抗机械震动MEMS加速计布置、相关方法、设备和系统技术方案

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
抗机械震动MEMS加速计布置、相关方法、设备和系统本申请是申请日为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。
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。
技术介绍
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(“ingroundtool”)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。
技术实现思路
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。在另一个方面中，加速计布置包括第一MEMS三轴加速计和第二MEMS三轴加速计，每个包括比另外两个感应轴更易受机械震动和振荡影响的较弱感应轴。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较弱感应轴至少近似垂直于第二三轴加速计的较弱感应轴。处理器基于来自于第一和第二三轴加速计的感应轴输出的组合而不使用第一和第二三轴加速计的每个的较弱感应轴来确定沿三个正交轴的加速度。在另一个方面中，加速计布置包括第一加速计套件和第二加速计套件，每个加速计套件包括一个或多个感应轴，使得第一加速计套件和第二加速计套件共同地提供用于沿三个正交轴感应的总计至少四个感应轴。支撑结构支撑第一加速计和第二加速计，使得第一加速计套件的至少一个感应轴关于第二加速计套件的至少一个感应轴是冗余的。处理器被配置成从总计数目的感应轴中选择三个感应轴的组合以确定沿三个正交轴的加速度。在另一个实施例中，加速计布置包括第一MEMS三轴加速计和第二MEMS三轴加速计。支撑结构支撑第一和第二三轴加速计，使得第一三轴加速计支撑在相对于支撑第二三轴加速计的第二平面形成至少近似于45度的角度的第一平面上。处理器基于来自于第一和第二三轴加速计的感应轴输出的组合确定沿三个正交轴的加速度。附图说明在所引用的附图中示出示例性的实施例。这里所公开的实施例和附图旨在是示例性的而非限制性的。图1根据使用双三轴MEMS加速计的本公开的发射机的图解正面示图。图2是图1的发射机的加速计布置的实施例的图解透视图。图3是示出图1的发射机的实施例的示意图。图4是示出图1的发射机的操作的实施例的流程图。图5和6是图1的加速计布置的实施例的图解视图。图7是示出用于基于从两个或多个加速计导出的感应轴组合的优先级表、根据本申请操作发射机的方法的实施例的流程图。图8是用于根据本公开支撑双加速计的另一实施例的图解图示的透视图，其中在非垂直于彼此的平面上支撑加速计。专利技术详述提供下面的描述以使得本领域的技术人员能够做出和使用本专利技术，并且在专利申请和其要求的上下文中提供该描述。本领域技术人员将容易明白对于所述实施例的各种修改，并且这里所教导的通用原理可以应用于其他的实施例。因此，本公开并不旨在限于这里所示出的实施例，而是赋予与这里所述的包括修改和等同的原理和特征相一致的最宽范围，正如所附权利要求所定义的范围内。注意到附图并不是按比例的并且本质上是以被认为最佳的示出感兴趣的特征的方式来图解的。描述性的术语可以关于这些描述来使用，然而，该术语是以促进读者的理解的意图来采用的，而非旨在是限制性的。进一步，为了清楚说明，附图并不按比例绘制。现在转向附图，其中贯穿各种附图类似的组件由类似的参考编号来指示，立即关注图1，其是图解性地示出发射机的实施例的正视图，该发射机通常由参考编号10来指示，以用于水平定向钻井系统。发射机10由地下工具14来支撑，例如诸如用于执行钻井操作的钻具或与用于执行拉回操作的后钻孔工具(“back-reamingtool”)一起使用的张力监视布置。正如将变得明显，本公开与任何这样的应用相关，该应用令某些组件经受机械震荡和振动环境。发射机10包括处理器20，其与发射机部22通信，该发射机部耦合到用于发射信号28的天线24，该信号例如诸如可以是偶极子信号的定位信号。当发射机安装在其中时，该发射机可以包括至少总体上与地下工具14的伸长轴对准的伸长轴30。注意到为了清楚说明的目的，在图1中并未示出组件间布线，但应该理解的是其存在。在另一实施例中，发射机部10可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速计布置，配置成在将所述加速计布置暴露于机械震荡和振动环境的操作期间，确定沿三个正交轴的加速度，所述加速计布置包括：/n第一MEMS三轴加速计和第二MEMS三轴加速计，每个三轴加速计包括一组三个正交布置的加速计感应轴，其包括一对面内感应轴和垂直感应轴，其中所述垂直感应轴响应于所述机械震荡和振动比所述面内感应轴具有更高的故障率；/n支撑结构，配置成支撑所述第一三轴加速计和第二三轴加速计，使得所述第一三轴加速计的所述垂直感应轴至少总体上正交于所述第二三轴加速计的所述垂直感应轴；以及/n处理器，配置成基于来自于所述第一三轴加速计和第二三轴加速计的感应轴输出的组合来确定沿所述三个正交轴的所述加速度，而不使用所述第一三轴加速计和第二三轴加速计的每个的所述垂直感应轴输出。/n

