brings the rotary frame 5 to the position χ = 90 ° and holds (stabilizes) the frame in this position with a given accuracy.

Режим «Выставка».Exhibition mode.

В соответствии с таблицей работы ЛУ25 режим состоит из этапа 7.In accordance with the LU25 operation table, the mode consists of step 7.

Этап 7.Stage 7.

По достижении χ=90° с заданной точностью оператору предлагается перейти к режиму «Выставка». По команде оператора БЦО 6 формирует напряжения UВ=1, UИ=1, поступающие на ЛУ 25. Так как поворотная рама 5 при этом удерживается в положении χ=90°, то сигналы, формируемые преобразователем сигналов 29, сохраняют состояние Uχ0=0, Uχ90=1. Согласно таблице №2 выходные напряжения ЛУ 25 сохранят значения U 1 л у = 1

Figure 00000062
, U 2 л у = 1
Figure 00000063
. При этом на ДР 26, согласно таблице №3, по-прежнему поступает напряжение от УДР 28Upon reaching χ = 90 ° with a given accuracy, the operator is invited to switch to the "Exhibition" mode. At the command of the operator, the BCO 6 generates voltages U B = 1, U AND = 1, which are supplied to the LU 25. Since the rotary frame 5 is thus held in the position χ = 90 °, the signals generated by the signal converter 29 retain the state U χ0 = 0, U χ90 = 1. According to table No. 2, the output voltages of LU 25 will retain the values U one l at = one
Figure 00000062
, U 2 l at = one
Figure 00000063
. At the same time, on DR 26, according to table No. 3, the voltage from UDR 28 is still supplied

U Д Р = k У Д Р U χ 2 = k У Д Р k Δ χ 90 , ( 9 )

Figure 00000064
U D R = k At D R U χ 2 = k At D R k Δ χ 90 , ( 9 )
Figure 00000064

под действием которого ДР 26 удерживает (стабилизирует) раму в положении χ=90° с заданной точностью.under the influence of which the DR 26 holds (stabilizes) the frame in the position χ = 90 ° with a given accuracy.

Выходные напряжения U 3 л у

Figure 00000065
и U 4 л у
Figure 00000066
ЛУ 25 принимают значения U 3 л у = 1
Figure 00000067
, U 4 л у = 1
Figure 00000068
.Output voltage U 3 l at
Figure 00000065
and U four l at
Figure 00000066
LU 25 take values U 3 l at = one
Figure 00000067
, U four l at = one
Figure 00000068
.

Сигнал U 3 л у = 1

Figure 00000069
поступает на управляющий вход первого управляемого коммутатор 4, который по-прежнему образует контур измерения угловой скорости, состоящий из ДУ 23, первого управляемого коммутатора 4, усилителя 17 и ДМ 22.Signal U 3 l at = one
Figure 00000069
arrives at the control input of the first managed switch 4, which still forms an angular velocity measurement circuit, consisting of a remote control 23, a first controlled switch 4, an amplifier 17, and a DM 22.

Сигнал U 4 л у = 1

Figure 00000070
поступает на управляющий вход второго управляемого коммутатора 30 и управляющие входы первого и второго усилителей каналов измерения угловых скоростей 15 и 17. Так как U 4 л у = 1
Figure 00000070
, то усилители 15 и 17 будут настроены на диапазон измерения, соответствующий угловой скорости вращения Земли. Со вторых выходов первого и второго усилителей канала измерения угловых скоростей 15 и 17 на БЦО 6 поступают сигналы, пропорциональные проекции угловых скоростей на измерительные оси гироскопа 12 (см. фиг.3).Signal U four l at = one
Figure 00000070
arrives at the control input of the second managed switch 30 and the control inputs of the first and second amplifiers of the channels for measuring angular velocities 15 and 17. Since U four l at = one
Figure 00000070
, then the amplifiers 15 and 17 will be tuned to the measuring range corresponding to the angular velocity of the Earth's rotation. From the second outputs of the first and second amplifiers of the channel for measuring angular velocities 15 and 17, signals are proportional to the projection of the angular velocities onto the measuring axes of the gyroscope 12 (see FIG. 3).

