Устройство для измерения азимутального угла

 

Изобретение относится к геологоразведочной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений. Устр-во содержит корпус, расположенный в нем источник света, оптически связанный через конденсатор , кольцевой отражатель и диафрагму (Д) с зеркальной многогранной призмой (МП). Источник соединен ел со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

241 А2 (19) (11) (ю 4 E 21 В 47 022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1244295 (21) 4062403/22-03 (22) 24.04.86 (46) 23.09.87. Бюл. У 35 (71) Устиновский механический институт (72) В.Н.Шиляев, С.А.Тюрин, В.А.Мыльников и В.С.Дородов (53) 622.241.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1244295, кл. Е 21 В 47/022, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АЗИМУТАЛЬНОГО УГЛА (57) Изобретение относится к геологоразведочной технике. Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерений. Устр-во содержит корпус, расположенный в нем источник света, оптически связанный через конденсатор, кольцевой отражатель и диафрагму (Д) с зеркальной многогранной призмой (МП). Источник соединен

1339241.через Д и кольцевую диафрагму с непрозрачным диском 9, жестко связанным с магнитной стрелкой 11 и с MII, которая оптически связана с установленным в корпусе позиционно-чувствительным фотоприемником (ПЧФ) 10.

В корпусе 1 установлены дополнительные ПЧФ 22 и оптический блок. Последний имеет оптически взаимодействующие между собой кольцевой отражатель 12, жестко связанный с диском 9, концентрично ему установленный неподвижный отражатель 18, выполненный в виде кольцевого сектора, параболическое зеркало 19 и два плоских зеркала 20 и 21. Отражатель 12 имеет равномерно расположенные по окружности щелевые Д 16, взаимодействующие с зеркалом 19, фокусное расстояние которого оптически согласовано с зерИзобретение относится к геологоразведочной технике, может быть использовано для измерения азимутальных углов буровьгх скважин и является усовершенствованием изобретения по авт. сн, М 1244295.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерений.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — схема хода лучей н устройстве н дополнительном оптическом блоке.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого расположен источник

2 света, оптически связанный через кольцевой конденсор 3, кольцевой отражатель 4 и диафрагму 5 с зеркальной многогранной призмой 6, а через диафрагмы 7 и колг,цег>ую диафрагму 8— с непрозрачным диском 9 ° Зеркальная многогранная призма 6 жестко снязаH;l с диском и оптически связана с пс>зиционно-чувствительным фотоприемником 10. Диск 9 жестко связан с магнитной стрелкой 11 и кольцевым отражателем 12. 11а поверхнс с.ти д>г-ка ны— полнеHII «льtlc.fill> Il(E гп 13,:lаполн H кальной поверхностью зеркала 20, Последнее оптически взаимодействует с зеркалом 21, установленным под углом к нему, и с дополнительным ПЧФ 22. Диск 9 имеет кольцевые щели 13 и точечные Д 14, которые имеют направляющие зеркала 15. Кол-но их равно числу граней MII. Источник через Д 14, зеркала 15 и Д 16 оптически связан с огггическим блоком. При отклонении объекта изменяется положение луча относительно ПЧФ 10. Величина сигнала с ПЧФ 10 зависит от места падения луча на его чунстнигельную площадку и определяет изменение азимутального угла. Изменение угла н преде— ла: заданного диапазона снима— ется информация с ПЧФ 22 столь— ко раз, насколько иэменилс я угол. 4 ил. ьн IE . прс>зрачггьгм материалом, платность которого ранна плотности материала диска, и точечные диафрагмы 14, напротив которых на диске вазмещени с направляк>щие зеркала 15, оптически согласованные с щелеными диафрагмами

16, которые выполнены н кольцевом отражателе 12, причем точечные диафрагмы 14 размещены равномерно го окружности, радиус которой равен радиусу кольцевой диафрагмы 8, а количество их равно количеству граней зеркальной призмы 6. Каждой грани зеркальной призмы 6 на диске 9 соответствует сектор, который представляет собой часть диска 9 между двумя соседними радиусами, проведенными иэ центра диска 9 через точку пересечения двух соседних ребер призмы 6.

