光纤陀螺测斜仪技术
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JTL-40GX(W)陀螺测斜仪主要技术指标
1.顶角测量范围:0º~45º测量精度为±0.1º;分辨率:0.01º
2.方位测量范围:0º~360º测量精度:±2º(顶角大于1 º)
3.测量方式:免电缆,可以用钢丝绳、钻杆等方式下井测量
4.井下仪器和地面读数仪器通信方式:无线ISM 400MHz 频段(重要)
5.顶角测量方式:三维加速度传感器,连续积分测量
6.方位测量方式:自寻北,地极方位
7.适用井深:≤2500米
8.井下电源:锂电,充足后可使用10小时
9.井下仪每次下井测量可记录的点数:≤300组数据
10.井下仪工作环境:温度-10℃~70℃;耐压≤25MPa
11.地面读数仪器工作环境:温度-20℃~50℃
12.成果处理软件(Win7环境下):三维图件,PDF成果文件,Mpgis兼容
数据,Surfer数据,Excl数据,LaS数据,MdF数据
13.井下仪外形尺寸:≤Φ40×1350mm;(不加电池筒)重量≤6kg
特点(重要)
1.采用三维高精度重力加速度传感器(分辨精度可达0.01度)测顶角。
精度高,可靠性好,性能稳定。
2.采用光纤陀螺仪自寻北测量方位,不受地磁场等的干扰,应用范围广。
3.采用400MHz ISM无线频道实现井下仪和地面通信,操作简单实时,工
作可靠。
4、测量数据可直接读入JHQ-2D测井系统中
厂家报价;285000.00,云南地区推广价:240000.00
以下空白
上海地学仪器研究所张兆俭。
光纤陀螺测斜仪原理1. 介绍光纤陀螺测斜仪是一种高精度、高分辨率测量姿态角度的仪器。
它利用独特的光学原理,通过测量光线在光纤中的传播速度变化来实现姿态角度的测量。
光纤陀螺测斜仪在工程测量、导航定位、航天等领域有着广泛的应用。
2. 原理光纤陀螺测斜仪的原理基于Sagnac效应,这是一种光学效应。
当光线在闭合光路中传播时,如果光路绕轴旋转,光线在光纤中的传播速度会发生变化。
根据相对论速度叠加原理,传播速度变化会导致光纤中的光程差,从而引起干涉现象。
通过测量干涉现象的变化,可以获得光纤陀螺测斜仪的姿态角度。
3. 组成光纤陀螺测斜仪主要由激光源、光纤、光路调制器、光电探测器和信号处理器等部分组成。
3.1 激光源激光源是光纤陀螺测斜仪的核心组件。
激光源产生一束高度聚焦的激光光束,作为光纤陀螺测斜仪的测量信号。
3.2 光纤光纤是光纤陀螺测斜仪中起到传输光信号的作用的光学器件。
光纤的材料通常为高纯度的二氧化硅。
光纤的一端连接激光源,另一端连接光电探测器。
3.3 光路调制器光路调制器用于产生旋转光路。
它可以通过旋转整个光路块来引入旋转光路,从而实现姿态角度的测量。
3.4 光电探测器光电探测器是用于接收光信号的器件。
它可以将接收到的光信号转换为电信号,并将其送入信号处理器进行处理。
3.5 信号处理器信号处理器主要负责对接收到的电信号进行处理和解析。
它可以计算出光纤陀螺测斜仪的姿态角度,并将结果输出。
4. 测量过程光纤陀螺测斜仪的测量过程如下:1.激光源发出一束激光光束;2.光束经过光纤传输,并经过光路调制器引入旋转光路;3.旋转光路引起光纤中的传播速度变化,从而产生光程差;4.光束到达光电探测器,被转换为电信号;5.电信号经过信号处理器进行处理,并计算出姿态角度。
5. 优势与应用光纤陀螺测斜仪具有以下几个优势:•高精度:光纤陀螺测斜仪可以实现高精度的姿态角度测量,通常可以达到0.01度以下。
