專利名稱：一種鉆孔傾斜儀井下探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及精密測(cè)量裝置技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種用于連續(xù)觀測(cè)地殼的傾斜變形的鉆孔傾斜儀井下探頭。
背景技術(shù)：
連續(xù)觀測(cè)地殼的傾斜變形是預(yù)報(bào)強(qiáng)地震發(fā)生的有效途徑之一。地傾斜是一個(gè)偽矢量，它不但有大小的變化，還有方向的變化，通常用傾角和傾向來(lái)描述。在臺(tái)站實(shí)際觀測(cè)中， 需要在互成直角的兩個(gè)方向上同時(shí)開展大地傾斜的測(cè)量，才能全面地了解地傾斜的變化情況。以往的幾十年里，國(guó)內(nèi)、外觀測(cè)地傾斜，均是以洞體觀測(cè)為主；所使用的儀器主要有長(zhǎng)水管傾斜儀和水平擺傾斜儀等。這些儀器發(fā)展歷史悠久，精度高，穩(wěn)定性好，成為洞體儀器的主體。目前國(guó)內(nèi)常用的傾斜儀，有SQ-70型石英絲水平擺傾斜儀，F(xiàn)SQ型浮子式自記水管傾斜儀，JB金屬絲水平擺傾斜儀，VS型垂直擺傾斜儀等幾大類，有300多臺(tái)投入觀測(cè)。這些儀器絕大多數(shù)都安裝在有一定長(zhǎng)度的窿道或山洞內(nèi)，以避免溫度與濕度變化，以及人類活動(dòng)等對(duì)地傾斜觀測(cè)的干擾，安裝條件比較苛刻，建站費(fèi)用也非常昂貴。地殼伸縮-應(yīng)變觀測(cè)也有同樣的問題。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，符合安裝條件的臺(tái)址越來(lái)越難找到，地傾斜-地形變觀測(cè)受到嚴(yán)重制約。尤其是華北與東南部沿海平原地區(qū)，及大城市一帶，已經(jīng)成為形變-應(yīng)變觀測(cè)的空白區(qū)。鉆孔型儀器，包括鉆孔傾斜儀和鉆孔應(yīng)變儀，它們幾乎可以在任何地理環(huán)境下工作，且具有與洞體儀器相當(dāng)?shù)募夹g(shù)指標(biāo)，經(jīng)過國(guó)內(nèi)、外科學(xué)家40多年的探索和試驗(yàn)，已經(jīng)取得多方面的進(jìn)展，為今后形變觀測(cè)向深度廣度發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。鉆孔型儀器相對(duì)于在地表和山洞中工作的儀器有以下幾方面優(yōu)越性(1)由于鉆孔儀器一般要安裝在地下幾十米到幾百米深的井孔內(nèi)，有效地抑制了地球表面氣象因素變化和人類工程活動(dòng)等帶來(lái)的干擾。(2)由于不需要開鑿山洞，故可以在山區(qū)、平原，甚至沙漠、海底都可以鉆孔安裝， 進(jìn)行觀測(cè)。具有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。(3)鉆井安裝儀器，相比開鑿山洞更加經(jīng)濟(jì)，高效。正是由于鉆孔型儀器具備諸多的優(yōu)越性，早在上世紀(jì)70年代德國(guó)、日本、美國(guó)相繼開展了鉆孔傾斜儀的研制，并逐漸得到推廣應(yīng)用。但是，由于鉆孔傾斜儀安裝在深鉆井中，約10公分的井孔直徑限制了儀器的體積，儀器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受到制約，要達(dá)到高的靈敏度，大的動(dòng)態(tài)范圍和良好的穩(wěn)定性具有較大的難度。其次，由于安裝在深井內(nèi)，甚至用水泥固結(jié)安裝，再取出維修很困難，要求儀器必須具有更高的可靠性。再次，井下儀器人無(wú)法靠近，就要求測(cè)量系統(tǒng)具有很強(qiáng)的遠(yuǎn)距離控制功能。最后，隨著深度增加，還有隨之而來(lái)的高溫、高壓?jiǎn)栴}，都給鉆孔傾斜儀的發(fā)展帶來(lái)了更大的難度。國(guó)際上，上世紀(jì)70年代初期，美國(guó)科學(xué)家運(yùn)用羅克威爾公司(Rockwell)開發(fā)出的高精度氣泡傾斜傳感器，設(shè)計(jì)了一種鉆孔傾斜儀，安裝于數(shù)米深的淺井中進(jìn)行地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)研究。新的鉆孔傾斜測(cè)量系統(tǒng)很快在1973年和1974年霍利斯特地震之前記錄到明顯的前兆異常，于是，USGS(美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局)傾斜儀臺(tái)網(wǎng)在此后的兩年里迅速發(fā)展，在加州西部建立了 74個(gè)觀測(cè)站，安裝了 84臺(tái)儀器。