Датчик магнитного азимута

 

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 С 17/06

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4777059/10 (22) 02.01.90 (46) 07.09,92. Бюл. ¹ 33 (71) Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин (72) А.В.Тарарков (56) Авторское свидетельство СССР № 495528, кл. G 01 С 17/00, 25.02.74, (54) ДАТЧИК МАГНИТНОГО АЗИМУТА (57) Использование: для определения положения магнитного северного полюса с подвесными магнитными элементами. СущИзобретение относится к навигационным измерительным приборам, а именно к устройствам для определения положения магнитного северного полюса с подвесными магнитными элементами, и предназначено для определения магнитного азимута, например, в бурении скважин.

Известен электронный компас, содержащий кольцевой магнитный сердечник, расположенную на нем кольцевую обмотку возбуждения, четыре измерительных обмотки, причем каждая пара диаметрально противоположных обмоток включена встречно.

По технической сущности это устройство является наиболее близким к предлагаемому датчику и принято за прототип.

Недостатком этого устройства является его невысокая точность при работе в условиях вибраций. Указанный недостаток обьясняется резким увеличением ошибки, обусловленной вертикальной составляющей геомагнитного поля при вибрации.. Ы„1760325 A l ность изобретения: да!чик содер киг !ла! нитный сердечник в виде двух шарив 1, f.;IU номерно распределенную кол ьцевук! обмотку 4 возбуждения. две из!леритель!!ые обмотки с противополож!«:!м о!!!ос!!!ел! н друг друга направлением вигк!1в. Нов!„!.! ч! ляЕТСЯ ВыпОлно!!ИЕ х )(уеа в в(!Ае Еt;. тичного тора 2, запо,- 1- е litt! его нем 3I ни!,: жидкостью 3, в! Illoлнение сердечника в в" де двух шаров. размещенных внутри к!Ч са, причем пло I0ciь одного из них ме!!«и. а другого больше и !Oтности нема t! I11н!. жидкости. 2 ил.

Целью изобретения является повышение точности эа счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной вибрацией.

Цель достигается благодаря тому, что устройство, содержащее магнитный сердечник, равномерно распределенную кольцевую обмотку возбуждения, две измерительные обмотки с противоположным относительно друг друга направлением витков, снабжено герметичным тороидальным корпусом, заполненным немагнитной жидкостью, сердечник размещен внутри корпуса и выполнен в виде двух шаров, причем плотность одного из них меньше, а другого больше плотности немагнитной жидкости.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый датчик магнитного азимута отличается тем, что снабжен герметичным тороидальным корпусом, заполненным немагнитной жидкостью, сердечник размещен внутри корпуса и выполнен в видедвух шаров, причем плi -! ность одного из них меньше. а другого бо!:

1

Ъ

1 2

1760325 ше плотности немагнитной жидкости. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна", Сравнение заявляемого решения, не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг.1 схематично показан общий вид датчика с измерительными обмотками, выполненными в виде последовательности секций, и элементами магнитного сердечника в форме полых ферритовых шаров с внутренним наполнителем: на фиг.2 схематично показано расположение витков измерительных обмоток по отношению друг к другу и к сердечнику, вид сверху.

Датчик содержит магнитный сердечник, выполненный в виде двух шаров 1, помещенных в герметичный тороидальный корпус 2, заполненный текучей немагнитной средой 3, равномерно распределенную кольцевую обмотку 4 возбуждения и две измерительные обмотки 5 и 6 с противоположным относительно друг друга направлением витков.

Датчик работает следующим образом (см. фиг,1).

Помещенные внутрь тороидального корпуса 2, заполненного текучей немагнитной средой 3, шары 1магнитногосердечника перемещаются в состояния, соответствующие их минимальной потенциальной энергии в поле тяготения Земли.