Второй управляемый коммутатор 30 по сигналу U 4 л у = 1

Figure 00000070
подключает напряжение U0, формируемое задатчиком эталонного тока 7, ко второму входу усилителя стабилизации 16, с выхода которого на ДО 11 поступает напряжениеThe second managed switch 30 on signal U four l at = one
Figure 00000070
connects the voltage U 0 generated by the reference current master 7 to the second input of the stabilization amplifier 16, from the output of which voltage is supplied to DO 11

U Д О = k y 2 U 0 , ( 10 )

Figure 00000071
U D ABOUT = k y 2 U 0 , ( 10 )
Figure 00000071

где kу2 - коэффициент усиления УС 16 по второму входу. При этом ДО 11 начинает вращать платформу 9 с постоянной угловой скоростью (1-2%).where k y2 is the gain of DC 16 at the second input. In this case, DO 11 begins to rotate the platform 9 with a constant angular velocity (1-2%).

Во время вращения платформы 9 в дискретных точках измеряются и записываются проекции горизонтальной угловой скорости вращения Земли на оси Xгj и Yгj, а также показания СКТ 10.During the rotation of the platform 9 at the discrete points, projections of the horizontal angular velocity of the Earth's rotation on the axis X gj and Y gj are measured and recorded, as well as the readings of SKT 10.

По совершении N оборотов сигналы UВ и UИ принимают значения UB=0 и UИ=0. При этом состояние входных сигналов ЛУ 25 совпадает с состоянием входных сигналов на этапе 1, т.е. UВ=0, UИ=0, Uχ0=0, Uχ90=1 Таким образом, этапы 8, 9, 10 будут совпадать с этапами 1, 2, 3 соответственно.Upon completion of N revolutions, the signals U B and U And take the values U B = 0 and U AND = 0. In this case, the state of the input signals LU 25 coincides with the state of the input signals at stage 1, i.e. U В = 0, U И = 0, U χ0 = 0, U χ90 = 1 Thus, steps 8, 9, 10 will coincide with steps 1, 2, 3, respectively.

Вращение платформы прекращается, а поворотная рама 5 возвращается в нулевое положение, которое необходимо на этапе измерения.The rotation of the platform is stopped, and the rotary frame 5 returns to the zero position, which is necessary at the measurement stage.

По сохраненным в наземном вычислителе массивам угловых скоростей и сигналов СКТ 10 вычисляется азимут осей платформы 9 (осей чувствительности измерителей ускорений) на момент начала выставки по формулеUsing the arrays of angular velocities and signals of SKT 10 stored in the ground computer, the azimuth of the axes of the platform 9 (sensitivity axes of the acceleration meters) at the time the exhibition starts is calculated by the formula

α x 1 = a r c t g j = 1 n ω x j sin Δ j + j = 1 n ω y j cos Δ j j = 1 n ω x j cos Δ j + j = 1 n ω y j sin Δ j ( 11 )

Figure 00000072
α x one = a r c t g j = one n ω x j sin Δ j + j = one n ω y j cos Δ j - j = one n ω x j cos Δ j + j = one n ω y j sin Δ j ( eleven )
Figure 00000072

где αх1 - азимут оси Хп1 платформы на момент начала выставки; ω x j

Figure 00000073
, ω y j
Figure 00000074
- измеренные гироскопом 12 проекции горизонтальной составляющей Ωзг угловой скорости вращения Земли; Δj - приращение угла поворота платформы 9, отсчитываемого от ее положения в момент начала выставки.where α x1 is the azimuth of the axis X p1 of the platform at the time of the start of the exhibition; ω x j
Figure 00000073
, ω y j
Figure 00000074
- projected by the gyroscope 12 projections of the horizontal component Ω zg of the angular velocity of rotation of the Earth; Δ j is the increment of the angle of rotation of the platform 9, counted from its position at the time of the start of the exhibition.