但是，之后積累的大量觀測(cè)資料說明，安裝在淺井中的傾斜儀記錄的基本上是各種氣象變化與人為活動(dòng)的干擾。1982年以后，大多數(shù)USGS 淺井傾斜儀已不再用于地震預(yù)測(cè)研究。氣泡傾斜儀無(wú)論本身性能如何好，安裝在淺井中并不能拾取到大地真實(shí)的傾斜變化。這使人們認(rèn)識(shí)到，用于地球物理觀測(cè)的儀器在實(shí)際應(yīng)用中首先要解決的一個(gè)重要問題，就是如何實(shí)現(xiàn)與地球的耦合。之后，德國(guó)研制出一種鉆孔傾斜儀，即由Askania公司生產(chǎn)的GBP-10鉆孔傾斜儀。 該鉆孔傾斜儀由觀測(cè)井、探頭外殼、懸吊與支撐部件、擺體、鎖擺機(jī)構(gòu)、重錘、差動(dòng)電容式位移傳感器、標(biāo)定元件等8部分組成，觀測(cè)井事先需安裝不銹鋼套管；傾斜儀落入后，依靠底部支點(diǎn)與頂端支撐桿得以固定。傾斜儀的擺體采用萬(wàn)向結(jié)懸掛于探頭外殼鋼筒上，擺體可在任意豎直面內(nèi)擺動(dòng)，自由狀態(tài)下可保持垂直姿態(tài)，此時(shí)將其鎖定即可實(shí)現(xiàn)儀器調(diào)零。擺體被鎖定后，它會(huì)跟隨鉆孔傾斜而改變傾角，其內(nèi)置重錘為自由懸吊，將始終保持垂直位置， 因此，固定于其上的電容式位移傳感器動(dòng)極板，與固定在擺體上的定極板產(chǎn)生相對(duì)差動(dòng)位移，測(cè)量傳感器電容量的變化，可以輸出比例于地面傾角的信號(hào)。該鉆孔傾斜儀零敏度為 1X10—9弧度，探頭尺寸為2000mmX Φ 140mm，設(shè)計(jì)安裝深度在15m 70m之間，儀器售價(jià)約 20萬(wàn)美元。地傾斜觀測(cè)從上世紀(jì)70年代以來(lái)，在我國(guó)開展得比較廣泛，但大多數(shù)是在山洞與隧道中進(jìn)行。在鉆孔內(nèi)觀測(cè)地傾斜的工作起步較晚，國(guó)家地震局天津測(cè)量隊(duì)于上世紀(jì)80年代，曾研制出一種氣泡式鉆孔傾斜儀，后因所研制的氣泡傾斜傳感器工作壽命較短，未能進(jìn)一步推廣運(yùn)用。與此同時(shí)，河南省地震局馬鴻鈞等研制出采用電容式位移傳感器的“CBZ-1 型豎直擺鉆孔傾斜儀”，觀測(cè)效果比較好，得到一定程度的推廣運(yùn)用。如圖1所示，(觀-1型鉆孔傾斜儀主要由儀器主體、地面控制箱，和記錄器三部分組成。儀器主體就是井下的部分，儀器外殼是一個(gè)圓柱形密封耐壓鋼筒(7)，外徑為Φ 127mm。筒內(nèi)裝有垂直懸掛的擺體 (21)，在擺體的周圍安裝了兩套用來(lái)測(cè)量微小位移量的電容傳感器，包括傳感器電路 (18)、萬(wàn)向結(jié)(19)、鎖擺機(jī)構(gòu)(20)和電容極板(22)，由于地殼的傾斜變化，引起擺體(21) 與支撐架的相對(duì)位移，電容傳感器可以將產(chǎn)生的微小位移量轉(zhuǎn)變成與之對(duì)應(yīng)的電壓變化， 該電壓變化就反映了地傾斜的變化。為了使儀器能在井孔內(nèi)長(zhǎng)期正常工作，井下儀器內(nèi)設(shè)有精細(xì)的機(jī)械調(diào)零機(jī)構(gòu)(M)，通過調(diào)零電機(jī)0 調(diào)整擺系的最佳工作狀態(tài)。儀器內(nèi)還設(shè)置有標(biāo)定器(23)，以便隨時(shí)檢查儀器的靈敏度系數(shù)。為了按適當(dāng)?shù)姆轿话褍x器安裝到井底，在井孔底部應(yīng)先安裝一個(gè)定向底座，推靠在井孔壁上，起著支撐儀器和確定儀器方位的作用。 儀器的上部有將儀器卡緊到井壁的機(jī)械裝置，包括重塊(16)和滑塊(17)，用提環(huán)(10)將儀器下到井底后，它會(huì)自動(dòng)把儀器固定在井下。在需要提出來(lái)檢修時(shí)，它又能自動(dòng)放松，使儀器順利提出。(觀-1型豎直擺傾斜儀設(shè)計(jì)安裝井深在30米左右，傾斜儀靈敏度達(dá)0. 0002 角秒，探頭尺寸為1500mmX Φ 127mm。