•快速响应:光纤陀螺测斜仪的响应速度快,可以实时更新姿态角度信息。
A BC 光纤陀螺测斜仪简介光纤陀螺测斜仪特点和用途 应用实例和经验上海地学仪器研究所上海市桂平路680号 (200233)/光纤陀螺元件测方位采用光纤陀螺元件测量钻孔方位光纤陀螺元件是一种高精度角速度测量元件,也是一种重要的惯性导航元件通过测量地球自转角速度矢量的大小以及该矢量在钻孔轴线上的分量来计算、确定钻孔的方位角自寻北方式测量,测量结果没有漂移和累计误差重力加速度元件测顶角重力加速度元件测量顶角重力加速度元件是一种加速度测量元件,一般可以分辨到重力加速度值 g 的10-5顶角测量的分辨率高达2 ″(角秒)/view/60289e4dcf84b9d528ea7a33.html?st=1/view/9e5ed530a32d7375a4178080.html?st=1Sagnac效应闭环光纤陀螺元件(closed loop Fiber Optic Gyro)可以测量地球自转角速度及其在钻孔倾斜方向的分量石英重力加速度计U出= K × Sinθ力矩反馈平衡式测量,分辨率可达2″B特点和用途1. 测量精确,数据置信度高2. 无故障时间长,可靠性高3.操作使用方便,维护简单4.用途广泛,全球、全行业使用测量精确,数据置信度高顶角分辨率2秒直接寻北井下单片机技术应用高速采集编码传输无故障时间长,可靠性性高全固态结构无活动部件低功耗设计高集成线路井下单片机采集处理数据数据纠错编码传输计算机后期数据处理出成果标准化接口设计详细齐全的成果图件操作使用方便维护简单用途广泛,全球、全行业使用随钻测斜1.在某国外大型水电工程项目的应用2.金属矿勘探中的应用4.石油多目标定向井3.注浆孔(S孔)轨迹控制应用实例和经验Bulsan Doegu Ulsan Dpejeon Inceon Seola Jeonbuk antin1.国外某大型水电工程中的应用/view/f94d9721a5e9856a5612607c.html?st=1该引水调压工程缺乏详细的地质资料,根据竖井区域上下部位已经开挖的洞室围岩推断,预计竖井区域围岩主要由泥岩和粉沙页岩为主。
70光纤陀螺仪指标70光纤陀螺仪的主要技术指标包括:1. 零偏稳定性:这是衡量陀螺仪在无外力作用下的输出漂移量,通常以角度/小时为单位。
根据提供的信息,零偏稳定性为0.2°/hr(1σ)。
2. 动态范围:这是陀螺仪能够测量的最大和最小角速度范围,通常以度/秒为单位。
根据提供的信息,动态范围为±300°/s。
3. 零偏重复性:这是衡量陀螺仪在多次启动和运行中零点输出的可重复性,通常以角度/小时为单位。
根据提供的信息,零偏重复性为0.2°/hr(1σ)。
4. 带宽:这是陀螺仪的响应速度,即角速度变化时,陀螺仪输出达到稳定值所需的时间。
根据提供的信息,带宽≥200Hz。
5. 随机游走系数:这是衡量陀螺仪随机误差的参数,通常以角度/√小时为单位。
根据提供的信息,随机游走系数为0.02°/√hr。
6. 工作温度:这是陀螺仪正常工作的环境温度范围。
根据提供的信息,工作温度为-40℃~+60℃。
7. 储存温度:这是陀螺仪可以安全存放的环境温度范围。
根据提供的信息,储存温度为-50℃~+70℃。
8. 振动条件:这是陀螺仪可以承受的振动强度和频率范围。
根据提供的信息,振动条件为4.2g,20Hz~2000Hz。
9. 外形尺寸和重量:根据提供的信息,外形尺寸为70mm×70mm×32mm,重量≤220g。
10. 电源要求:这是陀螺仪正常工作所需的电源电压和电流范围。