【技术特征摘要】
20140702 US 62/019,887;20140707 US 62/021,618;20151.一种加速计布置，配置成在将所述加速计布置暴露于机械震荡和振动环境的操作期间，确定沿三个正交轴的加速度，所述加速计布置包括：
第一MEMS三轴加速计和第二MEMS三轴加速计，每个三轴加速计包括一组三个正交布置的加速计感应轴，其包括一对面内感应轴和垂直感应轴，其中所述垂直感应轴响应于所述机械震荡和振动比所述面内感应轴具有更高的故障率；
支撑结构，配置成支撑所述第一三轴加速计和第二三轴加速计，使得所述第一三轴加速计的所述垂直感应轴至少总体上正交于所述第二三轴加速计的所述垂直感应轴；以及
处理器，配置成基于来自于所述第一三轴加速计和第二三轴加速计的感应轴输出的组合来确定沿所述三个正交轴的所述加速度，而不使用所述第一三轴加速计和第二三轴加速计的每个的所述垂直感应轴输出。


2.根据权利要求1所述的加速计布置，其支撑于发射机内。


3.根据权利要求2所述的加速计布置，其中所述发射机包括伸长轴，并且其中所述第一三轴加速计的一个感应轴和所述第二三轴加速计的另一感应轴至少总体上平行于所述伸长轴。


4.根据权利要求2所述的加速计布置，其中所述第一三轴加速计和所述第二三轴加速计的至少一个面内感应轴被布置成感应所述发射机的俯仰角方位。


5.根据权利要求2所述的加速计布置，其中所述第一三轴加速计和第二三轴加速计之一的一对面内感应轴被支撑，以用于检测所述发射机的翻滚角方位。


6.根据权利要求1所述的加速计布置，其中所述支撑结构包括支撑所述第一三轴加速计的第一印刷电路板和支撑所述第二三轴加速计的第二印刷电路板。


7.根据权利要求6所述的加速计布置，其中所述第二印刷电路板由至少总体上与其正交的第一印刷电路板所支撑。


8.根据权利要求1所述的加速计布置，其中所述处理器被配置成检测所述组合中的一个或多个检测轴的故障，并且响应于此，循环通过优先级表，以从所述第一三轴加速计和第二三轴加速计的一组感应轴组合中找到感应轴的可用组合。


9.根据权利要求8所述的加速计布置，其中所述第一三轴加速计和所述第二三轴加速计提供一组感应轴组合，并且根据所述一组感应轴组合中的至少一些组合的可靠性来设置所述优先级表。


10.根据权利要求8所述的加速计布置，其中所述处理器被配置成循环通过优先级表多次。


11.根据权利要求10所述的加速计布置，其中所述处理器被配置成响应于循环通过所述优先级表所述多次而没有识别可用组合时发布警告。


12.根据权利要求8所述的加速计布置，其中感应轴输出的上述组合被标识为故障的组合，并且作为循环通过所述优先级表的一部分来重新测试所述故障的组合以找到所述可用组合。


13.根据权利要求12所述的加速计布置，其中所述处理器被配置成响应于检测所述故障的组合已经变为可工作，将所述故障的组合置入服务。


14.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伯特·W·周，约翰·E·默瑟，斯科特·菲利浦斯，
申请(专利权)人：梅林技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US