就國(guó)內(nèi)目前使用的“CBZ-1型豎直擺鉆孔傾斜儀”來(lái)說，現(xiàn)有技術(shù)存在如下的問題 首先，因?yàn)槭褂玫亩ㄏ蚺c機(jī)械接觸的安裝技術(shù)使得儀器安裝深度受限制；其次，通過幾個(gè)機(jī)械支撐點(diǎn)與巖石孔壁接觸，儀器和地球的耦合效果欠佳，系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到一定影響；再次，一個(gè)垂直懸掛的擺，配兩套電容位移傳感器的極板進(jìn)行測(cè)量，零點(diǎn)調(diào)整時(shí)將互相影響，操作復(fù)雜；最后，該儀器外殼鋼筒外徑為Φ 127mm，比較大，不能安裝在多數(shù)地質(zhì)、水文與石油系統(tǒng)廢棄的井中，因而不利于推廣應(yīng)用，有必要加以改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型就是為解決上述問題而提供的一種鉆孔傾斜儀井下探頭，采用了內(nèi)置電子羅盤定向，還采用水泥固結(jié)或石英砂填埋等井下安裝方式，以改善與地球的耦合質(zhì)量， 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并突破幾十米的安裝深度的限制；另外，還設(shè)置了可以軸向調(diào)節(jié)的傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置，使鉆孔傾斜儀的外徑更小，能利用多數(shù)現(xiàn)有的地質(zhì)、水文與石油系統(tǒng)廢棄的鉆井，同時(shí)還能使該鉆孔傾斜儀工作動(dòng)態(tài)范圍更寬。本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的一種鉆孔傾斜儀井下探頭， 包括密封金屬筒及設(shè)在其內(nèi)的傳感器，在密封金屬筒內(nèi)還設(shè)有傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置，該傳感器包括有由上至下設(shè)置的設(shè)有電子羅盤的電路板以及兩個(gè)正交設(shè)置的電容式傾斜傳感器， 該設(shè)有電子羅盤的電路板垂直的連接在該密封金屬筒內(nèi)壁，該電容式傾斜傳感器安裝在該傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置上。作為上述方案的進(jìn)一步說明優(yōu)選地，所述傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置包括支架、兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)以及傾斜測(cè)量平臺(tái)，該支架主要由上基板、底板以及連接在二者之間的支柱構(gòu)成，該傾斜測(cè)量平臺(tái)由球形支點(diǎn)連接在上基板上方，該步進(jìn)電機(jī)安裝在該支架內(nèi)，該步進(jìn)電機(jī)的機(jī)軸由絲杠裝置連接在傾斜測(cè)量平臺(tái)下方，該設(shè)有電子羅盤的電路板內(nèi)置微處理器接收地面儀器發(fā)出的指令，控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作以調(diào)節(jié)該測(cè)量平臺(tái)的姿態(tài)。優(yōu)選地，所述絲杠裝置包括依次連接在該步進(jìn)電機(jī)的機(jī)軸上的聯(lián)軸節(jié)、螺栓和傳動(dòng)絲杠，該傳動(dòng)絲杠穿透上基板并連接在傾斜測(cè)量平臺(tái)的下表面。優(yōu)選地，所述電容式傾斜傳感器包括有屏蔽殼及設(shè)在其內(nèi)的固定板、懸吊梁、動(dòng)極板和定極板，該固定板安裝在屏蔽殼內(nèi)底部，該懸吊梁垂直安裝在該固定板上，該動(dòng)極板懸掛在該懸吊梁上，該定極板與該動(dòng)極板平行地設(shè)置在該動(dòng)極板兩側(cè)，且該定極板固定連接在該懸吊梁上。優(yōu)選地，所述動(dòng)極板由簧片通過機(jī)械卡具連接在懸吊梁上，該動(dòng)極板與該簧片及定極板平行。優(yōu)選地，所述傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置下方設(shè)有與密封金屬筒連接的密封底座，在設(shè)有電子羅盤的電路板上方設(shè)有與密封金屬筒連接的引線密封盤，所述傳感器及傾斜測(cè)量裝置的信號(hào)電纜從該引線密封盤引出密封金屬筒，該密封底座和引線密封盤與密封金屬筒構(gòu)成密封空間。優(yōu)選地，所述密封金屬筒上端設(shè)有扶正器，該扶正器包括三個(gè)以上的彈性支撐臂， 該支撐臂沿密封金屬筒外圓均勻分布，使得井下傾斜儀處于鉆孔中心位置。優(yōu)選地，所述密封金屬筒上端還設(shè)有用于保護(hù)信號(hào)電纜的電纜密封筒。優(yōu)選地，所述密封金屬筒上端連接有用于吊裝的提環(huán)。本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案所能達(dá)到的有益效果是本實(shí)用新型所述的鉆孔傾斜儀井下探頭采用電容式傾斜傳感器，且其動(dòng)極板由簧片連接在懸吊梁上，由于動(dòng)極板只對(duì)垂直于簧片平面的傾斜變化敏感，所以必須在兩個(gè)互相垂直的方向上采用兩套獨(dú)立的電
