[发明专利]一种陀螺测斜仪全方位连续测量方法

权利要求书

1.一种陀螺测斜仪全方位连续测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)、将装有两个双自由度挠性陀螺和三个石英加速度计的陀螺测斜仪固定在载体上，并随载体伸入井眼内；

(2)建立仪器坐标系OX_bOY_bOZ_b和地理坐标系OX_iY_iZ_i：

在陀螺测斜仪上建立仪器坐标系OX_bOY_bOZ_b，纵轴OZ_b为仪器探管轴向，指向探管上端；OX_b和OY_b在水平平面内，其中OX_b轴指向仪器的前端，OY_b指向仪器左端；仪器坐标系OX_bOY_bOZ_b为符合右手定则的正交坐标系；

地理坐标系OX_iY_iZ_i中，OX_i指向惯性真北，OY_i指向惯性真西，OZ_i为地垂线指向天，地理坐标系OX_iY_iZ_i为符合右手定则的正交坐标系；

(3)定义井斜角I、方位角A和工具面角T：

井斜角I是仪器坐标系OZ_b轴与地理坐标系OZ_i轴之间的夹角；

方位角A是探管轴向OZ_b轴和地理坐标系OZ_i所在平面OZ_bZ_i与地理坐标系指北轴OX_i和OZ_i轴所在平面OX_iZ_i之间的夹角，顺时针，从北向东转角为正；

工具面角T是探管以OZ_b为轴，顺时针自旋转，从探管轴线OZ_b轴所在的地垂平面OZ_bZ_i转到由仪器坐标系OZ_b轴和OX_b轴所在的平面OX_bZ_b之间的夹角，顺时针为正；

(4)将测斜仪的仪器坐标系OX_bOY_bOZ_b看作地理坐标系OX_iY_iZ_i经过三次坐标旋转得到：

第一次旋转是以OZ_i为旋转轴，将OX_i轴顺时针向东转动一个方位角A，转动后的坐标系为OX₁Y₁Z₁，OZ₁轴与OZ_i轴重合；

第二次旋转是以OY_i为旋转轴，将OZ₁轴转动一个井斜角I到OZ₂，转动后的坐标系为OX₂Y₂Z₂，OY₂轴与OY₁轴重合；

第三次旋转是以OZ₂为旋转轴，转动一个工具面角T，最后转动后的坐标系为OX_bY_bZ_b，OZ_b轴与OZ₂轴重合；

与三次坐标系旋转相联系的三个旋转矩阵为：

Cn1=cosAsinA0-sinAcosA0001,]]>

C12=cosI0-sinI010sinI0cosI,]]>

C2b=cosTsinT0-sinTcosT0001,]]>

可得旋转矩阵为：

Cnb=C2bC12Cn1,(z-y-z)]]>

=cosTsinT0-sinTcosT0001cosI0-sinI010sinI0cosIcosAsinA0-sinAcosA0001;]]>

=cosAcosIcosT-sinAsinTsinAcosIcosT+cosAsinT-sinIcosT-cosAcosIsinT-cosTsinA-sinAcosIsinT+cosAcosTsinIsinTcosAsinIsinAsinIcosI]]>

(1)

(5)陀螺敏感的地球自转角速度ω_e和重力加速度g在地理坐标系上的投影分别为：

ωe=ωeNωeWωeU=ωecosL0sinL;]]>

(2)

A=AeNAeWAeU=g00-1;]]>

(3)

上式中：ω_eN为北向地球自转角速度分量；ω_eW为西向地球自转角速度分量；ω_eU为天向地球自转角速度分量；L为当地纬度；A_eN为北向地球重力加速度；A_eW为西向地球重力加速度；A_eU为天向地球重力加速度；

陀螺敏感的仪器相对地理系的转动速度，该转动速度在仪器坐标系上的投影为：

Cnb00dA+C1b0dI0+C2b00dT;---(4)]]>

其中：C1b=C2bC12;]]>dI＝ω_xcosT+ω_ysinT-ω_ecosLcosA；

dA=1sinI(ωecosLsinAcosI-ωxsinT+ωycosT)-ωesinL;]]>

将(1)、(2)、(3)和(4)联立可得：

ωxωyωz=Cnb00dA+C1b0dI0+C2b00dT+CnbωecosL0sinL]]>

=ωecosL(sinAcosIcosT+cosAsinT)-ωesinLsinIcosT+dIsinT-dAsinIcosTωecosL(-sinAcosIsinT+cosAcosT)+ωesinLsinIsinT+dIcosT+dAsinIsinTωecosLsinAsinI+ωesinLcosI+dAcisU+dT]]>

；

上述中：ω_x，ω_y和ω_z为陀螺测量值；

(6)、计算井斜角I、方位角A和工具面角T

工具面角T：

T=atan-ayax;]]>

上式中：-a_y和a_x为Y轴、X轴的加速度计测量值；

井斜角I：I＝I₀+dIΔt；

方位角A：A＝A₀+dAΔt；

上式中：I₀为井斜角初始值，A₀为方位角初始值，Δt为A/D转换采样时间间隔；

(7)、将井斜角I、方位角A和工具面角T输入井上计算机，由井上计算机显示或打印。