Формула (11) получена на основании применения метода наименьших квадратов к массивам измеренных угловых скоростей и углов поворота платформы. При этом формируется функция невязки как сумма квадратов разности между измеренными ω x j

Figure 00000073
, ω y j
Figure 00000075
и эталонными угловыми скоростями ω x j э
Figure 00000076
, ω y j э
Figure 00000077
Formula (11) is obtained based on the application of the least squares method to arrays of measured angular velocities and platform rotation angles. In this case, the residual function is formed as the sum of the squares of the difference between the measured ω x j
Figure 00000073
, ω y j
Figure 00000075
and reference angular velocities ω x j uh
Figure 00000076
, ω y j uh
Figure 00000077

J = j = 1 n [ ( ω x j ω x j э ) 2 + ( ω y j ω y j э ) 2 ]

Figure 00000078
, J = j = one n [ ( ω x j - ω x j uh ) 2 + ( ω y j - ω y j uh ) 2 ]
Figure 00000078
,

где ω x j э = ω д x + Ω з г cos ( α x 1 + Δ j )

Figure 00000079
; ω y j э = ω д y Ω з г sin ( α x 1 + Δ j )
Figure 00000080
;Where ω x j uh = ω d x + Ω s g cos ( α x one + Δ j )
Figure 00000079
; ω y j uh = ω d y - Ω s g sin ( α x one + Δ j )
Figure 00000080
;

ωдх, ωдy - систематические составляющие дрейфа, которая в развернутом виде принимает видω dx , ω dy are the systematic components of the drift, which in expanded form takes the form

J = j = 1 n [ ( ω x j ω д x Ω з г cos ( α x 1 + Δ j ) ) 2 + ( ω y j ω д у + Ω з г sin ( α x 1 + Δ j ) ) 2 ] , ( 12 )

Figure 00000081
и минимизируется по трем параметрам αх1, ωдх, ωду. J = j = one n [ ( ω x j - ω d x - Ω s g cos ( α x one + Δ j ) ) 2 + ( ω y j - ω d at + Ω s g sin ( α x one + Δ j ) ) 2 ] , ( 12 )
Figure 00000081
and is minimized in three parameters α x1 , ω dx , ω du .

Условия минимизации - три уравнения, представляющие равенство нулю частных производных по искомым параметрам αх1, ωдх, ωду Minimization conditions - three equations representing the partial equality of derivatives with respect to the desired parameters α x1 , ω dx , ω du

j = 1 n [ ( ω x j ω д x ) sin ( α x 1 + Δ j ) + ( ω y j ω д у ) cos ( α x 1 + Δ j ) ] = 0

Figure 00000082
j = one n [ ( ω x j - ω d x ) sin ( α x one + Δ j ) + ( ω y j - ω d at ) cos ( α x one + Δ j ) ] = 0
Figure 00000082

n ω д х + j = 1 n ( ω x j Ω з г cos ( α x 1 + Δ j ) ) = 0

Figure 00000083
; - n ω d x + j = one n ( ω x j - Ω s g cos ( α x one + Δ j ) ) = 0
Figure 00000083
;

n ω д y + j = 1 n ( ω y j + Ω з г sin ( α x 1 + Δ j ) ) = 0

Figure 00000084
, - n ω d y + j = one n ( ω y j + Ω s g sin ( α x one + Δ j ) ) = 0
Figure 00000084
,

решением которых (при условии, что платформа совершает целое число оборотов) являются формула (11) и систематические составляющие дрейфаwhose solution (provided that the platform makes an integer number of revolutions) are formula (11) and the systematic components of the drift

ω д х = 1 n j = 1 n ω x j ; ω д y = 1 n j = 1 n ω y j . ( 13 )

Figure 00000085
ω d x = one n j = one n ω x j ; ω d y = one n j = one n ω y j . ( 13 )
Figure 00000085

Режим «Измерение»Measurement Mode

Этапы 8-10.Steps 8-10.

Последовательность действий в этих этапах работы соответствует ранее рассмотренным этапам 1-3.The sequence of actions in these stages of work corresponds to the previously considered stages 1-3.

Этап 11.Stage 11.