5容式傾斜傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量，才能獲得真實(shí)的地傾斜變化，這種結(jié)構(gòu)使得傾斜傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且體積小巧，再加上設(shè)在電容式傾斜傳感器下端的傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置的巧妙配合，全部調(diào)節(jié)部件都在密封金屬筒內(nèi)軸向排布，不但保證了較大的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍，也減小了鋼筒的外徑，因此可以充分利用地質(zhì)、水文與石油部門的廢棄鉆孔資源，便于在高精度地球物理觀測(cè)及地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)等領(lǐng)域的工作中推廣應(yīng)用，又由于內(nèi)置了電子羅盤，并改進(jìn)了井下傾斜儀與地層巖石的耦合方式，故本實(shí)用新型所述的鉆孔傾斜儀可以安裝在較深的鉆井中。

圖1是現(xiàn)有的UB-I型豎直擺鉆孔傾斜儀井下探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型所述鉆孔傾斜儀井下探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型所述電容式傾斜傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型所述傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型所述鉆孔傾斜儀井下探頭的安裝示意圖；圖6是本實(shí)用新型所述電容式傾斜傳感器輸出特性的標(biāo)定結(jié)果。附圖標(biāo)記說明1-井下探頭，2-耦合材料，3-信號(hào)電纜，4-鋼絲繩，5-套管，6-井口套管，7_密封鋼筒，8-扶正器，9-電纜密封筒，10-提環(huán)，11-引線密封盤，12-設(shè)有電子羅盤的電路板， 13-電容式傾斜傳感器，14-傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置，15-密封底座，16-重塊，17-滑塊，18-傳感器電路，19-萬(wàn)向結(jié)，20-鎖擺機(jī)構(gòu)，21-擺體，22-電容極板，23-標(biāo)定器，24-調(diào)零機(jī)構(gòu)， 25-調(diào)零電機(jī)，26-定向頭，131-動(dòng)極板，132-定極板，133-簧片，134-懸吊梁，135-固定板， 136-屏蔽殼，137-機(jī)械卡具，140-傳動(dòng)絲杠，141-傾斜測(cè)量平臺(tái)，142-球形支點(diǎn)，143-上基板，144-步進(jìn)電機(jī)，145-底板，146-支柱，147-中間板，148-聯(lián)軸節(jié)，149-螺栓。
具體實(shí)施方式
為進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和功能，
以下結(jié)合附圖和優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明，但應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式
的限制。圖1為現(xiàn)有的(觀-1型豎直擺鉆孔傾斜儀井下探頭的結(jié)構(gòu)示意圖，在背景技術(shù)中已有介紹，在此不再贅述。圖2為本實(shí)用新型所述鉆孔傾斜儀井下探頭1的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖中所示，該鉆孔傾斜儀井下探頭1包括有密封鋼筒7及設(shè)在其內(nèi)的傳感器，在密封鋼筒7內(nèi)還設(shè)有傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置14，該傳感器包括有由上至下設(shè)置的設(shè)有電子羅盤的電路板12以及兩個(gè)正交設(shè)置的電容式傾斜傳感器13，該設(shè)有電子羅盤的電路板12垂直的連接在該密封鋼筒7內(nèi)壁，該電容式傾斜傳感器13安裝在該傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置14上。傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置14下方設(shè)有與密封鋼筒7連接的密封底座15，在設(shè)有電子羅盤的電路板12上方設(shè)有與密封鋼筒7 連接的引線密封盤11，傳感器及傾斜測(cè)量裝置的信號(hào)電纜3從該引線密封盤11引出密封鋼筒7，該密封底座15和引線密封盤11與密封鋼筒7構(gòu)成密封空間。在密封鋼筒上端還設(shè)有扶正器8，它由儀器外殼沿圓周對(duì)稱分布的4個(gè)帶彈簧的支撐臂組成，使得傾斜儀能夠處在鉆孔的中心位置，為其實(shí)現(xiàn)與地殼良好的耦合提供保證。在密封鋼筒上端還設(shè)有提環(huán)10和用于保護(hù)信號(hào)電纜3的電纜密封筒9，從引線密封盤11引出的信號(hào)電纜3經(jīng)由電纜密封筒 9引出至地面，提環(huán)10用于固定鋼絲繩4，以便安裝時(shí)將探頭懸吊于井中，并落入井底。設(shè)有電子羅盤的電路板12可用于測(cè)量方位，試驗(yàn)證明，井下探頭1內(nèi)部的鐵磁物質(zhì)對(duì)設(shè)有電子羅盤的電路板12的影響是確定的，通過進(jìn)行補(bǔ)償，可以克服這些部件的影響，這樣，用設(shè)有電子羅盤的電路板12配以簡(jiǎn)單的電源、通訊接口電路和上位機(jī)，利用簡(jiǎn)單的測(cè)量程序就可以輕松實(shí)現(xiàn)井下定位功能。初步的實(shí)驗(yàn)表明，井下定位精度達(dá)到了士3°。圖3為本實(shí)用新型所述電容式傾斜傳感器13的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖中所示，該電容式傾斜傳感器13包括有屏蔽殼136及設(shè)在其內(nèi)的固定板135、懸吊梁134、動(dòng)極板131和定極板132，該固定板135安裝在屏蔽殼136內(nèi)底部，該懸吊梁134垂直安裝在該固定板135 上，該動(dòng)極板131由簧片133通過機(jī)械卡具137連接在懸吊梁134上，該動(dòng)極板131與該簧片133及定極板132平行，該定極板132平行的設(shè)置在該動(dòng)極板131兩側(cè)，且該定極板132 固定在懸吊梁134上。這里，地傾斜的變動(dòng)通過該動(dòng)極板131的擺動(dòng)轉(zhuǎn)化為位移，并采用數(shù)字式電容位移測(cè)量技術(shù)，把測(cè)量電路靠近定極板132安裝，可以較好地抑制噪聲與干擾。動(dòng)極板131 只對(duì)垂直于簧片133平面的傾斜變化敏感，所以必須在兩個(gè)互相垂直的方向上采用兩套獨(dú)立的電容式傾斜傳感器13來(lái)進(jìn)行測(cè)量，分別實(shí)現(xiàn)兩個(gè)正交方向傾角的觀測(cè)，以達(dá)到測(cè)量大地傾斜矢量的要求。最終，該電容式傾斜傳感器13的簧片133長(zhǎng)度約70mm，懸吊的動(dòng)極板 131重量在300克左右，極板間距約0. 1mm，其固有振動(dòng)周期小于1秒，因此，對(duì)于監(jiān)測(cè)地傾斜固體潮信號(hào)，本實(shí)用新型所述的井下探頭1具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，能及時(shí)跟蹤伴隨構(gòu)造活動(dòng)的地殼傾斜變形，具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)噪聲達(dá)0.0002角秒，在士 0.5°基本測(cè)量范圍內(nèi)輸出線性度優(yōu)于0.5%。圖6即為本實(shí)用新型所述的電容式傾斜傳感器13輸出特性的標(biāo)定結(jié)果示例。圖4是本實(shí)用新型所述傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置14的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖中所示，該傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置14包括支架、兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)144以及傾斜測(cè)量平臺(tái)141，該支架主要由上基板143、底板145以及連接在二者之間的支柱146構(gòu)成，在上基板143和底板145之間還設(shè)有用于固定步進(jìn)電機(jī)144的中間板147，該傾斜測(cè)量平臺(tái)141由球形支點(diǎn)142連接在上基板 143上方，該步進(jìn)電機(jī)144安裝在該支架內(nèi)，該步進(jìn)電機(jī)144的機(jī)軸由絲杠裝置連接在傾斜測(cè)量平臺(tái)141下方。