[發(fā)明專利]一種用于測斜儀的光纖陀螺

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310070667.4
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN103134485A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伍剛;萬放;王子宇
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫慧聯(lián)信息科技有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C9/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 程化銘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于油田、勘探、鉆探用測量領(lǐng)域，更具體地涉及一種用于測斜儀的光纖陀螺儀。

背景技術(shù)

目前，在石油地質(zhì)鉆井施工中使用的測斜儀主要是磁通門式測斜儀。它采用三軸正交加速度計測量地球重力矢量和三軸正交磁通門測量地磁場矢量。這種測量的局限性在于它要求磁通門周圍5米內(nèi)不能有任何鐵磁物質(zhì)。由于老井有套管，無法給儀器提供良好的無磁環(huán)境，因此利用磁通門測量老井的井眼軌跡無法實現(xiàn)。此時必須使用陀螺測斜儀才可以進行穩(wěn)定可靠的測量。陀螺鉆孔測斜儀是一種不受地磁干擾和周圍境磁性影響的鉆孔軌跡測量儀器，主要用于磁性礦區(qū)鉆孔、套管、鉆桿等進行鉆孔軌跡測量，當然也可在其他不受磁干擾的鉆孔中進行軌跡測量。

測井用陀螺受其使用環(huán)境的影響具有以下特點。首先，是體積要求嚴格，尤其直徑要小，要求形成儀器后適應(yīng)套管井井徑要求，甚至能在開天窗時從鉆桿投入；其次，是較強的抗振性，儀器運輸、測鉆開天窗或投入井底時，不會損壞陀螺本體;另外還有寬溫要求，即儀器能在寬溫度范圍內(nèi)精度滿足設(shè)計要求。

目前測斜儀中使用的陀螺主要是動力調(diào)諧陀螺。該陀螺的缺點是造價昂貴、制造復(fù)雜，尤其是撓性接頭十分脆弱，在振動過程中極易斷裂，導(dǎo)致陀螺損毀；若加大撓性接頭剛度，則精度將大大下降。這是限制其在石油儀器上推廣應(yīng)用的致命弱點。在國內(nèi)有采用動力調(diào)諧陀螺開發(fā)陀螺測斜儀的廠家，從目前應(yīng)用情況看，效果都不甚理想，主要原因是陀螺易損問題沒有得到解決。

因此光纖陀螺是一個更好的選擇。光纖陀螺儀是根據(jù)薩格奈克理論發(fā)展起來的。薩格奈克理論的要點是：當光束在一個環(huán)形的通道中前進時，如果環(huán)形通道本身具有一個轉(zhuǎn)動速度，那么光沿著通道轉(zhuǎn)動的方向前進所需要的時間要比沿著這個通道轉(zhuǎn)動相反的方向前進所需要的時間要多。也就是說當光學(xué)環(huán)路轉(zhuǎn)動時，在不同的前進方向上，光學(xué)環(huán)路的光程相對于環(huán)路在靜止時的光程會產(chǎn)生變化。利用這種光程的變化，如果使不同方向上前進的光之間產(chǎn)生干涉來測量環(huán)路的轉(zhuǎn)動速度，這樣就可以制造出干涉式光纖陀螺儀。

光纖陀螺使用在石油儀器上克服了以往陀螺的幾乎所有缺點，諸如抗振性差、磁場變化、漂移力矩因素多、工作受環(huán)境溫度影響大等。因此光纖陀螺是十分適用于陀螺測斜儀的方位傳感器。但是光纖陀螺為了保證精度，需要采用越來越多的光纖匝數(shù)，需要光纖環(huán)繞成一個大的圓形，因而導(dǎo)致光纖陀螺體積較大。目前光纖陀螺的直徑一般大于70mm，甚至更大。而用于測斜儀的陀螺直徑一般要求小于40mm，70mm的陀螺根本無法在測斜儀中使用。

發(fā)明內(nèi)容

1、本發(fā)明的目的。

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的因為精度要求導(dǎo)致光纖陀螺直徑過大，無法在測斜儀中使用而提出的一種用于測斜儀的光纖陀螺。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。

用于測斜儀的光纖陀螺，包括超輻射發(fā)光二極管1、光電檢測二極管2、光源耦合器3、光環(huán)耦合器4、光纖環(huán)5、起偏器6，所述的光纖環(huán)5為跑道型；超輻射發(fā)光二極管1?發(fā)出的偏振光輸入光源耦合器3的①端口，由光源耦合器3分成兩路偏振光，其中沿直通臂傳輸并由光源耦合器3的③端口輸出的偏振光通過起偏器6輸入到光環(huán)耦合器4的①端口，光環(huán)耦合器4將輸入的線偏振光分成兩路分別從其③、④端口輸出；光環(huán)耦合器4的③、④端口輸出的線偏振光分別沿跑道型光纖環(huán)5的順時針和逆時針方向傳輸，然后從光環(huán)耦合器4的③、④端口返回并在光環(huán)耦合器4中發(fā)生相干疊加，相干疊加后的線偏振光又被光環(huán)耦合器4分成兩路并分別從光環(huán)耦合器4的①、②端口輸出，光環(huán)耦合器4的①端口輸出的線偏振光中包含兩路光：一路為從光環(huán)耦合器4的③端口進入跑道型光纖環(huán)5，并沿順時針方向傳輸?shù)木€偏振光，另一路從光環(huán)耦合器4的④端口進入跑道型光纖環(huán)5，沿逆時針方向傳輸?shù)木€偏振光，這兩路光都經(jīng)過4的直通臂和耦合臂各一次；從光環(huán)耦合器4的①端口輸出的線偏振光通過起偏器6輸入到光源耦合器3的③端口，光源耦合器3將③端口輸入的線偏振光信號分成兩路，其中一路通過其②端口輸入光電檢測二極管2；當跑道型光纖環(huán)5靜止時，從光環(huán)耦合器4的①端口出發(fā)，分別沿順時針、逆時針方向傳輸?shù)膬陕肪€偏振光返回光環(huán)耦合器4的①端口時所經(jīng)過的光程是相同的；當跑道型光纖環(huán)5轉(zhuǎn)動時，從光環(huán)耦合器4的①端口出發(fā)，分別沿順時針、逆時針方向傳輸?shù)膬陕肪€偏振光返回光環(huán)耦合器4的①端口時所經(jīng)過的光程是不相同的，從而光電檢測二極管2接收到的光信號強度不同，由此則可以計算出光纖環(huán)5轉(zhuǎn)動的角速度。

優(yōu)選的跑道型光纖環(huán)5為熊貓保偏光纖，波長850nm，光纖包層80um，涂覆層165um，跑道型光纖環(huán)5采用四級對稱繞法。