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硕士学位论文硕士学位论文 基于光纤陀螺的井斜测量单元研究 research on measurement while drilling system based on fiber optic gyroscope (fog) 马亚平 马亚平 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学 2012 年年 7 月月 国内图书分类号：te927 学校代码：10213 国际图书分类号：621.3 密级：公开 工学硕士学位论文工学硕士学位论文 基于光纤陀螺的井斜测量单元研究 硕 士 研 究 生：马亚平 导 师：魏 国 教授 申请学位：工学硕士 学科：仪器科学与技术 所 在 单 位：自动化测试与控制系 答 辩 日 期：2012 年 7 月 授予学位单位：哈尔滨工业大学 classified index: te927 u.d.c: 621.3 dissertation for the master degree in engineering research on measureement while drilling system based on fiber optic gyroscope (fog) candidate： yaping ma supervisor： prof. guo wei academic degree applied for：master of engineering speciality： instrument science and technology affiliation： dept. of automatic testing and control date of defence： july, 2012 degree-conferring-institution：harbin institute of technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - i - 摘摘 要要 井斜测量单元研究是基于捷联惯性导航原理，由三轴光纤陀螺和三轴加速 度计构成惯性测量单元，通过数学平台实时地解算出载体的姿态角、位置和速 度等参数。本课题以石油勘测和开采为背景，应用于长时间、远距离和连续井 斜测量的场合。从随钻井斜测量的原理出发，采用捷联惯性导航系统替代传统 的平台惯性导航系统，利用光纤陀螺和加速度计构成的惯性敏感单元替代传统 的磁通门和加速度计的结构，适用于具有磁场干扰的场合。本文详细地分析了 井斜测量的工作原理和测量系统中存在的各种静态误差和动态误差，并对不同 的误差补偿方法进行了讨论， 通过 24 位置标定实验、 速率标定实验、 温度实验、 两位置旋转闭环控制实验等进行误差补偿。 井斜测量单元研究从其测量原理、测量误差分析与补偿、姿态解算方法和 载体姿态信息显示等方面作为切入点，详细分析和设计了井斜测量实验平台， 主要完成的研究工作包括四个方面： （1） 详细地阐述了井斜测量的工作原理， 建立捷联姿态矩阵的数学表达式， 并对三种不同的姿态解算方法（欧拉角法、方向余弦法和四元数法）进行分析 讨论，确定采用四元数法进行姿态更新解算。 （2）构建井斜测量单元实验平台，包括电源模块、数据采集和处理模块、 电机闭环控制模块和通信模块等。 （3）重点分析了测量系统中存在的动态和静态误差，对误差补偿方法进行 分析与讨论，建立 imu 误差模型，特别地对静态误差中的正交误差补偿提出了 新的补偿方法，取得良好的补偿效果。采用静基座初始对准方法，kalman 滤波 算法进行初始对准中的精对准，以获得初始位置的精确的捷联姿态矩阵。采用 两位置法方法改善系统的可观测性，以提高参数估计精度和速度。 （4）完成了井斜测量系统的静态测试，并对产生的测量误差进行了分析， 提出了可能存在的误差影响因素。通过静态位置实验，姿态角可获得较高的测 量精度，基本满足井斜测量的指标。利用 labview 进行数据采集界面和姿态信 息显示界面设计，具有良好的交互性和实时性的特点。 关键词：捷联惯性导航系统；光纤陀螺；随钻测量；正交标定；初始对准 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - ii - abstract measurement while drilling(mwd) is based on the principles of strap-down inertial navigation(sins), which constitutes a three-axis fiber optic gyroscope and triaxial accelerometer called inertial measurement unit（imu）. the parameters of attitude angle, position and velocity are calculated by mathematical platform in real time. with oil exploration