本發(fā)明涉及石油鉆探慣性測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種單軸伺服連續(xù)測斜儀慣性測量單元。

背景技術(shù)：

測斜儀是油井井眼軌跡的主要測量工具，目前國內(nèi)的測斜儀多采用采用磁通門和機械式框架陀螺，但其工作精度易受外部環(huán)境干擾，如磁場、振動和沖擊等，且存在自身原理缺陷，測量范圍較窄，結(jié)構(gòu)復雜，不利于復雜工作環(huán)境下進行測量，同時此類測斜儀的體積較大，不適用于小口徑油井的測量。石油工業(yè)中急需開發(fā)一種小口徑，不受周圍環(huán)境影響，可以在小口徑套管或鉆竿內(nèi)進行測量的新型陀螺測斜儀。

光纖陀螺測斜儀是基于慣性導航技術(shù)的慣性測量單元，是一種不依賴任何外部設(shè)備，完全自主的實時、快速的測量儀器，利用光纖陀螺、加速度計敏感儀器沿油井井眼運動過程中的角速度、加速度，計算方位角、井斜角、工具面角等參數(shù)，用以描述井眼軌跡。

專利CN101876244A所述的一種慣性測量單元以及動力調(diào)諧陀螺連續(xù)測斜儀，其慣性測量單元采用兩個陀螺和三個加速度計的結(jié)構(gòu)設(shè)計，雖可保證慣性組件的正交關(guān)系，但其結(jié)構(gòu)較為復雜，不易加工。專利CN103114845A和CN103147739A所述的一種用于石油測斜儀器的光纖陀螺IMU骨架，其骨架結(jié)構(gòu)復雜，慣性組件安裝步驟繁瑣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種單軸伺服連續(xù)測斜儀慣性測量單元，慣性組件采用兩個光纖陀螺和兩個加速度計，減小慣性測量單元的體積，通過旋轉(zhuǎn)骨架的合理設(shè)計，保證慣性組件的正交關(guān)系，本發(fā)明可應(yīng)用于測斜儀，實現(xiàn)單軸伺服連續(xù)測量。

該測量單元包括保護總成、慣性組件、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和電路模塊，保護總成包括保護殼體下端蓋、保護殼體和過渡短節(jié)，慣性組件包括第一光纖陀螺、第二光纖陀螺、第一加速度計和第二加速度計；旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)變壓器、直流伺服電機、旋轉(zhuǎn)骨架和角接觸球軸承；電路模塊包括數(shù)據(jù)采集單元和導電滑環(huán)；

其中，保護殼體下端蓋位于保護殼體下端，通過第一固定孔由沉頭螺釘固定，旋轉(zhuǎn)變壓器位于保護殼體下端蓋上端，旋轉(zhuǎn)變壓器定子通過第二固定孔由螺釘固定，旋轉(zhuǎn)變壓器的上端和直流伺服電機的下端設(shè)置聯(lián)軸器，聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子配合連接，直流伺服電機上部設(shè)置電機固定架，直流伺服電機通過上端面的螺紋孔與電機固定架由螺栓固定，直流伺服電機尾軸與聯(lián)軸器通過螺釘固定，直流伺服電機輸出軸為D型軸，通過螺釘固定于旋轉(zhuǎn)骨架底端的連接孔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)骨架位于電機固定架上端和過渡短節(jié)下端，第一光纖陀螺布置在旋轉(zhuǎn)骨架的第一安裝槽內(nèi)，通過第一壓緊蓋壓緊并用螺栓固定，第二光纖陀螺布置在旋轉(zhuǎn)骨架的第二安裝槽內(nèi)，通過第二壓緊蓋壓緊并用螺栓固定，第一加速度計布置于旋轉(zhuǎn)骨架的第一安裝平臺上，通過第八固定孔由螺栓固定，第二加速度計布置于旋轉(zhuǎn)骨架的第二安裝平臺上，通過第九固定孔由螺栓固定，數(shù)據(jù)采集單元布置于旋轉(zhuǎn)骨架的第三安裝平臺上，通過第十固定孔由螺栓固定，導電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子套裝在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上端轉(zhuǎn)動軸上，導電滑環(huán)的定子通過螺釘固定于過渡短節(jié)上，角接觸球軸承通過緊配合固定于過渡短節(jié)的軸承安裝孔內(nèi)，過渡短節(jié)通過第十一固定孔由螺釘固定于保護殼體頂端的第三沉頭孔上。

