[发明专利]抗机械震动MEMS加速计布置、相关方法、设备和系统

说明书

本发明涉及一种抗机械震动MEMS加速计布置、相关方法、设备和系统。描述确定地下工具的加速度的加速计布置和方法。支撑第一三轴加速计和第二三轴加速计使得第一三轴加速计的垂直感应轴至少总体上正交于所述第二三轴加速计的垂直感应轴，以用于基于来自于三轴加速计之一或二者的感应轴输出的组合来确定沿三个正交轴的加速度。可以将一个三轴加速计的较弱感应轴支撑为至少近似地垂直于另一三轴加速计的较弱感应轴，使得不使用较弱轴。可以支撑三轴加速计使得一个加速计的一个轴相对于另一加速计的另一轴是冗余的。一个三轴加速计可以被安装在相对于另一三轴加速计的倾斜面上。

本申请是申请日为2015年7月2日、申请号为201580020102.2、名称为“抗机械震动MEMS加速计布置、相关方法、设备和系统”的专利申请的分案申请。

相关申请

本书面文件要求2014年7月2日提交的美国临时专利申请序列号62/019,887、2014年7月7日提交的美国临时专利申请序列号62/021,618以及2015年7月1日提交的美国非临时专利申请序列号14/789,071的优先权，其每一项通过援引其整体内容而并入在此。

技术领域

本书面文件总体上涉及MEMS加速计，并且更具体地，涉及具有对机械震动的增强抵抗的MEMS加速计套件以及相关方法、设备和系统。

背景技术

在现代电子器件中，加速计已经变得无处不在。在这方面，测量沿三个正交轴的加速度可以提供对装置方位的基本上完整的表征。在单个、便捷的套件中配置成测量沿三个正交轴的加速度的加速计通常被称为三轴加速计。

许多现代电子系统将加速计应用于多种不同目的。作为一个通用例子，可以表征相关装置的操作状态或物理方位。作为另一更为特定于装置的例子，加速计可以用于检测硬盘驱动处于自由下落的状态中，使得在预计到即将发生的碰撞所引起的机械震动时，可以寄存驱动的读/写磁头。作为另一个特定于装置的例子，现代蜂窝智能电话通常包括加速计以确定电话的方位，以用于显示方位管理，并且可以由可以被安装在智能电话上的许多应用所使用。注意到的是对于适于例如蜂窝智能电话的消费级电子的加速计的需求已经驱动通常低成本的MEMS三轴加速计的开发。

作为另一特定于装置的例子，加速计可以用作水平定向钻井系统中的地下工具(“inground tool”)所携带的发射机的一部分，以用于监视地下工具的方位和移动。此类的监视可以促进操纵以及监视地下工具的位置。正如如下将详细描述的，已经认识到在使得加速计经受机械震动和振荡环境的设备中使用消费级低成本加速计会造成这些设备的故障。尽管以往的整体故障率并不高，但发射机任何的过早故障将导致重大的问题，包括在获得新的发射机时令全体人员和设备空闲，错过最终期限，以及在购买新的发射机所涉及的花费。到目前为止，由于缺乏认可的、实用的替代，业内仍在继续使用这些加速计。

本书面文件提供一种新的方式，其提供在高的机械震动和振荡环境中以增强可靠性的方式来使用低成本消费级加速计。

发明内容

下面结合旨在是示例性和说明性而非在范围上起限制性的系统、工具和方法来描述和说明实施例和其多个方面。在各种实施例中，已经减小或消除上述问题中的一个或多个问题，而其他的实施例针对于感兴趣的其他领域。

通常，描述一种加速计布置和方法，其用于在地下操作期间确定地下工具沿三个正交轴的加速度，该地下操作将加速计布置暴露于机械震动和振荡的环境。在本公开的一个方面中，加速计布置包括第一MEMS三轴加速计和第二MEMS三轴加速计，其每个包括一组三个正交布置的加速计，其感应包括一对面内(“in-plane”)感应轴和垂直(“normal”)感应轴的轴，使得垂直感应轴在响应于机械震动和振荡时相比于面内感应轴经受更高的故障率。支撑结构支撑第一三轴加速计和第二三轴加速计，使得第一三轴加速计的垂直感应轴至少总体上正交于第二三轴加速计的垂直感应轴。处理器基于来自于第一三轴加速计和第二三轴加速计之一或二者的感应轴输出的组合确定沿三个正交轴的加速度。