Каждому сектору соответствует своя комбинация кольцевых щелей 13, которьн. оптичсски связаньс с диафрагмами 7 и фотоприемниками 17.

11а фиг. 2 показан вариант с шестиграннои зеркалг.нс>й призмой 6, т.е. диск 9 ра дегген на шесть сектс>ров с у Гл Оьг н н с p IIIII H > 60, КО Гг ьце г>ьсе Ill p ли 13 III.III<> IIIell»l на радиусах К < - В

З1) Кажи<>м. с.с кто)> с.оотнс тствует с-вс я комп>с алия кс лс цс ньгх щелей 1 1, напри1339241 света.

1 мер в одном секторе выполнена одна щель на рлдиусе Е,, в другом одна нл радиусе К и т.д. Позиционно-чувствительный фотонриемник 10 расположен по отношению к диафрагме 5 тлк, чтобы луч из диафрагмы 5, отраженный от одной из граней зеркальной призмы 6, О при повороте призмы на угол 360 /n, где n — количество граней призмы б, непрерывно перемещался по чувствительной площадке позиционно-чувствительного фотоприемника 10 и проходил путь, равный длине чувствительной площадки. Такое возможно, когда радиус, проведенный через центр диафрагмы 5, делит чувствительную плошадку фотоприемника 10 на две равные части. Кольцевой отражлтелт 12 оптически взаимодействует с концентрично ему установленным неподвижным отражателем 18, выполненным в виде кольцевого сектора, длина дуги которого равняется 2 К„ /и, где К „, — радиус отражателя 18, т.е. его длина ограничена двумя радиусами, проведенными из центра диска через точку пересечения двух соседних ребер призмы б.

Кольцевой отражатель 12 также взаимодействует с параболическим зеркалом 19, фокусное расстояние которого оптически согласовано с зеркальной поверхностью плоского зеркала 20, которое оптически взаимодействует с другим плоским зеркалом 21, установленным под углом к первому, и с дополнительным позиционно-чувствительным фотоприемником 22. Фотоприемники

10, 17 и 22 электрически соединены с регистратором 23.

Кольцевой отражатель 12, неподвижный отражатель 18, параболическое зеркало 19 и два плоских непараллельных зеркала 20 и 21 образуют дополнительный оптический блок, с которым через точечные диафрагмы 14, направляющие зеркала 15 и щелевые диафрагмы 16 оптически связан источник 2

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника 2 света, пройдя через кольцевой конденсор 3, отражается от кольцевого отражателя 4, затем, пройдя через диафрагмы 5 и 7, образует световые лучи и, пройдя через кольцевую диафрагму 8, образует световое кольцо. Луч света из диафрагмы 5 поступает на одну из с, 10

?5

55 зеркальных граней призмы 6, отрлзнвшись от которой, попадает нл чувствительную площадку позиционно-чувствительного фотоприемника 10 в точке, положение которой определяется углом разворота зеркальной грани призмы 6 относительно фотоприемника 10. Угол, под которым располагается зеркальная грань призмы 6 по отношению к фотоприемнику 10, зависит от положения диска 9, ориентируемого магнитной стрелкой 11. Лучи светл из диафрагм 7 попадают на непрозрачный диск 9 и в зависимости от комбинации кольцевых кодовых щелей 13 поступают на тот или иной фотоприемник 17, Кольцевой луч света иэ кольцевой диафрагмы 8 поступает на диск 9, где точечные диафрагмы 14 образуют и лучей, которые отражаются от направляющих зеркал 15 и направляются в щелевые диафрагмы 16 кольцевого отражателя 12. При этом один из лучей обязательно попадает нл неподвижный отражатель 18, в результате чего между отражателем 18 кольцевым отражателем 12 происходит многократное отражение светового лу-. ча и появляется равномерная световая сетка с постоянным шагом Я, где S расстояние между двумя соседними углами отражения светового луча на поверхности отражателя 18. Причем максимальное количество отражений N и, следовательно, количество шагов S при известной длине неподвижного отражателя 18 зависят от величины 1=