and exploitation as the background, the system is used in long distance and continuous borehole deviation measurement occasions. from the principle of mwd, strapdown inertial navigation system is an alternative to traditional inertial navigation systems, and the inertial sensors included with fiber optic gyroscopes and accelerometers substitute the traditional structure with fluxgates and accelerometers, which is suitable for the occasion with the magnetic fieldinterfere. in this dissertation, a detailed analysis of the working principle and the measurement system with types of static errors and dynamic errors is given, and different kinds of methods towards error compensation are discussed. the error compensation is realized with the 24 position calibration experiments, the rate of calibration experiments, the temperature experiment, and the two-position rotary closed-loop control experiments. the study of mwd starts with the measuring principle, the measurement error analysis and compensation, the method of attitude calculation and the attitude display. detailed analysis and design of the experimental platform with mwd are mainly employed to complete the study that includes four aspects as follows: firstly, a detailed description of mwd is elaborated, and the mathematical expressions of strapdown attitude matrix are builded, and three different kinds of attitude solution methods that involve euler angles method, the direction cosine law and the quaternion method are analyzed and discussed. in the end, the quaternion method is choosed and employed to realize the attitude updating solution. secondly, the topic establishs the experimental platforms of mwd, including the power supply module, data acquisition and processing module, the motor closed-loop control module and communication module,and so on. thirdly, the research focuses on the dynamic and static errors in the measurement system, and conducts the discussion of the error compensation method, and sets up the error model of imu. particularly, the quadrature error compensation is proposed as a new compensation method and achieves good compensation effects. the initial alignment is executed in the static base, and the fine alignment