[发明专利]一种定向钻头的面向角测量装置和方法

权利要求书

1.一种定向钻头的面向角测量装置，其特征在于：包括钻头(1)、与钻头(1)固定连接的钻杆(2)、设在钻杆(2)内部空腔中的轴模块、可运动的设在轴模块上并沿钻杆(2)内部空腔的轴向发射光信号的光源发射模块、用于接收从光源发射模块发射的光信号并根据不同位置接收到的光信号产生对应的电信号的二维位置探测器(11)、根据电信号计算面向角并输出面交角计算结果的测量模块(12)，二维位置探测器(11)、测量模块(12)均固定设在钻杆(2)内部空腔中，二维位置探测器(11)与测量模块(12)连接。

2.根据权利要求1所述的定向钻头的面向角测量装置，其特征在于：轴模块包括轴底座(3)、轴(4)、可运动的设在轴(4)上并用于带动光源发射模块的转动机构，轴底座(3)固定设在钻杆(2)内部空腔中，轴(4)固定设在轴底座(3)的中心，转动机构可运动的设在轴(4)上。

3.根据权利要求2所述的定向钻头的面向角测量装置，其特征在于：转动机构包括可运动的套在轴(4)上并用于带动光源发射模块的圆环(5)，用于固定圆环(5)的第一挡板(7)和第二挡板(8)，第一挡板(7)和第二挡板(8)均固定在轴(4)上。

4.根据权利要求3所述的定向钻头的面向角测量装置，其特征在于：还包括滚珠(6)，滚珠(6)镶嵌在圆环(5)和轴(4)之间。

5.根据权利要求2-4任一项所述的定向钻头的面向角测量装置，其特征在于：光源发射模块包括沿钻杆(2)内部空腔的轴向发射光信号的光源发射器(10)、为光源发射器(10)供电的发射器电源(9)，光源发射器(10)、发射器电源(9)均固定设在圆环(5)底部，发射器电源(9)与光源发射器(10)连接。

6.根据权利要求5所述的定向钻头的面向角测量装置，其特征在于：二维位置探测器(11)与轴底座(3)平行。

7.一种定向钻头的面向角测量方法，其特征在于，包括：

当钻头(1)发生转动时，光源发射器(10)基于自身重力始终保持在钻杆(2)内部空腔中的固定位置，并沿钻杆(2)内部空腔的轴向发射光信号；

固定设在钻杆(2)内部空腔中的二维位置探测器(11)与钻头(1)同步转动，使得光源发射器(10)发射出的光信号射在二维位置探测器(11)上形成圆形光圈；其中，二维位置探测器(11)上与圆形光圈对应的位置分布着若干不同的光敏元件；

当光敏元件接收到光信号后，光敏元件将光信号转换为对应的电信号，二维位置探测器(11)将电信号传输至测量模块(12)；

测量模块(12)根据二维位置探测器(11)传输的电信号，计算面向角，并发送面交角计算结果；其中，不同的光敏元件对应于不同的面向角。