=R -R где R — радиус кольцевого н,о о о отражателя 12, и от угла q падения светового луча на неподвижный отражатель 18. В зависимости от положения того или иного луча по отношению к точке Y (фиг. 4) (совпадающей с краем отражателя 18, удаленным от параболического зеркала 19) количество отражений может меняться от N до 1, а так как точечные диафрагмы 14 размещены равномерно по окружности, количество их равно п, световые лучи от направляющих зеркал 15 развернуты один симметрично другому, то в зависимости от положения непрозрачного диска 9 на отражателе 18 будет хотя бы один угол отражения. При этом в зависимости от положения последнего угла отражения по отношению к точке У< (совпадающей с краем отражателя 18, расположенным у параболического зеркала 19) световой луч, отраженный от

5 1339241 б кольцевого отражателя 12, будет падать на параболическое зеркало 19 на участке, ограниченном крайними положениями A и В луча, где положение А луча соответствует удалению последнего угла отражений от точки Y на к расстояние S а положение  — совпадению последнего угла отражения с точкой У, т.е. при движении непрозрачного диска 9 световой луч будет непрерывно сканировать по поверхности параболического зеркала 19 от положения А до В. Для непрерывности поступления светового луча на параболическое зеркало 19 необходимо, чтобы при падении одного луча в точку У„, т.е. при возникновении световой сетки с максимальным числом отражений N, другой световой луч находился в положении А по отношению к параболическому зеркалу 19, а отраженный от отражателя 18 в последнем угле луч пересекался с ним в точке Z, расположенной на линии пересечения оси симметрии щелевой диафрагмы 16 и поверхности кольцевого отражателя 12.

Отраженный от параболического отражателя луч попадает в точку F на плоском зеркале 20, являющуюся фокусом параболического отражателя 19, причем в зависимости от положения луча угол падения луча на зеркало 20 будет меняться от к, — при положении

А до oi — при положении В, что при дальнейшем многократном отражении луча между зеркалами 20 и 21 приведет к тому, что луч, попавший на параболическое зеркало 19 в положение А, на фотоприемнике 22 попадет в точку А, а луч иэ положения В— в точку В,. Соответствующим выбором размеров L,, L, 2I и С, где L,, длина зеркал 20 и 21; С вЂ” минимальное расстояние между ними, можно добиться, что расстояние D между точками А и В, на фотоприемнике 22 будет в f раэ больше, чем S, т.е ° при одинаковых характеристиках фотоприемников 10 и 22 изменение положения светового луча на величину S приведет к тому, что величина изменения выходного сигнала с фотоприемника 22 будет в f раз больше, чем с фотоприемника 10, т.е. чувствительность к изменению измеряемого параметра у фотоприемника 22 будет значительно вьппе, чем у фотоприемника 10.

Предположим, что в начальном положении объекта, азимут которого необходимо определить, магнитная стрелка 11 занимает такое положение, что один из лучей, выходящих из точечных диафрагм 14, пройдя через щелевую диафрагму 16, попадает в точку У, на неподвижном отражателе 18, при этом

10 число отражений на нем будет максимальным и равным N. При этом, варьируя углом ц, можно добиться, чтобы о число шагов S было равно величине угла в вершине каждого сектора, для о данного примера 60, т.е. при повороте магнитной стрелки 11 на 1 каждый угол отражения на поверхности неподвижного отражателя 18 сместится на величину S, а луч, падающий на по2р верхность параболического зеркала 19, перейдет иэ положения А в положение