based on the kalman filter algorithm is used to obtain the exact initial position of strapdown attitude matrix. it utilizes the two-position method to improve the observability of 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - iii - the system, in order to improve the accuracy and speed of parameter estimation. finally, it is completed with dynamic simulation analysis and static testing of the mwd system, and puts forward the possiable influencing factors of the measurement errors. through the static position testing, the attitude angles can obtain higher measurement accuracy to meet the basic measurement indicators with mwd. taking advantages of labview, the design of data acquisition interface and attitude information display is finished, which has good interaction and real-time characteristics. keywords: strapdown inertial navigation system, fiber optic gyroscope, mwd, orthogonal calibration, initial alignment 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - iv - 目 录 摘 要 . i abstract . ii 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题背景及研究的目的和意义 . 1 1.2 捷联惯性导航系统概述 . 2 1.3 井斜测量的国内外研究现状 . 3 1.3.1 井斜测量的国内研究现状 . 3 1.3.2 井斜测量的国外研究现状 . 4 1.4 本文的主要研究内容 . 5 第 2 章 基于光纤陀螺的井斜测量原理 . 6 2.1 引言 . 6 2.2 测斜仪的分类 . 6 2.2.1 照相测斜仪 . 6 2.2.2 电子测斜仪 . 7 2.2.3 陀螺测斜仪 . 7 2.3 惯性测量单元 imu 的工作原理 . 8 2.3.1 光纤陀螺仪的工作原理 . 8 2.3.2 石英挠性加速度计的工作原理 . 9 2.4 井斜测量的基本原理 . 11 2.4.1 常用坐标系及基本参数说明 . 11 2.4.2 井斜测量的导航原理 . 12 2.4.3 井斜测量的姿态表达式 . 13 2.4.4 井斜姿态参数解算 . 18 2.5 本章小结 . 22 第 3 章 井斜测量硬件平台的构建 . 23 3.1 引言 . 23 3.2 硬件平台总体结构设计 . 23 3.2.1 硬件平台方案比较与选择 . 23 3.2.2 硬件平台总体结构 . 25 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - v - 3.3 硬件平台单元模块设计 . 25 3.3.1 惯性测量单元模块设计 . 25 3.3.2 电源模块设计 . 26 3.3.3 数据采集模块设计 . 26 3.3.4 数据处理模块设计 . 27 3.3.5 通信模块设计 . 27 3.3.6 转位机构模块设计 . 28 3.4 硬件平台总体实物图 . 28 3.4.1 硬件平台机械结构示意图 . 28 3.4.2 硬件平台实物图 . 29 3.5 本章小结 . 30 第 4 章 井斜测量系统标定与初始对准 . 31 4.1 引言 . 31 4.2 惯性测量单元的误差分析与建模 . 31 4.2.1 光纤陀螺的误差分析 . 31 4.2.2 加速度计的误差分析 . 33 4.3 井斜测量中惯性测量组件的正交标定 . 33 4.3.1 惯性测量组件的正交安装误差 . 33 4.3.2 三轴光纤陀螺的正交标定 . 35 4.3.3 三轴加速度计的正交标定 . 37 4.3.4 正交标定仿真分析与实验 . 40 4.4 井斜测量单元的初始对准技术 . 45 4.4.1 初始对准技术及滤波技术 . 45 4.4.2 两位置法初始对准 . 49 4.4.3 初始对准的仿真分析 . 51 4.5 本章小结 . 55 第 5 章 井斜测量的实验与误差分析 . 56 5.1 引言 . 56 5.2 井斜测量的工作流程 . 