根据提供的信息,电源供电为±5V直流电源供电,电源精度±5%,电源纹波20mV。
11. 输出接口:这是陀螺仪与外部设备连接的接口类型和规格。
根据提供的信息,输出接口为J30-21ZK插座,相应采集线采用J30-21T J。
直接数字量输出,可选RS-422、RS-485、RS-232、脉冲等方式。
以上信息仅供参考,建议咨询相关厂家了解更详细的产品参数信息。
陀螺测斜仪使用中的几点实用技术和经验发表时间:2011-08-24T10:42:20.217Z 来源:《魅力中国》2011年7月上供稿作者:葛士友[导读] 将仪器倾斜一个约5度的角,测出X、Y传感器的计数,画在坐标纸上,得其合成方向。
葛士友(安徽省煤田地质局第三勘探队物探测井中心安徽宿州 234000)中图分类号:TD41 文献标识码:A 文章编号:1673-0992(2011)07-0000-01目前,在冻结、注浆和瓦斯排放等施工中都对钻孔偏斜要求非常高,常规测斜仪无法满足施工要求,JDT-5A陀螺测斜仪在全国普遍使用,我队近几年在七十多个井盘上的冻结、注浆测井都使用该仪器。
多年的陀螺测斜仪使用,沉积了大量的实用技术和经验。
仪器的检查及校正1.检查微动同步器接线是否正确将仪器倾斜一个约5度的角,测出X、Y传感器的计数,画在坐标纸上,得其合成方向。
之后,将仪器向顺时针转90度的方向,仍倾斜一个约5度的角,再测出X、Y值,并画在坐标纸上。
其合成方向若也为顺时针转90度,则证明微动同步器的接线是正确的。
否则,调换同步器输出的两根接线,使其与旋转方向一致。
例如:第一次测得X +85.7 Y+212.2第二次测得X+211.3 X-84.5如画在坐标纸上的草图如下,证明微动同步器的接线是正确的2.井下仪零位和输出精度的检查及校正进行这项工作时,最好有一台量程为20V,能分辨1mv的5位数字电压表。
如果没有,则只好用地面仪的角分表进行调整。
井下仪调零井下仪零位是由于仪器铅垂时,传感器定转子没有严格的对称以及放大器、相敏整流导电路的零位所产生的。
先将仪器机心从外套筒中抽出,退出经向安装的三个固定螺钉,卸下定心脚,并旋下接头螺帽,拨脱电气部分之后,再将固连一体的测角传感器与定向陀螺仪置于小校验台上。
用连接线与电气部分相连接,送入电源(定向陀螺仪部分也可先不通电),再分别对两个摆进行调零;用螺刀粗调摆轴,用摆锤外的调节螺钉进行微调,使得X、Y传感器的零位均小于8mv,约相当于0.5角分。
光纤陀螺测斜仪技术综述
北京航空航天大学光纤传感器研究所刘晓(lx760506@)
光纤陀螺测斜仪的核心传感器是光纤陀螺元件和重力加速度元件。
重力加速度元件的技术和产品工艺在上世纪80年代已经非常成熟。
所以当时用于地质钻井测量的测斜仪都应用这种元件作顶角测量传感器,加上磁通门元件作方位测量传感器。
这种方法制造的测斜仪具有精度高,性能可靠的特点。
美中不足的是,这种测斜仪不能在磁性矿区应用,也不可以在钻杆中、套管中应用。
相比磁通门式测斜仪,光纤陀螺测斜仪就更具有广泛的应用范围,光纤陀螺测斜仪不依靠大地磁场来确定方位,这种测斜仪确定钻孔方位的原理是检测地球自转角速度在仪器坐标和钻孔方向上的分量,再经过复杂的计算得到钻孔的方位角。
地球自转的角速度非常小,平时我们看到的钟的时针运动的角速度已经很小了,但时针运动的角速度比地球自转的角速度却还快两倍。
可见要测量地球自转的角速度,要求光纤陀螺仪的精度会是多么高。
光纤陀螺仪的技术发展