該絲杠裝置包括依次連接在該步進(jìn)電機(jī)144的機(jī)軸上的聯(lián)軸節(jié)148、螺栓149和傳動(dòng)絲杠140，該傳動(dòng)絲杠140穿透上基板143并連接在傾斜測(cè)量平臺(tái)141的下表面。在傾斜測(cè)量平臺(tái)141上方設(shè)有兩個(gè)正交設(shè)置的電容式傾斜傳感器13，上一個(gè)電容式傾斜傳感器13的底部固定連接在下一個(gè)電容式傾斜傳感器13的屏蔽殼136頂部，下一個(gè)電容式傾斜傳感器13的底部固定連接在傾斜測(cè)量平臺(tái)141上表面。兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)144調(diào)節(jié)點(diǎn)及球形支點(diǎn)142的連線互相垂直，并分別與某一方向的電容式傾斜傳感器13的測(cè)量方向一致，因此，當(dāng)需要在某一個(gè)方向調(diào)節(jié)傾斜測(cè)量平臺(tái)141 的傾斜角度時(shí)，便可控制該方向的步進(jìn)電機(jī)144旋轉(zhuǎn)，它將帶動(dòng)螺栓149轉(zhuǎn)動(dòng)，最后使傳動(dòng)絲桿發(fā)生向上或者向下的位移，達(dá)到調(diào)節(jié)測(cè)量平臺(tái)傾角的目的。在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)取外形尺寸 IOOOmmX Φ 89mm時(shí)，該傾斜平臺(tái)的調(diào)節(jié)范圍大于士5°。 圖5是本實(shí)用新型所述鉆孔傾斜儀井下探頭1的安裝示意圖，如圖中所示，該井下探頭1可采用水泥固結(jié)或者沉砂方式實(shí)現(xiàn)與地殼耦合，具體采用何種耦合材料2應(yīng)視具體情況而定，該井下探頭1在下井過程中使用鋼絲繩4懸吊，以保護(hù)信號(hào)電纜3不被損壞。鉆孔應(yīng)選在地層較平坦、完整的地區(qū)，鉆井深度一般不應(yīng)小于40米。鉆孔淺部需下井口套管 6以隔離破碎帶對(duì)觀測(cè)井的影響，其深部若是基巖，可以為裸孔，如果是土層，則需下套管5 對(duì)整個(gè)井筒進(jìn)行保護(hù)。該井下探頭1在下井前，應(yīng)在密封鋼筒7內(nèi)充入具有一定粘度的硅油，其作用有三點(diǎn)一是增大阻尼，可有效地從傳感器前端濾除高頻噪聲并保護(hù)懸吊重物的簧片133 ；其次，由于電容傳感器極板間充滿介電常數(shù)為2. 7的硅油，使得因極板位移產(chǎn)生的電容量變化增大了約2. 7倍，能夠明顯提高傾斜儀的靈敏度系數(shù)；最后，可以隔離潮氣，保證傳感器性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定。本實(shí)用新型上述實(shí)施例和附圖所示僅為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例之一，并不能以此局限本實(shí)用新型，在不脫離本實(shí)用新型精髓的條件下，本領(lǐng)域技術(shù)人員所做的任何變動(dòng)，包括與其它井下儀器組合成井下多參數(shù)綜合觀測(cè)系統(tǒng)，都屬本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種鉆孔傾斜儀井下探頭，包括密封金屬筒及設(shè)在其內(nèi)的傳感器，其特征在于，在密封金屬筒內(nèi)還設(shè)有傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置，該傳感器包括有由上至下設(shè)置的設(shè)有電子羅盤的電路板以及兩個(gè)正交設(shè)置的電容式傾斜傳感器，該設(shè)有電子羅盤的電路板垂直的連接在該密封金屬筒內(nèi)壁，該電容式傾斜傳感器安裝在該傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔傾斜儀井下探頭，其特征在于，所述傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置包括支架、兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