56 5.2.1 总体工作流程 . 56 5.2.2 上位机界面 . 57 5.3 系统硬件和软件调试 . 57 5.4 电机闭环控制精度分析 . 59 5.5 姿态角静态测量结果及误差分析 . 62 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - vi - 5.6 本章小结 . 69 结 论 . 70 参考文献 . 71 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 . 75 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 . 76 致 谢 . 77 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 1 - 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 课题背景及研究的目的和意义 随着工业技术的发展，人们对石油的需求越来越迫切。在我国的石油战略 储备的大背景下，石油的勘测和开采技术越来越受到人们的广泛关注。石油能 源的开发和深开发，主要考虑到钻探精度和深度、设备耐受温度，测量环境等 因素的影响，尤其对温度指标有较高的要求1-2。就钻探开采的工作环境而言， 测量系统往往受到磁场干扰的影响，特别是有具有随机性的强磁场场合，传统 的油井井斜测量系统采用的基于磁通门和加速度原理的测量结构已经不能满足 实际工况的要求。 特别是捷联惯性导航系统逐渐替代传统的平台惯性导航系统， 并在航空航天、航海、测斜等领域得到深入的应用，人们逐步寻求新的问题解 决方案。根据以上背景，基于光纤陀螺的随钻井斜测量研究的课题得到立项和 开展。 惯性导航系统 （ins） 简称惯导， 是一种自主式导航系统， 利用惯性元件 （陀 螺仪和加速度计）测量运动载体在惯性空间中的角运动和线运动，根据载体运 动微分方程组实时地、精确地解算出运动载体的速度、位置和姿态角（定义为 载体坐标系相对于导航坐标系时，欧拉角转动获得的倾斜角、方位角和工具面 角）3。惯性导航系统大致可分为平台惯性导航系统和捷联惯性导航系统。惯 性导航系统可看作一个关于时间的积分系统，惯性测量单元中光纤陀螺和加速 度计的误差（特别是光纤陀螺零漂）将导致惯性导航系统的导航参数误差随时 间迅速积累。 捷联式惯性导航系统和平台式惯性导航系统的最大区别是：捷联式惯性导 航系统没有三轴伺服稳定平台，惯性测量元件直接固连在载体上。惯性导航技 术发展的趋势是捷联式惯性导航系统和将逐步取代平台式惯性导航系统。捷联 式惯性导航系统具有体积小、重量轻、成本低，它利用“数学平台”替代传统 物理平台，要求惯性元件具有稳定、可靠的参数和性能，可以在振动、冲击、 温度较大变化范围内精确工作。 在传统的油井井斜测量单元设计中，大都采用磁通门和机械式框架陀螺完 成井斜测量，但是其工作精度很容易受到外部环境干扰的影响，如磁场、振动 和冲击等，且它们自身存在测量原理上的缺陷，测量范围较窄，结构复杂，不 利用在复杂工作环境下进行随钻测量。磁通门是一种测量弱磁场的设备，但是 在钻探环境中可能存在大量的强扰动磁场， 淹没了磁通门对地磁场的敏感信号， 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 2 - 不能精确地敏感地磁场信号，导致磁通门工作失灵。另外，传统的机械框架陀 螺，其结构复杂，其工作时的结构转动会带来某些摩擦损耗，长期工作会导致 机械结构性能降低。 近年来，伴随着激光探测技术和微电子机械系统（mems）技术的发展， 激光陀螺和光纤陀螺在现代惯性导航系统中起着越来越重要的作用。由于激光 陀螺自身存在测量原理上的缺陷（死锁效应） ，所以，光纤陀螺技术受到人们的 密切关注，并且成功应用于现代油井井斜测量单元设计中4。下面给出井斜测 量的示意图，如图 1-1 所示。 图 1-1 井斜测量示意图 在现代井斜测量单元设计中，捷联式惯性导航系统有着良好的工作性能。 它利用惯性元件（光纤陀螺仪和加速度计）敏感其被测量信号，通过数学平台 解算出井斜参数信息，实时地获得测量过程中测量短节的位置、速度和姿态信 息。 1.2 捷联惯性导航系统概述 导航是指确定载体的位置和姿态， 引导载体达到目的地的指示和控制过程。 导航的任务就是提供载体的六自由度导航参数，即三维位置和三维角度，由此 一个物体的空间位置和状态。导航技术的实现有多种途径，如天文导航、无线 电导航、惯性导航等，其中惯性导航以其高度自主的突出优点，在导航技术中 占有特殊的位置5。 以获取位置和方向为目标的另外一门学科是大地测量学，主要研究和测定 地球形状、大小和地球重力场，以及测定地面点几何位置。导航和大地测量学 都是为了获取位置信息，但是它们各自具有明显的特点和区别，见表 1-1。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 3 - 表 1-1 导航和大地测量的特点和区别 名称 定位方式 作用对象输出物理量 实时性要求 位置精度要求 导航 过程定位 运动载体速度、姿态、位置很高 米/十米级 大地测量 静态定位 大地物体精确位置 不高 厘米/分米级 惯性导航技术以牛顿力学理论为基础，只依靠安装在载体内的惯性测量传 感器（陀螺仪和加速度计）和相应的配套装置建立基准坐标系，利用测量得到 的角速度和加速度计数据，通过时间积分和解算方法获得运动载体的速度、位 置和姿态角等导航参数6。