По завершении начальной выставки и приведении поворотной рамы 5 в положение χ=0°, оператору предлагается перейти к режиму измерения. При поступлении от оператора соответствующей команды с БЦО 6 на ЛУ 25 поступают напряжения UB=0, UИ=1. Сигналы, поступающие с преобразователя сигналов 29, имеют значения Uχ0=1, Uχ90=0. Согласно таблице №2 выходные напряжения ЛУ 25 примут значения U 1 л у = 0

Figure 00000086
, U 2 л у = 1
Figure 00000087
, U 3 л у = 0
Figure 00000088
, U 4 л у = 0
Figure 00000089
.Upon completion of the initial exhibition and bringing the rotary frame 5 to the position χ = 0 °, the operator is invited to switch to the measurement mode. Upon receipt of an appropriate command from the operator from BCO 6, LU 25 receives voltages U B = 0, U И = 1. The signals coming from the signal Converter 29 have the values U χ0 = 1, U χ90 = 0. According to table No. 2, the output voltage LU 25 will take values U one l at = 0
Figure 00000086
, U 2 l at = one
Figure 00000087
, U 3 l at = 0
Figure 00000088
, U four l at = 0
Figure 00000089
.

Согласно таблице №3 по сигналам U 1 л у = 0

Figure 00000090
, U 2 л у = 1
Figure 00000091
третий управляемый коммутатор 31 подключает к УДР 28 напряжение Uχ1, поступающее с преобразователя сигналов 29 и пропорциональное углу отклонения Δχ0 поворотной рамы 5 от положения χ=0°, измеренное ДУПР 27According to table No. 3 for signals U one l at = 0
Figure 00000090
, U 2 l at = one
Figure 00000091
the third managed switch 31 connects to UDR 28 the voltage U χ1 coming from the signal converter 29 and proportional to the angle of deviation Δχ 0 of the rotary frame 5 from the position χ = 0 °, measured by DPR 27

U χ 1 = k Δ χ 0 . ( 14 )

Figure 00000092
U χ one = k Δ χ 0 . ( fourteen )
Figure 00000092

Выход УДР 28 подключен к ДР 26, на который, соответственно, поступает напряжениеThe output of the UDR 28 is connected to the DR 26, to which, accordingly, the voltage

U Д Р = k У Д Р U χ 1 = k У Д Р k Δ χ 0 . ( 15 )

Figure 00000093
U D R = k At D R U χ one = k At D R k Δ χ 0 . ( fifteen )
Figure 00000093

под действием которого ДР удерживает (стабилизирует) раму в положении χ=0° с заданной точностью на всем протяжении режима измерения.under the influence of which the DR holds (stabilizes) the frame in the position χ = 0 ° with a given accuracy throughout the measurement mode.

Сигнал U 3 л у = 0

Figure 00000094
поступает на первый управляемый коммутатор 4, который подключает выход датчика угла 23 к первому входу УС 16, образуя контур индикаторной стабилизации.Signal U 3 l at = 0
Figure 00000094
arrives at the first managed switch 4, which connects the output of the angle sensor 23 to the first input of the US 16, forming a loop indicator stabilization.

По сигналу U 4 л у = 0

Figure 00000095
усилитель 15 настраивается на большой диапазон измерения угловых скоростей. При этом контур, состоящий из ДУ 21, усилителя 15 и ДМ 24, выполняет функцию арретира. Второй управляемый коммутатор 30 по сигналу U 4 л у = 0
Figure 00000096
отключает задатчик эталонного тока 7 от усилителя стабилизации 16, а следовательно, и от двигателя отработки 11. В результате чего платформа 9 управляется только по сигналам датчика углов 23 контура индикаторной стабилизации.On signal U four l at = 0
Figure 00000095
amplifier 15 is tuned to a large range of angular velocity measurements. Moreover, the circuit, consisting of a remote control 21, an amplifier 15, and a DM 24, performs the function of arresting. The second managed switch 30 on signal U four l at = 0
Figure 00000096
disconnects the reference current master 7 from the stabilization amplifier 16, and therefore from the mining engine 11. As a result, the platform 9 is controlled only by the signals of the angle sensor 23 of the indicator stabilization circuit.