В, что на позиционно-чувствительном фотоприемнике 22 будет соответствовать перемещению луча на величину D

25 т,е. диапазон измерения фотоприемника 22 будет равен 1 для данного случая. При изменении положения объекта, t азимут которого необходимо определить, устройство, корпус 1 которого связан с объектом, тоже изменит свое положение, Магнитная стрелка 11 сориентирует диск 9 и жестко связанную с ним зеркальную призму 6. При этом луч света из диафрагмы 5 изменит свое положение относительно фотоприемни35 ка 10 за счет изменения положения зеркальной призмы 6 и соответствующим образом изменится электрический сигнал с фотоприемника 10, величина ко40 торого зависит от места падения светового луча на чувствительную площадку фотоприемника 10 и который несет информацию об изменении азимутального угла, Фотоприемник 22 при этом будет выдавать информацию об измене45 нии угла в пределах заданного диапазона столько раз, на сколько изменился азимутальный угол, т.е. для дано ного случая 1, т ° е. будет непрерывно уточнять значение угла, снимаемого с фотоприемника 10, и фактически играть роль оптического нониуса.

Фотоприемники 17, которые выдают информацию вида "Да-Нет,, т.е. "Да фотоприемник освещен, "Нет" — фотоприемник не освещен, эа счет разных комбинаций кодовых щелей 13 дают информацию о том, какая иэ зеркальных граней призмы 6 находится в данный

1339241

4 -,4

2! 22 момент в оптической связи с фотоприемником 10. Л так как с помощью многогранной призмы 6 весь диапазон измеряемых углов разделен на поддиапаР зоны, в которых и.мерение ведут от О до(=360/п, где ц — максимальный угол поддиапазона, то фотоприемники

17 несут информацию о том, в каком поддиапазоне ведется измерение.

Электрические сигналы с фотоприемников 10, 17 и 22 поступают на регистратор 23, где сигналы обрабатываются.

Фактический азимутальный угол при этом определяется по формуле

9 = + (и; — 1) q +, где 6 — истинное значение азимутального угла; величина угла по показаниям фотоприемника 10; номер поддиапазона, в котором ведется измерение; максимальная величина изменения измеряемого параметра в пределах одного поддиапазонае (мопра вка к величине угла по показаниям фотоприемника 22.

Такая конструкция позволяет значительно повысить чувствительнос.ть устройства, так как при одинаковых характеристиках фотоприемников 10 и 22 величина изменения выходного сигнала на единицу измеряемого параметра с фотоприе.1ника 22 в f раз больше, чем с фот оприемника 10.

Формула изобретения устроиство для Hзмерения аэпмутального угла по авт. с». 1244295, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, оно снабжено установленными в корпусе дополнитель1р ным позиционно-чувствительным фотоприемником и дополнительным оптическим блоком, который имеет оптически взаимодействующие между собой кольцевой отражатель, жестко связанный с

15 непрозрачным диском, концентрично ему установленный неподвижный отражатель, выполненный в виде кольцевого сектора, параболическое зеркало и два установленных под углом друг

2р к другу плоских зеркала, при этом в кольцевом отражателе равномерно по окружности выполнены щелевые диафрагмы, а на диске — точечные диафрагмы, которые имеют направляющие зеркала

25 и количество которых равно числу граней зеркальной призмы, причем фокусное расстояние параболического зеркала оптически согласовано с зеркальной поверхностью одного из плоских эерЗо кал, которое оптически взаимодействует с другим плоским зеркалом и с дополнительным позицион о-чувствительным фотоприемником, а пстс ник света через точечные диафрагмы, направляю35 щие зеркала и щелевые диафрагмы оптически связан с дополнительным оптическим блоком.

1339241

Составитель А.Цветков

Редактор А.Козориэ Техред В.Кадар Корректор А. Зимокосов

Заказ 4195/23 Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4