平台惯性导航具有由陀螺仪稳定的惯性平台，惯性 平台用来隔离载体角速度的加速度测量的影响。捷联惯性导航系统是把惯性传 感器直接固连在载体上，用数字平台完成平台惯性导航中的惯性平台的惯性导 航系统，因而结构简单，体积小，成本低，可靠性高。随着陀螺技术的不断进 步，捷联惯导系统的应用越来越广，逐步从稳定平台技术转向捷联技术。近年 来，基于惯性导航技术的随钻井斜测量逐渐被人们关注。 1.3 井斜测量的国内外研究现状 1.3.1 井斜测量的国内研究现状 目前国内的各油田广泛使用的测斜仪器均采用磁通门技术或机械陀螺技 术，由于这两种技术原理上的缺陷，导致现有仪器的精度不足，使用场合和使 用寿命受到限制。光纤陀螺轻型的固态结构使其具有可靠性高、寿命长、能够 耐冲击和振动、瞬时启动、功耗低以及有很宽的动态范围等优点。 三十三所是惯性导航技术专业研究所，具有惯性系统和惯性器件的技术优势， 自上世纪 80 年代开始，开发惯性技术民用产品，成功研制推广了有线随钻测斜 仪、连续测斜仪、电子式单多点测斜仪、钻孔测斜仪、陀螺测斜仪和管道测绘 系统，并获得重大技术突破7。 国内井斜测量技术的研究和应用起步较晚，虽然中国海洋石油在随钻技术 应用上最早也比较广泛，但基本以国外技术为主，我国许多重点井的随钻测量 还是依靠国外提供测井服务8。我国在“六五”与“七五”期间，曾组织开展 了“电缆式定向随钻测井系统” （航天部三十三所与中国石油勘探开发研究院合 作、 “随钻井下记录系统” （中国石油勘探开发研究院）以及“随钻测量电磁波 传输信道可行性研究” （机电部二十二所与中国石油勘探开发研究院合作）等项 目研究。1992 年西安石油仪器总厂引进 halliburton 公司随钻技术，1998 年中 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 4 - 国石油勘探开发研究院与西安石油仪器技术总厂合作开展了地质导向钻井系统 的研究课题。尽管研究未能去等突破性的进展，但为以后的随钻测量技术研究 奠定了理论基础。2010 年中国石油测井公司华北事业部研制的光纤陀螺连续测 斜仪，以成功在华北油田苏 73-12x 等 4 口井使用，并获得良好的测量数据，标 志着我国首次应用光纤陀螺连续测斜仪研制成功9。 我国电子制造业相对落后，极大地制约着相关产业的发展。在进行随钻井 斜测量系统设计时，必须考虑器件或者设备的性能指标，主要是温度、抗振和 抗冲击能力。油田测井过程振动一般不超过 2g，冲击不超过 10g。器件选型往 往 考 虑 温 度 耐 受 能 力 ， 比 如 说 产 品 有 商 业 级 （ 0c70c） 、 工 业 级 （-40c85c） 、汽车级（-40c105c） 、军品级（-55c125c）等，特别 是深井作业时每下降 100m，温度大约上升 3c。因此，必须采取温度控制（分 为主动控制和被动控制两种）环节，保证设备能够正常运行，在选用耐高温器 件的同时， 还需要加装保温瓶和温度检测电路， 确保系统工作温度不超过 80c， 但是大大增加系统开发的成本。另外，随钻测量单元的安装结构等直接受到测 量短节的机械结构和加工工艺影响，光纤陀螺的尺寸必须和测量短节的直径相 互配套， 测量短节的直径将受工况环境的约束， 仪器外径大约为 44.5216.0mm， 限制光纤陀螺组件的外径，同时制约光纤陀螺的灵敏度。另外，由于光纤陀螺 本身存在温漂和零偏，在随钻测量系统中需要设计转位机构修正其影响。转位 机构的控制精度与电机旋转控制稳定性和编码器反馈环节的影响。总之，我国 随钻测量技术虽然取得阶段性的成果，但是仍有待于进一步从理论和实际工况 出发，着重随钻测量的精度、可靠性、环境承受能力等方面的研究。 1.3.2 井斜测量的国外研究现状 国外井斜测量技术在上世纪90年代取得快速进步，许多基于传统结构的测 斜仪结构逐渐被新的结构原理所替代。它们不采用偏重块和罗盘磁针的测量结 构，而是借助于加速度计技术、磁通门技术和陀螺技术应用井斜测量技术。尤 其是石英挠性加速度计具有良好的动态特性和抗震性，在惯性导航系统中得到 广泛应用。磁通门技术是利用敏感地磁场强度进行测量方位参数，但是由于其 本身原理上的特点，即工作在具有不确定磁场干扰的情况下，而又不能在套管 上加入磁屏蔽罩，否则严重影响井斜测量的性能。特别地，许多测量设备含有 铁磁成分和设备工作可能产生剩余磁场，极大地影响测量技术的可靠性10。 国外研究随钻测量技术的国家主要包括美国、俄罗斯、法国、英国、德国 等。俄罗斯随钻测量技术应用于钻进参数测量，随钻测量技术从早期的海洋钻 井平台逐渐迈向陆地，应用于深井（一般大于5000米）的油田勘测开发场合11。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 5 - 国外已研制开发出实时传输与相结合井下记录的井斜测量系统，在保证监测的 实时性同时，又保证了高质量的随钻测量数据。 