Бар, плотность которого меньше плотности немагнитной жидкости 3, устанавливается в крайнем верхнем положении, а шар, плотность которого больше плотности немагнитой жидкости 3, устанавливается в крайнем нижнем положении. Таким образом, при расположении корпуса 2 в вертикальной плоскости ось магнитного сердечника уста- навливается строго вертикально, При пропускании через обмотку 4 возбуждения тока с частотой в оба шара 1 магнитного сердечника пронизываются магнитными потоками возбуждения, равными по величине и противоположными по направлению. При этом ЭДС, наведенная в измерительных обмотках 5 и 6 от поля возбуждения Нв равна нулю, так как каждая иэ них образована парами диаметрально противоположных витков.

Магнитные потоки, обусловленные вертикальной составляющей геомагнитного поля, пронизывающие диаметрально противоположные витки измерительных обмоток

5 и 6, равны по величине и противоположны по направлению, т.е. вертикальная составляющая геомагнитного поля является как бы дополнительной составляющей поля воз5 буждения. В общем случае ЭДС, наводимая в измерительных обмотках 5 и 6, зависит от вертикальной составляющей геомагнитного поля, однако в случае работы на второй гармонике основной частоты в наводимая в

10 измерительных обмотках 5 и 6 ЭДС не зависит от вертикальной составляющей магнитного поля Земли и для обмотки 5 определяется

15 е =-2 (1и Hrsr(x>) х

Й х cosа sin 81 ро.

20 где Нг — величина горизонтальной составляющей напряженности геомагнитного поля; а — угол между горизонтальной проекцией магнитной оси витков измерительной обмотки 5 и направлением Нг, т.е. магнитный азимут;

P — угол между плоскостью витков измерительной обмотки 5 или 6 и плоскостью горизонта;

Я(Х) - площадь активного сечения магнитного сердечника;

Мд*(Х, НB) — дифференциал ьная ма гнитная проницаемость магнитного сердечника в области активного сечения;

Х вЂ” криволинейная координата смещения центра измерительных обмоток 5 и 6 (их секций) от оси магнитного сердечника;

Ha — величина напряженности магнитного поля возбуждения; ф- коэффициент, зависящий от формы обмоток 5 и 6 (их секций), В .измерительной обмотке 6, горизонтальная проекция магнитной оси витков которой расположена под углом р к горизонтальной проекции магнитной оси витков обмотки 5, наведена ЭДС: е2 2 @ 4Ф/4оНг32 (X2)

Й х х cos (р+а) sinД, 50 тогда ф1в1$1(Х1)о,ид(Х1, Нв) sing< cos a

Так как соответствующие витки обмоток

5 и 6 расположены симметрично относи55 е фрац32 Х2 d д(Х, Н, 81п сов +а

: 1760325

Таким образом, предлагаемый датчик позволяет производить измерения магнитного азимута в условиях вибрации с высокой точностью за счет резкого уменьшения ошибки, обусловленной вертикальной составляющей геомагнитного ёоля, тельно оси тороидального корпуса 2 (см. фиг.2), то

Х1= Х2, 82(Х2) = S>(X>); з!пр2 = sing>, 5

" — и ю:.а.Фр Ю е1 g> в cos а — = <9 а откуда а = эгстд — . е2 е1 е

Fu .1 (Ри2, 2

Составитель А.Тарарков

Редактор Т.Юрчикова Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Заказ 3177 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Для идентичных обмоток 5 и 6 при угле р= 90 получим

При этом погрешности, обусловленные неопределенностью положения элементов магнитного сердечника 1 при сильных вибрациях, возникающих при бурении скважин, можно свести к любой сколь угодно малой величине за счет уменьшения зазора между диаметром шаров 1 и внутренним диаметром тороидального корпуса 2.

Формула изобретения

Датчик магнитного азимута, содержащий магнитный сердечник, равномерно распределенную кольцевую обмотку возбуждения, две измерительные обмотки с противоположным относительно друг друга направлением витков, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной вибрацией, он снабжен герметичным тороидальным корпусом, заполненным немагнитнсй жидкостью. сердечник размещен внутри корпуса и выполнен в виде двух шаров, причем плотность одного иэ них меньше, а другого больше плотности немаг