保護殼體下端蓋上設(shè)有第一凹槽、第一固定孔、第二固定孔和第二凹槽。

聯(lián)軸器的材質(zhì)為peek材料。

保護殼體為管狀結(jié)構(gòu)，保護殼體外表面沿圓周方向均勻布置第一沉頭孔、第二沉頭孔和第三沉頭孔，在保護殼體表面開設(shè)走線孔一和走線槽一。

旋轉(zhuǎn)骨架上依次設(shè)置連接孔、第一安裝槽、第二安裝槽、第一安裝平臺、第二安裝平臺、第三安裝平臺和轉(zhuǎn)動軸，第一安裝槽的上表面兩端設(shè)有第六固定孔，第一安裝槽內(nèi)部成V字型，設(shè)有第一安裝凸臺，第二安裝槽的上表面兩端設(shè)有第七固定孔，第二安裝槽內(nèi)部成V字型，設(shè)有第二安裝凸臺，第一安裝平臺的中心設(shè)有第一安裝孔，第一安裝孔四周均布第八固定孔，第二安裝平臺的中心設(shè)有第二安裝孔，第二安裝孔四周均布第九固定孔，第三安裝平臺表面上設(shè)有第十固定孔，轉(zhuǎn)動軸為階梯軸。

旋轉(zhuǎn)骨架上第一安裝槽與第二安裝槽的軸線位于同一高度，第一安裝平臺與第二安裝平臺的法線相互垂直，兩個安裝槽的軸線與兩個安裝平臺的法線相互垂直。

過渡短節(jié)頂部圓周表面上設(shè)有第十一固定孔并開有第四沉頭孔，過渡短節(jié)中部圓周表面開有第三凹槽和第四凹槽，并開有走線槽二，過渡短節(jié)底部圓周表面設(shè)有第十二固定孔，底部中心設(shè)有軸承安裝孔，軸承安裝孔兩側(cè)設(shè)有走線孔二，走線孔二外側(cè)設(shè)有導電滑環(huán)固定手，導電滑環(huán)固定手末端設(shè)有第十三固定孔。

該慣性測量單元外徑為35mm。

本發(fā)明的原理是：本發(fā)明的重要機理是基于第一光纖陀螺的直流伺服電機控制，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)第一光纖陀螺敏感軸方向的伺服控制，減小實際工作過程中由于工作面連續(xù)變化導致的陀螺漂移，降低測量誤差，延長單次工作時間，提高工作效率，故本發(fā)明的創(chuàng)新點在于本慣性測量單元用于單軸伺服連續(xù)測斜儀，可實現(xiàn)基于第一光纖陀螺的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的單軸伺服控制，通過第一光纖陀螺的輸出角速度控制直流伺服電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，使得第一光纖陀螺敏感軸相對導航坐標系始終保持相對靜止，以減少工具面的變化，降低陀螺漂移，提高測量精度，提高測量效率。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

本發(fā)明所述的單軸伺服連續(xù)測斜儀慣性測量單元，采用兩個陀螺加兩個加速度計的結(jié)構(gòu)，體積小、加工方便；旋轉(zhuǎn)骨架設(shè)計合理，精確保證慣性組件的正交關(guān)系，慣性組件安裝、拆卸方便。

本發(fā)明所述的單軸伺服連續(xù)測斜儀慣性測量單元可適用于單軸伺服連續(xù)測斜儀，通過伺服電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，可實現(xiàn)第一光纖陀螺敏感軸方向伺服控制，減小實際工作中由于工作面連續(xù)變化導致的陀螺漂移，提高儀器的測量精度，延長單次工作時間，提高工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的單軸伺服連續(xù)測斜儀慣性測量單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明保護殼體下端蓋三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明保護殼體三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)骨架三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明過渡短節(jié)三維結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-保護殼體下端蓋；2-旋轉(zhuǎn)變壓器；3-聯(lián)軸器；4-保護可退；5-直流伺服電機；6-電機固定架；7-旋轉(zhuǎn)骨架；8-第一光纖陀螺；9-第一壓緊蓋；10-第二光纖陀螺；11-第二壓緊蓋；12-第一加速度計；13-第二加速度計；14-數(shù)據(jù)采集單元；15-導電滑環(huán)；16-角接觸球軸承；17-過渡短節(jié)；

1-1-第一凹槽；1-2-第一固定孔；1-3-第二固定孔；1-4-第二凹槽；

4-1-第一沉頭孔；4-2-走線孔一；4-3-第二沉頭孔；4-4-走線槽一；4-5-第三沉頭孔；

7-1-連接孔；7-2-第一安裝槽；7-2A-第六固定孔；7-2B-第一安裝凸臺；7-3-第二安裝槽；7-3A-第七固定孔；7-3B-第二安裝凸臺；7-4-第一安裝平臺；7-4A-第八固定孔；7-4B-第一安裝孔；7-5-第二安裝平臺；7-5A-第九固定孔；7-5B-第二安裝孔；7-6-第三安裝平臺；7-6A-第十固定孔；7-7-轉(zhuǎn)動軸；

17-1-第十一固定孔；17-2-第四凹槽；17-3-導電滑環(huán)固定手；17-3A-第十三固定孔；17-4-軸承安裝孔；17-5-走線孔二；17-6-第十二固定孔；17-7-第三凹槽；17-8-走線槽二；17-9-第四沉頭孔。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發(fā)明提供一種單軸伺服連續(xù)測斜儀慣性測量單元。

