2016年12月20日

顾名思义,陀螺测斜仪就是使用陀螺作为测量倾角元件的测斜仪。它最大的应用就是用来测定钻孔的方位角,如在石油钻井中得到油井姿态信息。从最早的机械框架陀螺到现在的光纤陀螺、动力调谐陀螺,陀螺测斜仪发展到现在已经有几十年的历史,它的精度、灵敏度发生了质的飞跃。

 

陀螺测斜仪的原理

 

在应用之初,采用机械框架式的陀螺测斜仪是在进入钻孔之前,确定一个初始方向,然后启动陀螺原件,陀螺达到高速旋转的稳定状态之后进入钻孔。在稳定状态下,仪器的转动是不能改变陀螺的方向的,因此可以通过测量仪器相对于陀螺的倾角进行积分等运算得到钻孔的姿态信息。

 

应用要求不断提高,陀螺测斜仪的技术也在不断发展。采用角速度敏感元件制成的光纤陀螺、动力调谐陀螺测斜仪和机械式原理已经不同。这些测斜仪是利用角速度敏感原件通过测量地球姿态的变化,然后计算得到钻孔姿态信息。

 

陀螺测斜仪的发展

  最早的时候,陀螺测斜仪还是采用机械框架式的结构,它的核心部件是一个可以保持高速旋转稳定状态的陀螺转子。这种仪器具有机械式仪器的通病,即结构复杂、制造和调试非常困难。同时,在工作的时候要保持陀螺转子持续高速旋转,使得仪器寿命短、误差大,抗干扰性差。


   在如此多的缺点和应用要求越来越严格的条件下,微硅机械陀螺原件应运而生。这种陀螺元件是电子元件,没有机械部件,体积小,应用简单。但是它的实质是一种低精度角速度元件,完全不能满足陀螺测斜仪的应用要求。

 

最近几年应用最广泛的陀螺测斜仪采用的是光纤陀螺,这是一种高精度的角速度敏感元件。它能够测量地球的自转角速度,通过测量钻孔的方位角和角速度的夹角就能得到钻孔的方位角。上海地学仪器研究所2007年研发的GTL-40GX光纤陀螺测斜仪精度达到了0.1°,分辨率达到了0.01°,具有非常高的应用前景。

 


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