陀螺测斜仪原理

上海地学仪器研究所上海地学仪器研究所 陀螺测斜仪原理陀螺测斜仪原理 地址：上海市桂平路地址：上海市桂平路680号邮编：号邮编：200233 电话：电话，64857983 网址：网址： 陀螺测斜仪发展历史陀螺测斜仪发展历史 ?早期（早期（1960-1980）陀螺测斜仪采用框架式陀螺仪为方位测量传 感器。上海地质仪器厂引进匈牙利和捷克样机进行开发。这种 陀螺测斜仪的缺点是仪器可靠性差，操作和维护很不方便。 ）陀螺测斜仪采用框架式陀螺仪为方位测量传 感器。上海地质仪器厂引进匈牙利和捷克样机进行开发。这种 陀螺测斜仪的缺点是仪器可靠性差，操作和维护很不方便。 ?80年代后期，国内外开始采用二自由度挠性陀螺和石英挠性加 速度计构成陀螺测斜仪中的测量系统。 年代后期，国内外开始采用二自由度挠性陀螺和石英挠性加 速度计构成陀螺测斜仪中的测量系统。 ?90年代开始，国外先研发出高精度、连续测量系统。系统在框 架上安装三个加速度计和两轴动力调谐陀螺，通过测量和计算 得到钻孔的空间轨迹，如 年代开始，国外先研发出高精度、连续测量系统。系统在框 架上安装三个加速度计和两轴动力调谐陀螺，通过测量和计算 得到钻孔的空间轨迹，如Keeper。 ?2005年前后，上海地学仪器研究所和北京航空航天大学研分别 研制出光纤陀螺测斜仪的商用样机，开始了高可靠、自寻北陀 螺测斜仪的新时代，同时也走到世界前列。 年前后，上海地学仪器研究所和北京航空航天大学研分别 研制出光纤陀螺测斜仪的商用样机，开始了高可靠、自寻北陀 螺测斜仪的新时代，同时也走到世界前列。 陀螺测斜仪主要结构陀螺测斜仪主要结构 陀螺测斜仪由两大部分组成：陀螺测斜仪由两大部分组成： ? 顶角测量系统，原来用重锤和电位器组成。现 在都采用重力加速度计实现，具有可靠性高， 精度高的特点。 顶角测量系统，原来用重锤和电位器组成。现 在都采用重力加速度计实现，具有可靠性高， 精度高的特点。 ? 方位测量系统，早期用框架式陀螺定向，方位 电位器指示方位变化，每个测点方位是前期测 量值基础上的积分结果，积分发散性会造成方 位的漂移。最新的方案是采用高灵敏度动力调 谐陀螺或光纤陀螺直接测量地球自转角速度矢 量及角速度矢量的各分量，通过数学矩阵计算 方位测量系统，早期用框架式陀螺定向，方位 电位器指示方位变化，每个测点方位是前期测 量值基础上的积分结果，积分发散性会造成方 位的漂移。最新的方案是采用高灵敏度动力调 谐陀螺或光纤陀螺直接测量地球自转角速度矢 量及角速度矢量的各分量，通过数学矩阵计算 得到钻孔的轨迹信息。得到钻孔的轨迹信息。 ?重力加速度计的三个正交敏感轴组成仪器的 正交坐标系X，Y，Z。其中Z轴和仪器母线一 致。 重力加速度计的三个正交敏感轴组成仪器的 正交坐标系X，Y，Z。其中Z轴和仪器母线一 致。 ?陀螺敏感轴X，Y，Z分别同重力加速度计的三 轴对准。 陀螺敏感轴X，Y，Z分别同重力加速度计的三 轴对准。 ?重力加速度计和陀螺仪的输出信息经测井电 缆传送到地面由计算机处理出钻孔的方位角、 倾斜角和工具面角。 重力加速度计和陀螺仪的输出信息经测井电 缆传送到地面由计算机处理出钻孔的方位角、 倾斜角和工具面角。 重力加速度计 外形结构 重力加速度计 外形结构 重力加速度计原理重力加速度计原理 框架式陀螺仪内部结构框架式陀螺仪内部结构 光纤陀螺仪外形和原理框图光纤陀螺仪外形和原理框图 陀螺测斜仪测量处理原理陀螺测斜仪测量处理原理 陀螺测斜仪测量的主要参数陀螺测斜仪测量的主要参数 陀螺测斜仪测量计算 方法陀螺测斜仪测量计算 方法 测量坐标系测量坐标系 ?地理坐标系：地理坐标系：O为孔口原点，N为地理北向，E为 地理东向，D为大地垂线方向。 为孔口原点，N为地理北向，E为 地理东向，D为大地垂线方向。 ?测斜仪坐标系：测斜仪坐标系：与探头外壳相联的正交坐标系，与探头外壳相联的正交坐标系， Z为探头纵轴，为探头纵轴，X，Y垂直于垂直于Z轴并在同一个平面 内，其中 轴并在同一个平面 内，其中Y还指示定位工具的键槽位置。还指示定位工具的键槽位置。 钻孔轨迹曲线上各点切线的姿态角定义钻孔轨迹曲线上各点切线的姿态角定义 ?方位角方位角A：测斜仪纵轴：测斜仪纵轴Z在水平面上的投影与 北向 在水平面上的投影与 北向N的夹角。的夹角。 ?倾斜角倾斜角：测斜仪纵轴：测斜仪纵轴Z与大地垂线的夹角。与大地垂线的夹角。 ?工具面角工具面角T:测斜仪测斜仪Y轴在大地水平面上投影或 在钻进方向的垂直面上投影与大地极北方向 或垂线间的夹角。 轴在大地水平面上投影或 在钻进方向的垂直面上投影与大地极北方向 或垂线间的夹角。 自寻北陀螺测斜仪的计算方法 JTL-40自寻北系列陀螺JTL-40自寻北系列陀螺 结构详图结构详图 自寻北系列陀螺测斜仪型号 1.JTL-40GX光纤陀螺测斜仪 2.JTL-40D冻结孔专用陀螺测斜仪 3.