)以及傾斜測(cè)量平臺(tái)，該支架主要由上基板、底板以及連接在二者之間的支柱構(gòu)成，該傾斜測(cè)量平臺(tái)由球形支點(diǎn)連接在上基板上方，該步進(jìn)電機(jī)安裝在該支架內(nèi)，該步進(jìn)電機(jī)的機(jī)軸由絲杠裝置連接在傾斜測(cè)量平臺(tái)下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆孔傾斜儀井下探頭，其特征在于，所述絲杠裝置包括依次連接在該步進(jìn)電機(jī)的機(jī)軸上的聯(lián)軸節(jié)、螺栓和傳動(dòng)絲杠，該傳動(dòng)絲杠穿透上基板并連接在傾斜測(cè)量平臺(tái)的下表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉆孔傾斜儀井下探頭，其特征在于，所述電容式傾斜傳感器包括有屏蔽殼及設(shè)在其內(nèi)的固定板、懸吊梁、動(dòng)極板和定極板，該固定板安裝在屏蔽殼內(nèi)底部，該懸吊梁垂直安裝在該固定板上，該動(dòng)極板懸掛在該懸吊梁上，該定極板與該動(dòng)極板平行的設(shè)置在該動(dòng)極板兩側(cè)，且該定極板固定連接在該懸吊梁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆孔傾斜儀井下探頭，其特征在于，所述動(dòng)極板由簧片通過機(jī)械卡具連接在懸吊梁上，該動(dòng)極板與該簧片及定極板平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆孔傾斜儀井下探頭，其特征在于，所述傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置下方設(shè)有與密封金屬筒連接的密封底座，在設(shè)有電子羅盤的電路板上方設(shè)有與密封金屬筒連接的引線密封盤，所述傳感器及傾斜測(cè)量裝置的信號(hào)電纜從該引線密封盤引出密封金屬筒，該密封底座和引線密封盤與密封金屬筒構(gòu)成密封空間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔傾斜儀井下探頭，其特征在于，所述密封金屬筒上端設(shè)有扶正器，該扶正器包括三個(gè)以上的彈性支撐臂，該支撐臂沿密封金屬筒外圓均勻分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔傾斜儀井下探頭，其特征在于，所述密封金屬筒上端還設(shè)有用于保護(hù)信號(hào)電纜的電纜密封筒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔傾斜儀井下探頭，其特征在于，所述密封金屬筒上端連接有用于吊裝的提環(huán)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鉆孔傾斜儀井下探頭，包括密封金屬筒及設(shè)在其內(nèi)的傳感器，在密封金屬筒內(nèi)還設(shè)有傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置，該傳感器包括有由上至下設(shè)置的設(shè)有電子羅盤的電路板以及兩個(gè)正交設(shè)置的電容式傾斜傳感器，該設(shè)有電子羅盤的電路板垂直的連接在該密封金屬筒內(nèi)壁，該電容式傾斜傳感器安裝在該傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置上。本實(shí)用新型采用了內(nèi)置電子羅盤定向，還采用水泥固結(jié)或石英砂填埋等井下安裝方式，以改善與地球的耦合質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并突破幾十米的安裝深度的限制；設(shè)置了可以軸向調(diào)節(jié)的傾斜零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置，使鉆孔傾斜儀井下探頭的外徑更小，能利用多數(shù)現(xiàn)有的地質(zhì)、水文與石油系統(tǒng)廢棄的鉆井，同時(shí)還能使該鉆孔傾斜儀工作動(dòng)態(tài)范圍更寬。
文檔編號(hào)G01C9/00GK202256695SQ201120358508
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者歐陽(yáng)祖熙 申請(qǐng)人:歐陽(yáng)祖熙