如圖1所示，該測量單元主要包括：保護殼體下端蓋1、旋轉(zhuǎn)變壓器2、聯(lián)軸器3、保護殼體4、直流伺服電機5、電機固定架6、旋轉(zhuǎn)骨架7、第一光纖陀螺8、第一壓緊蓋9、第二光纖陀螺10、第二壓緊蓋11、第一加速度計12、第二加速度計13、數(shù)據(jù)采集單元14、導電滑環(huán)15、角接觸球軸承16和過渡短節(jié)17；保護殼體下端蓋1位于保護殼體4下端，通過第一固定孔1-2由沉頭螺釘固定，旋轉(zhuǎn)變壓器2位于保護殼體下端蓋1上端，旋轉(zhuǎn)變壓器2定子通過第二固定孔1-3由螺釘固定，聯(lián)軸器3位于旋轉(zhuǎn)變壓器2的上端和直流伺服電機5的下端，與旋轉(zhuǎn)變壓器2轉(zhuǎn)子配合連接，直流伺服電機5位于聯(lián)軸器3與電機固定架6之間，通過上端面的螺紋孔與電機固定架6由螺栓固定，直流伺服電機5尾軸與聯(lián)軸器3通過螺釘固定，直流伺服電機5輸出軸為D型軸，通過螺釘固定于旋轉(zhuǎn)骨架7底端的連接孔7-1內(nèi)，旋轉(zhuǎn)骨架7位于電機固定架6上端和過渡短節(jié)17下端，第一光纖陀螺8布置與旋轉(zhuǎn)骨架7的第一安裝槽7-2內(nèi)，通過第一壓緊蓋9壓緊通過螺栓固定，第二光纖陀螺10布置與旋轉(zhuǎn)骨架7的第二安裝槽7-3內(nèi)，通過第二壓緊蓋11壓緊通過螺栓固定，第一加速度計12布置于旋轉(zhuǎn)骨架7的第一安裝平臺7-4上，通過第八固定孔7-4A由螺栓固定，第二加速度計13布置于旋轉(zhuǎn)骨架7的第二安裝平臺7-5上，通過第九固定孔7-5A由螺栓固定，數(shù)據(jù)采集單元14布置于旋轉(zhuǎn)骨架7的第三安裝平臺7-6上通過第十固定孔7-6A由螺栓固定，導電滑環(huán)15的轉(zhuǎn)子套裝在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上端轉(zhuǎn)動軸7-7上，導電滑環(huán)15的定子通過螺釘固定于過渡短節(jié)17上，角接觸球軸承16通過緊配合固定于過渡短節(jié)17的軸承安裝孔17-4內(nèi)，過渡短節(jié)17通過第十一固定孔17-1由螺釘固定于保護殼體4的頂端的第三沉頭孔4-5上。

如圖2所示，保護殼體下端蓋1上設(shè)有：第一凹槽1-1、第一固定孔1-2、第二固定孔1-3和第二凹槽1-4；

如圖3所示，保護殼體4為套狀結(jié)構(gòu)，其外表面沿圓周方向均布第一沉頭孔4-1、第二沉頭孔4-3和第三沉頭孔4-5，在其表面還開有走線孔一4-2和走線槽一4-4；

如圖4所示，旋轉(zhuǎn)骨架7上依次設(shè)有連接孔7-1、第一安裝槽7-2、第二安裝槽7-3、第一安裝平臺7-4、第二安裝平臺7-5、第三安裝平臺7-6和轉(zhuǎn)動軸7-7，第一安裝槽7-2的上表面兩端設(shè)有第六固定孔7-2A，第一安裝槽7-2內(nèi)部成V字型設(shè)有第一安裝凸臺7-2B，第二安裝槽7-3的上表面兩端設(shè)有第七固定孔7-3A，第二安裝槽7-3內(nèi)部成V字型設(shè)有第二安裝凸臺7-3B，第一安裝平臺7-4的中心設(shè)有第一安裝孔7-4B，第一安裝孔7-4B四周均布第八固定孔7-4A，第二安裝平臺7-5的中心設(shè)有第二安裝孔7-5B，第二安裝孔7-5B四周均布第九固定孔7-5A，第三安裝平臺7-6表面上設(shè)有第十固定孔7-6A，轉(zhuǎn)動軸7-7為階梯軸。第一安裝槽7-2與第二安裝槽7-3的軸線位于同一高度，第一安裝平臺7-4與第二安裝平臺7-5的法線相互垂直，兩個安裝槽的軸線與兩個安裝平臺的法線相互垂直。

如圖5所示，過渡短節(jié)17頂部圓周表面上設(shè)有第十一固定孔17-1并開有第四沉頭孔17-9，過渡短節(jié)17中部圓周表面開有第三凹槽17-7和第四凹槽17-2，并開有走線槽二17-8，過渡短節(jié)17底部圓周表面設(shè)有第十二固定孔17-6，底部中心設(shè)有軸承安裝孔17-4，軸承安裝孔17-4兩側(cè)設(shè)有走線孔二17-5，走線孔二17-5外側(cè)設(shè)有導電滑環(huán)固定手17-3，導電滑環(huán)固定手17-3末端設(shè)有第十三固定孔17-3A。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。