自从1976年美国犹他大学的VALI和SHORTHILL等人成功研制第1个光纤陀螺(fiber-optic gyroscope, FOG)以来,光纤陀螺已经发展了30多年历史。
在这些年的发展过程中,许多基础技术如光纤环绕制技术等都取得了很大的突破。
光纤陀螺仪的突出特点使其在航天航空、机载系统和军事技术上的应用十分理想,因此受到用户特别是军队的高度重视,美、俄、日、法等国的光纤陀螺仪研究工作取得很大的进展。
各国光纤陀螺仪研究工作大都集中在干涉式,少数公司却仍在研究谐振式光纤陀螺。
光纤陀螺的商品化是在上世纪90年代初才开始,中低精度的光纤陀螺(特别是干涉式光纤陀螺)己经商品化,并在多领域内应用。
高精度光纤陀螺仪的开发和研制正走向成熟阶段。
国外,1°/h至0.01°/h的商用产品已用于飞行器惯性测量组合装置。
美国利顿公司已将0.1°/h的光纤陀螺仪用于战术导弹惯导系统。
新型导航系统FNA2012采用了1°/h的光纤陀螺仪和卫星导航GPS。
美国光纤陀螺仪的精度1996年达到0.01°/h,2001年达到0.001°/h。
2006年达到0.0001°/h,很多场合都已经取代传统的机械陀螺仪。
美国的光纤陀螺研制公司有利顿公司、霍尼威尔公司、德雷泊实验室公司、斯坦福大学以及光纤传感技术公司等。
利顿公司的光纤陀螺技术在低、中精度应用领域已经成熟,并且已经量产化。
1988年研制出SCIT实验惯性装置,惯件器件是光纤陀螺和硅加速度计。
1989年公司研制的CIGIF论证系统飞行试验装置。
1991/1992年研制出用于导弹和姿态与航向参考系统的惯性测量系统。
1992年研制出GPS/INS组合导航系统。
霍尼韦尔公司研制的第一代高性能的干涉仪式光纤陀螺采用的是Ti内扩散集成光学相位调制器。
采用的其它器件还有0.83um宽带光源、光电探测器/前置放大器模块、保偏光纤偏振器、两个保偏光纤熔融型耦合器以及由1km保偏光纤构成的传感环圈。
为了满足惯导级光纤陀螺的要求,霍尼韦尔公司研制的第二代高性能干涉仪式光纤陀螺采用了集成光学多功能芯片技术以及全数字闭环电路。
美国德雷珀实验室从1978年起为JPL空间应用研制高精度光纤陀螺,曾研制过谐振腔式光纤陀螺,研制了9年,由于背向散射误差限制了精度,后来改为采用干涉仪式方案。
在研制干涉仪式光纤陀螺的过程中,采用了三大技术措施:a.把光源、探测器和前置放大器做成一个模块。
b.光纤传感环圈结构影响精度很大,采用了无骨架绕制光纤环圈的技术途径。
c.多功能集成光学器件模块,包括了所有其余的光纤陀螺的光纤器件。
德雷珀实验室的研究人员认为:目前0.01°/h 的干涉仪式光纤陀螺成本较高,需要研制自动生产线,降低成本,保证质量。
对于今后的发展问题,德雷珀实验室的研究人员认为:a.惯性级的干涉仪式光纤陀螺仪,可以取代动力调谐陀螺仪,并逐渐取代激光陀螺仪。
b.惯性级干涉仪式光纤陀螺仪的
难点是必须采用1km长度的保偏光纤,如果改用谐振腔式光纤陀螺仪方案,则长度可减为10m左右的光纤。
为此谐振腔式光纤陀螺仍在作为研制方向,使光纤陀螺仪小型化的谐振腔式光纤陀螺的难点在于:控制电路比干涉仪式光纤陀螺复杂。
随着ASIC技术的发展,将来有可能得到满意的解决,使谐振腔式光纤陀螺成为产品。
采用干涉仪式和谐振腔式混合方案的光纤陀螺仪具有良好的发展前景。
俄罗斯光纤陀螺的研制公司并不多,但俄罗斯强大的军工技术和深邃的理论技术使得俄罗斯的光纤陀螺仪有价廉物美的誉称。
由于俄罗斯对中国的技术封锁不紧,其较高端产品进入我国很多时间也很早。
我国很多研制单位早期都是以俄罗斯产品为样机进行研制。