Для начала работы алгоритма измерения параметров скважины необходимо знать азимут αхв осей чувствительности акселерометров на момент начала измерения (см. фиг.3). Азимут αхв может быть определен как сумма вычисленного в результате выставки азимута ах] и угла, на которой повернулась платформа 9 от момента начала выставки до момента начала режима измерения (ψB1)To start the operation of the algorithm for measuring the parameters of the well, it is necessary to know the azimuth α xv of the sensitivity axes of the accelerometers at the time the measurement begins (see figure 3). The azimuth α xb can be defined as the sum of the azimuth a x] calculated as a result of the exhibition and the angle at which platform 9 turned from the moment the exhibition started to the moment the measurement mode started (ψ B1 )

α x B = α x 1 + Ψ B Ψ 1 , ( 16 )

Figure 00000097
α x B = α x one + Ψ B - Ψ one , ( 16 )
Figure 00000097

где ψB - угол поворота платформы 9 в момент начала измерения (на момент окончания выставки - см. фиг.3).where ψ B is the angle of rotation of the platform 9 at the time of the start of measurement (at the time of the end of the exhibition - see figure 3).

Полученный угол (16) используется для формирования начальной матрицы ориентации в соответствии со способом, приведенным в прототипе.The resulting angle (16) is used to form the initial orientation matrix in accordance with the method described in the prototype.

К вопросу о реализации гироинерциального модуля.To the question of the implementation of the gyroinertial module.

По идее построения ГИМ является измерительной системой с переменной структурой, у которой гироскоп в зависимости от режима работы меняет свою ориентацию на 90°. Если вектор кинетического момента гироскопа параллелен оси подвеса платформы, то он превращается в двухканальный измеритель угловой скорости. Если вектор кинетического момента гироскопа перпендикулярен оси подвеса платформы, то он превращается в датчик углов для индикаторной стабилизации платформы.According to the idea of building, a GIM is a measuring system with a variable structure, in which the gyroscope, depending on the operating mode, changes its orientation by 90 °. If the vector of the kinetic moment of the gyroscope is parallel to the suspension axis of the platform, then it turns into a two-channel angular velocity meter. If the vector of the kinetic moment of the gyroscope is perpendicular to the axis of the platform suspension, then it turns into an angle sensor for indicator stabilization of the platform.

Как и в прототипе, выходными сигналами ГИМ являются: сигналы двух измерителей ускорений, сохраненный начальный азимут платформы, вычисленные систематические составляющие дрейфа гироскопа и выходные сигналы СКТ.As in the prototype, the output signals of the GIM are: the signals of two acceleration meters, the stored initial azimuth of the platform, the calculated systematic components of the gyro drift and the output signals of the SKT.

Предлагаемый ГИМ проектировался с таким расчетом, чтобы математическое обеспечение алгоритмов ориентации и навигации гироинклинометра в режиме «Измерение», когда скважинный прибор опускается (поднимается) в скважину на каротажном кабеле, оставалось без изменения, т.е. соответствовало бы алгоритмам прототипа.The proposed GIM was designed in such a way that the mathematical support of the gyroinclinometer orientation and navigation algorithms in the Measurement mode, when the downhole tool is lowered (rises) into the well on a wireline, remains unchanged, i.e. would match prototype algorithms.

Таким образом, предлагаемый ГИМ позволяет строить непрерывный ГИ с автономной азимутальной выставкой повышенной точности, алгоритм функционирования которого при спуске (подъеме) соответствует алгоритмам ГИ с одноосным индикаторным гиростабилизатором, как указано в патенте №2100594 прототипа, СП которого имеет диаметр 73 мм.Thus, the proposed GIM allows you to build a continuous GI with an autonomous azimuthal exhibition of improved accuracy, the algorithm of which during descent (ascent) corresponds to the GI algorithms with a uniaxial indicator gyrostabilizer, as described in patent No. 2100594 of the prototype, the joint venture of which has a diameter of 73 mm

Некоторые вопросы технической реализации.Some issues of technical implementation.