1.4 本文的主要研究内容 本课题主要研究内容是基于捷联惯性导航原理的井斜测量技术在油田井斜 测量中的应用。本研究分析了井斜测量单元的工作原理，搭建了实验硬件平台 和软件仿真模块，探讨了井斜测量系统存在可能的误差及其补偿技术，实现了 井斜静态测量技术和的井斜测量的仿真实验12。 本设计从惯性测量单元（光纤陀螺和加速度计）的工作原理入手，研究其 在随钻井斜测量中的功能和数学模型， 针对 imu 输出信号的特点设计了信号调 理、数据采集、数据解算处理和通信模块，实现了随钻井斜测量的硬件系统和 软件系统。本课题主要研究内容可大致分为四大部分： （1）利用三轴加速度计和三轴光纤陀螺仪敏感器件构成捷联惯性导航系 统，进行随钻井斜测量单元的实现方案研究，实现测斜过程中姿态角（倾斜角、 方位角和工具面角）的解算输出，并送给其它处理单元处理。研究测斜仪结构 原理，完成测斜仪的数据采硬件系统和软件系统的设计，包括数据采集、数据 处理、rs485 通信以及数据显示等模块。 （2）建立惯性测量单元的温漂、时漂数学模型及算法软件。主要研究包括 惯性测量单元的数学模型，通过实验标定和滤波处理技术（包括卡尔曼滤波和 低通滤波等）辨识模型参数，为随钻井斜测量系统 “数学平台”的解算提供必 要条件。研究惯性元件各种由于环境、机械安装及器件本身带来的误差，如光 纤陀螺的零偏、标度因数、标度因数温度系数、随机噪声以及安装误差等，加 速度计的零偏、标度因数、标度因数温度系数以及安装误差等。完成惯性测量 单元的温度补偿、零偏补偿和安装误差补偿等。 （3）建立姿态解算数学模型及算法软件。根据捷联惯性导航系统（sins） 的原理，研究姿态角解算方案，包括欧拉角法、方向余弦法、四元数法和圆锥 算法等。研究初始对准方案，包括粗对准和精对准两个过程。利用 labview 完 成测斜仪数据采集界面显示。 （4）进一步实现随钻测量过程仿真分析。研究基于四元数的随钻井斜测量 系统的解算算法，在 matlab 中进行仿真设计，验证该解算方案的可行性。利用 labview 在上位机上设计数据采集及导航显示界面。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 6 - 第第 2 章章 基于光纤陀螺的井斜测量原理基于光纤陀螺的井斜测量原理 2.1 引言 井斜测量系统是一种捷联式惯性导航系统，利用陀螺仪和加速度计测量载 体在惯性空间的角运动和线运动，根据载体运动微分方程实时、精确地解算运 动载体的位置、速度和姿态13。它可以依靠固连在载体上的惯性测量单元实现 全天候、全姿态、自主性的三维定位，而不依靠外界的光、电、磁等信息组成 辅助设备（如 gps、罗经等） 。通过光纤陀螺的输出信息获得姿态转移矩阵替代 平台惯性导航中惯性平台，即采用“数字平台” ，大大简化了系统的结构。因此， 惯性测量单元是随钻井斜测量系统的核心。 本章将从测斜仪的分类、井斜测量的工作原理及姿态解算方法等方面，详 细阐述井斜测量的理论基础，进行可行性分析和实现方案研究。 2.2 测斜仪的分类 测斜仪按结构原理可分为照相测斜仪、电子测斜仪和陀螺测斜仪，按工作 方式可分为单多点测斜仪、连续测斜仪和随钻测斜仪。井斜斜度测量可根据液 面原理和重力原理进行测定，其中的重力原理包括重锤罗盘照相和重力加速度 计两种。方位角测量通过磁北原理和陀螺原理进行测量，其磁北原理包括磁罗 盘和磁通门两种，陀螺原理包括机械陀螺、激光陀螺、光纤陀螺和 mems 陀螺 等，根据不同测量指标和测量精度要求，可选择不同的测量方案。 2.2.1 照相测斜仪 照相测斜仪采用罗盘组件，通过光学成像方式，在胶片上能同时记录测点 的倾斜角、方位角及工具面角。其联接结构基本组成，如图 2-1 所示。 图 2-1 照相测斜仪的基本组成 照相测斜仪分为单点和多点两种类型，它们在工作原理上相同，但单点测 量一次只能记录一个点的数据，而多点可记录多个数据点。两者在测量装置上 基本一致只是照相部分和计时部分存在差异。单、多点照相测斜仪的精度指标， 一般井斜角误差0.3，方位角误差0.5。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 7 - 2.2.2 电子测斜仪 电子测斜仪一般利用磁通门和加速度计作为传感器，分为地面系统和井下 系统两部分。地面系统主要负责数据的处理、角度信息的显示等功能，井下系 统包括传感器数据的测量和传输。电子测斜仪比照相测斜仪具有更高的测量精 度，斜度测量范围 0180，误差达到0.1，方位角测量范围 0360，误 差达到0.2。电子测斜仪可以进行单多点、连续测量，工作在连续测量方式 是，其测量速度达到每小时千米量级，具有较高的测斜效率。根据测量深度和 测量环境的要求，其耐受温度范围一般不超过 125c，连续测量时间一般不超 过 4h。 2.2.3 陀螺测斜仪 陀螺测斜仪主要针对磁性矿地区及在铁套管中测量钻孔斜度及方位而设 计。普通测斜仪钻孔方位角主要依靠指南针或磁敏感元件定向，在磁性矿地区 或在铁管中，由于指南针或磁敏感元件的磁感应受到磁性体的影响，钻孔的方 位角难以确定。因此，在磁性较强的环境中测量方位角最有效的办法是采用不 受磁性体干扰的陀螺仪定向。陀螺仪有机械式和电子式两大类。机械式