俄罗斯的光纤陀螺有全光纤型和集成光学型。
全光纤型采用的是光纤技术,即所有的光纤器件都做在同一根光纤上。
Fizoptika公司研制的商品化光纤陀螺产品型号有:VG951、VG941等。
日本研制光纤陀螺的单位有东京大学尖端技术室、日立公司、住友电工公司、三菱公司、日本航空电子工业公司。
日本的干涉式光纤陀螺仪已经完成了基础研究,正进入实用化阶段。
日立公司研制用于汽车导航系统的光纤陀螺,1991年就用于日产汽车。
在日本,光纤陀螺作为汽车的旋转速率传感器已进入市场。
利用光纤陀螺仪进行导航时,用车轮转速计传感器测移动距离,用光纤陀螺测量车体的回转,同时采用图象匹配、GPS系统等配合计算汽车的位置和方位,显示在信息处理器上。
我国也非常重视光纤陀螺技术的研究,上世纪80年代后,许多大学和研究所相继启动光纤陀螺的研发项目,如航天工业总公司所属13所和上海803所、北京航空航天大学、清华大学、浙江大学等,也取得了一定的成绩,如1996年,航天总公司13所成功研制采用Y 分支多功能集成光路、零偏稳定性达全数字闭环保偏光纤陀螺,浙江大学和Honeywell公司几乎同时发现利用消偏可提高精度等。
国内的光纤陀螺研制水平虽然与国际水平还有一定距离,但已具备或接近中、低精度要求,在2005年以来开始尝试产业化。
如我国海军新型导弹上配国产光纤陀螺仪发射试验3发3中,也标志我国的光纤陀螺仪技术取得了较大的成功。
光纤陀螺仪的分类方式有多种。
依照工作原理可分为干涉型、谐振式以及受激布里渊散射光纤陀螺仪三类。
其中,干涉型光纤陀螺仪是第一代光纤陀螺仪,它采用多匝光纤线圈来增强萨格纳克效应,目前应用最为广泛;按电信号处理方式不同可分为开环光纤陀螺仪和闭环光纤陀螺仪,一般来说闭环光纤陀螺仪由于采取了闭环控制因而拥有更高的精度;按结构又可分为单轴光纤陀螺仪和多轴光线陀螺仪,其中三轴光纤陀螺仪由于体积小、可测量空间位姿因而是光纤陀螺仪的一个重要发展方向。
光纤陀螺测斜仪对光纤陀螺仪的选型要求
光纤陀螺测斜仪对光纤陀螺仪的选型要求较高,这从所测的地球自转角速度量和其分量的数量级就可以看出。
另外,受到钻孔孔径限制,要求光纤陀螺体积应很小。
现在地质钻孔都很深,地温很高,3000米的平均地温大概在100度上下,这又要求光纤陀螺仪的灵敏度的温度系数和零值漂移都要很小。
陀螺测斜进入地质钻孔后必须是自主测量,测量过程可能会是长达10多个小时,中间过程是没有对准和误差纠正的可能。
此外,钻孔的斜度造成了测量仪器内的光纤陀螺仪不可能像在地面寻北仪那样的工作状态,可以调到特定的位置,比如水平或垂直状态下工作。
干涉型光纤陀螺仪是采用多匝光纤线圈来增强萨格纳克效应,采用闭环控制因而有更高的精度,这就是当前在光纤陀螺测斜仪中成功应用的光纤陀螺仪产品。
目前光纤陀螺测斜仪还依赖或部分依赖国外的光纤陀螺仪产品。
最近几年已有一两家国内厂家相继试制了为数很少的几种期望用于测斜仪的光纤陀螺仪,通过装在测斜仪中使用,还不是很理想。
其主要问题是和国外产品相比其灵敏度低、温度漂移大,零点不够稳定。
光纤陀螺测斜仪应用
北京航空航天大学和上海地学仪器研究所是国内最早研制出光纤陀螺测斜仪的单位。
目
前已有批量生产的产品,比如JTL-40GX,JTL-40D,JTL-40GXW。
这些产品突出的特点是可以全球应用,可以在有磁性、无磁性的场合中应用,可以在小直径钻孔中应用,可以有缆和无缆方式应用。
已经应用的场合有,铁磁性矿区、水电大坝工程、填海桩基工程、灌浆加固封堵水工程、冻结孔群定向检测、煤矿瓦斯钻孔、隧道通风工程等等。