1. В качестве гироскопа ГИМ в данном устройстве планируется применить серийный динамически настраиваемый гироскоп, например, ГВК-16.1. As a GIM gyroscope in this device, it is planned to use a serial dynamically tuned gyroscope, for example, GVK-16.

2. Поворотной рамой при этом будет оправка с полуосями, к которой жестко крепится гироскоп.2. The swinging frame will be a mandrel with half shafts, to which the gyroscope is rigidly attached.

3. Привод рамы: малогабаритный двигатель серии ДПР, который кинематически с помощью, например, безлюфтовых шестеренок будет передавать момент на ось поворотной рамы. Конструктивно ДПР будет размещен таким образом, чтобы размер СП по диаметру не увеличивался.3. Frame drive: a small-sized engine of the DPR series, which kinematically, using, for example, gearless gears, will transmit torque to the axis of the rotary frame. Structurally, the DPR will be placed so that the size of the joint venture does not increase in diameter.

4. Двигатель отработки: серийный моментный двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов ДС-27 (аналогично прототипу).4. Development engine: serial DC torque motor with excitation from permanent magnets DS-27 (similar to the prototype).

5. Датчик угла позиционирования рамы, например, индуктивного типа, имеющий две зоны пропорциональности в области 0° и 90° угла поворота рамы.5. A frame positioning angle sensor, for example, of an inductive type, having two proportional zones in the region of 0 ° and 90 ° of the frame rotation angle.

6. Измерители ускорений - малогабаритные акселерометры АТ-1104.6. Acceleration meters - small-sized accelerometers AT-1104.

7. Выходной датчик угла, выполненный в виде синусно-косинусного трансформатора (аналогично прототипу).7. The output angle sensor, made in the form of a sine-cosine transformer (similar to the prototype).

8. Электронные узлы могут быть реализованы на серийных аналоговых и цифровых схемотехнических элементах.8. Electronic components can be implemented on serial analog and digital circuitry elements.

Claims (1)

Гироинерциальный модуль гироскопического инклинометра, содержащий одноосный гиростабилизатор, на платформе которого жестко установлены два измерителя ускорений с двумя взаимно перпендикулярными осями чувствительности, которые перпендикулярны оси стабилизации гиростабилизатора, трехстепенной гироскоп, по осям подвеса которого установлены датчики углов и датчики моментов, двигатель отработки, соединенный с выходом усилителя стабилизации и кинематически связанный с осью стабилизации, на которой закреплен выходной датчик угла в виде синусно-косинусного трансформатора, и блок цифровой обработки, к первому и второму входам которого подключены выходы выходного датчика угла гиростабилизатора, к третьему и четвертому - выходы измерителей ускорений, к шестому - выход датчика температуры, а к пятому - второй сигнальный выход первого усилителя канала измерения угловой скорости, на сигнальный вход которого подключен выход датчика угла относительно оси подвеса внутренней рамы, а первый сигнальный выход первого усилителя канала измерения угловой скорости подключен к датчику момента относительно оси подвеса наружной рамы, при этом первый выход блока цифровой обработки соединен с управляющим входом задатчика эталонного тока, второй и третий выходы блока цифровой обработки через каротажный кабель подключены к наземному вычислителю, отличающийся тем, что трехстепенной гироскоп установлен в поворотной раме, ось подвеса которой перпендикулярна оси стабилизации гироскопического стабилизатора, совпадает с осью чувствительности одного из измерителей ускорений и с которой кинематически связаны датчик угла позиционирования поворотной рамы и двигатель разворота, к входу которого через усилитель двигателя разворота подключен выход третьего управляемого коммутатора, первый и второй управляющие входы которого соединены с первым и вторым выходами логического устройства, первый сигнальный вход третьего управляемого коммутатора подключен ко второму выходу задатчика эталонного тока, первый выход которого подключен ко второму сигнальному входу третьего управляемого коммутатора и к сигнальному входу второго управляемого коммутатора, выход которого соединен с вторым входом усилителя стабилизации, первый вход которого соединен с первым сигнальным выходом первого управляемого коммутатора, управляющий вход которого соединен с третьим выходом логического устройства, четвертый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго усилителей каналов измерения угловой скорости и управляющим входом второго управляемого коммутатора, сигнальный вход первого управляемого коммутатора соединен с датчиком угла относительно оси подвеса наружной рамы, второй сигнальный выход первого управляемого коммутатора соединен с сигнальным входом второго усилителя канала измерения угловой скорости, первый сигнальный выход которого соединен с датчиком момента относительно оси подвеса внутренней рамы, а к первому и второму входам логического устройства подключены четвертый и пятый выходы блока цифровой обработки, к седьмому входу которого подключен второй сигнальный выход второго усилителя канала измерения угловой скорости, а к третьему и четвертому входам логического устройства подключены третий и четвертый выходы преобразователя сигналов, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвертым сигнальными входами третьего управляемого коммутатора, а первый и второй входы преобразователя сигналов соединены с выходами датчика угла позиционирования поворотной рамы. The gyro-inertial module of the gyroscopic inclinometer containing a uniaxial gyrostabilizer, on the platform of which are two acceleration meters with two mutually perpendicular sensitivity axes, which are perpendicular to the stabilization axis of the gyrostabilizer, a three-stage gyroscope, the angular sensors and the torque sensors are installed along the suspension axes, stabilization amplifier and kinematically connected with the stabilization axis, on which the output angle sensor is fixed in the form e sine-cosine transformer, and a digital processing unit, to the first and second inputs of which the outputs of the output gyro stabilizer angle sensor are connected, the third and fourth - outputs of the acceleration meters, the sixth - the output of the temperature sensor, and the fifth - the second signal output of the first channel amplifier measuring the angular velocity, the signal input of which is connected to the output of the angle sensor relative to the suspension axis of the inner frame, and the first signal output of the first amplifier of the channel measuring angular velocity is connected at a moment relative to the suspension axis of the outer frame, the first output of the digital processing unit connected to the control input of the reference current setter, the second and third outputs of the digital processing unit via a wireline cable connected to a ground computer, characterized the fact that the three-stage gyroscope is mounted in a rotary frame, the suspension axis of which is perpendicular to the stabilization axis of the gyroscopic stabilizer, coincides with the sensitivity axis of one of the acceleration meters and with which the rotational frame position angle sensor and the reversal engine are kinematically connected, to the input of which the output is connected via the reversal engine amplifier the third managed switch, the first and second control inputs of which are connected to the first and second outputs of the logical device, the first signal The first input of the third managed switch is connected to the second output of the reference current master, the first output of which is connected to the second signal input of the third managed switch and to the signal input of the second managed switch, the output of which is connected to the second input of the stabilization amplifier, the first input of which is connected to the first signal output of the first managed switch, the control input of which is connected to the third output of the logical device, the fourth output of which is connected to the control in by the odes of the first and second amplifiers of the angular velocity measurement channels and the control input of the second managed switch, the signal input of the first managed switch is connected to the angle sensor relative to the suspension axis of the outer frame, the second signal output of the first managed switch is connected to the signal input of the second amplifier of the angular velocity measurement channel, the first signal the output of which is connected to the moment sensor relative to the suspension axis of the inner frame, and to the first and second inputs of the logic device the fourth and fifth outputs of the digital processing unit are switched on, the second signal output of the second amplifier of the channel for measuring angular velocity is connected to the seventh input, and the third and fourth outputs of the signal converter are connected to the third and fourth inputs of the logic device, the first and second outputs of which are connected to the third and fourth the signal inputs of the third managed switch, and the first and second inputs of the signal converter are connected to the outputs of the rotational frame positioning angle sensor.
RU2012156992/28A 2012-12-25 2012-12-25 Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer RU2528105C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012156992/28A RU2528105C2 (en) 2012-12-25 2012-12-25 Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012156992/28A RU2528105C2 (en) 2012-12-25 2012-12-25 Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012156992A RU2012156992A (en) 2014-06-27
RU2528105C2 true RU2528105C2 (en) 2014-09-10

Family

ID=51216167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012156992/28A RU2528105C2 (en) 2012-12-25 2012-12-25 Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2528105C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2818661C1 (en) * 2024-02-26 2024-05-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева-КАИ" Gyro direction indicator with compensation of temperature drift

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2004786C1 (en) * 1990-07-10 1993-12-15 нин Лев Николаевич Бел Inclinometer
RU2030574C1 (en) * 1991-06-10 1995-03-10 Раменское приборостроительное конструкторское бюро Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer
RU2100594C1 (en) * 1996-02-09 1997-12-27 Малое инновационное предприятие "АРАС" Method of determination of well direction and inclination and gyroscopic inclinometer
RU2130118C1 (en) * 1997-04-30 1999-05-10 Государственное предприятие "Ижевский механический завод" Gyroscopic inclinometer
RU2159331C1 (en) * 1999-10-05 2000-11-20 Общество с ограниченной ответственностью предприятие "АРКОН" Method determining azimuth and zenith angle of well and gyroscopic inclinometer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2004786C1 (en) * 1990-07-10 1993-12-15 нин Лев Николаевич Бел Inclinometer
RU2030574C1 (en) * 1991-06-10 1995-03-10 Раменское приборостроительное конструкторское бюро Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer
RU2100594C1 (en) * 1996-02-09 1997-12-27 Малое инновационное предприятие "АРАС" Method of determination of well direction and inclination and gyroscopic inclinometer
RU2130118C1 (en) * 1997-04-30 1999-05-10 Государственное предприятие "Ижевский механический завод" Gyroscopic inclinometer
RU2159331C1 (en) * 1999-10-05 2000-11-20 Общество с ограниченной ответственностью предприятие "АРКОН" Method determining azimuth and zenith angle of well and gyroscopic inclinometer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2818661C1 (en) * 2024-02-26 2024-05-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева-КАИ" Gyro direction indicator with compensation of temperature drift
RU2829726C1 (en) * 2024-03-26 2024-11-05 Акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборов подземной навигации" Gyro-inclinometer for inclinometric survey and method of its performance
RU2826371C1 (en) * 2024-05-24 2024-09-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Gyro direction indicator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012156992A (en) 2014-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11220899B2 (en) Gyro measurement while drilling system and method therefor
US10550686B2 (en) Tumble gyro surveyor
EP2068118B1 (en) Method and system for heading indication with drift compensation
US6918186B2 (en) Compact navigation system and method
US20030220743A1 (en) Inertially-stabilized magnetometer measuring apparatus for use in a borehole rotary environment
US10287872B2 (en) Inertial carousel positioning
RU2030574C1 (en) Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer
JP2002296037A (en) Gyrocompass device
RU2528105C2 (en) Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer
Peng et al. An automatically mode-matched MEMS gyroscope based on phase characteristics
CA2484104C (en) Method and apparatus for mapping the trajectory in the subsurface of a borehole
US9976408B2 (en) Navigation device and method for surveying and directing a borehole under drilling conditions
US20070095124A1 (en) Inertial north finder
RU2507392C1 (en) Method for zenith angle and drift direction determination and gyroscopic inclinometer
RU2503810C1 (en) Method for determining well deviation angles
RU2269001C1 (en) Method for well path measuring in azimuth and dual-mode body-mounted gyroscopic inclinometer for above method implementation
RU2499224C1 (en) Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer
RU2482270C1 (en) Method for determining orientation of downhole instrument in borehole
RU2387828C1 (en) Method to determine well angular orientation by gyro inclination metre
AU2019201449A1 (en) Borehole survey instrument and method
RU2250371C1 (en) Inclinometer
Chikovani Precision angle orientation measurement with the use of inertial measuring unit employing low accuracy optical gyros
Zaitsev et al. Research Article Study of Systems Error Compensation Methods Based on Molecular-Electronic Transducers of Motion Parameters
Gao et al. Borehole survey system using fiber optic gyroscopes strapdown inertial navigation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151226