斜取樣類似于適時地對波形取樣。當適時地對波形取樣時，必須確保波形不包含超過取樣頻率的一般的頻率分量，否則信息將丟失。這是“奈奎斯特準則”，“香農(nóng)-奈奎斯特定理”(參見1949年1月的第1期第37卷，無線工程師的過程協(xié)會，C.E.香農(nóng)的“噪聲存在情況下的通信”)(see C.E.Shannon, “Communicat1n in thepresence of noise，，, Proc.1nstitute of Rad1 Engineer, vol.37, n0.1, Jan.1949)的一部分。香農(nóng)-奈奎斯特準則可用于在整體外骨架內(nèi)設計帶有傳感器的剛性體的間隔，或非整體外骨架中足夠長的任何HES，以保證每個HES使用不止一個帶有傳感器的剛性體。
[0128]圖12至圖14示出了整體套管的一個示例。圖12示出現(xiàn)有技術弓形彈簧扶正器25，其用于將管保持在較大管的中心處。扶正器具有打蛋器的形式。可由矩形彎曲彈簧鋼制成的弓形彈簧26被提供有圓帶形式的安裝環(huán)27，以用于將扶正器固定到圓形管的外側(cè)。圖13示出扶正器的截面圖，所述截面在其中弓形彈簧達到它們的側(cè)向極限的情況下截取，從而通過四個弓形彈簧26的方式使整體外骨架15保持靠近套管4的中心。為簡單起見，未示出安裝環(huán)。最內(nèi)圓形物體12表示第一傳感陣列的節(jié)段，其通過膨脹接頭或其他固定裝置的方式被保持在外骨架15內(nèi)。
[0129]其他類似的現(xiàn)有技術扶正器包括緊密配合的氣缸、螺旋彈簧和帶有彈簧的輪子組件。扶正器可突出到傾斜計套管中的凹槽中，以提供對整體外骨架的方位角的控制。扶正器的另一個名稱為“墊片”。
[0130]圖14示出在第二外骨架部分15(在該實例中為整體柔性管)內(nèi)部的第一傳感陣列部分，其包括剛性體1和柔性接頭2。由小矩形14指示的帶有傳感器的剛性體13與未帶有傳感器的剛性體12交替，所述小矩形14表示附接到剛性體的傳感器。外骨架通過弓形彈簧扶正器25保持在套管4內(nèi)。
[0131]當使用扶正器或墊片在套管或鉆孔中支承整體外骨架時，可通過應用以上的香農(nóng)-奈奎斯特定理來確定墊片的位移。扶正器將鉆孔的位移轉(zhuǎn)移到外骨架?？赡芡ㄟ^內(nèi)部的陣列修改的且如通過墊片保持的外骨架的機械特性(即其彎曲剛度)確定外骨架的最高空間頻率含量。墊片或扶正器必須在足夠小的間隔處，使得套管位移的空間頻率以期望的保真度水平轉(zhuǎn)移到外骨架。預期的最壞情況下的鉆孔形狀的傅立葉分析可用于選擇扶正器間隔，所述間隔將所有重要的位移捕獲至期望的精確度水平。
[0132]傅立葉分析也可用于確保以足夠的頻率對外骨架的形狀進行取樣，使得所取樣的傾斜可用于表示外骨架的形狀。
[0133]限制扶正器的數(shù)目可導致成本節(jié)約和最短安裝時間。此外，限制傳感器的數(shù)目可導致極大的成本節(jié)約，并且可使用空間頻率取樣理論設計扶正器和傳感器數(shù)目的減少。
[0134]整體外骨架還可在無墊片的情況下使用，其中外骨架被灌漿到鉆孔(加套管或未加套管)中。水泥漿可被設計有足夠的柔性以充當作為連續(xù)的扶正器。另一個選擇為以螺旋形式安裝整體外骨架，其中第一傳感陣列部分在內(nèi)部。第一傳感陣列部分可由帶有小接頭的節(jié)段組成，或者由如已經(jīng)被描述用于非整體外骨架的較長柔性接頭隔開的剛性節(jié)段組成。
[0135]使用取樣的傾斜計算外骨架的形狀包括沿著外骨架(在存在傳感器的任何地方)以已知的較寬隔開的間隔對傾斜取樣，應用樣條函數(shù)或內(nèi)插函數(shù)以沿著外骨架的長度形成連續(xù)的或接近連續(xù)的一系列緊密間隔的傾斜，并且然后對緊密間隔的傾斜進行空間積分以獲得表示外骨架形狀的緊密間隔的位置。結(jié)束條件，諸如假定具有超過外骨架的恒定傾斜的附加(虛擬)節(jié)段，可用于改善靠近外骨架端部的內(nèi)插。
[0136]由于每段長度的較低傳感器計數(shù)、更堅固構(gòu)造的較低運輸成本(因為HES和HEJ可在本地制造)，以及降低的安裝復雜性和難度，因此二分陣列提供成本減小，這也降低了全部成本。第一傳感陣列部分的保護起因于使用比傳統(tǒng)上可能用于節(jié)段的材料更厚的材料，同時將易碎零件保持在第二中空外骨架部分內(nèi)部的能力。在所有情況下，除非形變?yōu)闃O端的，否則可恢復第一傳感陣列部分，即使必須留下第二中空外骨架部分。
[0137]前述內(nèi)容已經(jīng)構(gòu)成了對特定實施例的描述，其示出本發(fā)明可如何應用和付諸實踐。這些實施例僅為示例性的。在下面的權(quán)利要求中將進一步描述和限定在其最廣泛的含義下的本發(fā)明及其更多具體的方面。
[0138]這些權(quán)利要求以及本文所用的語言應按照已經(jīng)描述的該發(fā)明的變式加以理解。它們并非局限于此類變式，而是將其閱讀理解為覆蓋該發(fā)明的全部保護范圍，如在該發(fā)明和本文已經(jīng)提供的公開內(nèi)所隱含的那樣。
【主權(quán)項】
1.一種包括能夠裝配到單傳感系統(tǒng)的兩個部分的二分傳感器陣列，所述二分傳感器陣列包括: 在重力場內(nèi)的第一傳感陣列部分，其包括: 帶有傳感器的剛性體，其具有重力計量傳感器以用于測量所述剛性體在所述重力場中的傾斜，所述帶有傳感器的剛性體由細長撓性件隔開，所述細長撓性件能夠以兩個自由度非單調(diào)地和非恒定地彎曲，所述帶有傳感器的剛性體和細長撓性件具有已知的尺寸，所述帶有傳感器的剛性體中的至少一個在所述世界坐標系中具有已知位置和取向，所述細長撓性件具有選自以下項的扭轉(zhuǎn)剛度:(1)當所述二分陣列安裝在非水平路徑中時的高扭轉(zhuǎn)剛度；以及(2)當所述二分陣列安裝在非垂直路徑中時的任意扭轉(zhuǎn)剛度， 所述傳感器陣列適用于從所述帶有傳感器的剛性體的所述尺寸和傾斜以及所述細長撓性件的所述扭轉(zhuǎn)剛度確定每個帶有傳感器的剛性體在所述世界坐標系內(nèi)的所述取向；以及 第二中空外骨架部分，包括: 具有已知尺寸的中空外骨架節(jié)段(HES)，其由具有已知尺寸的中空外骨架接頭(HEJ)隔開，所述HEJ能夠以兩個自由度彎曲，所述HES和HEJ具有能夠接納所述第一傳感陣列部分的插入的中心體積， 所述第一傳感陣列部分的所述帶有傳感器的剛性體以三個自由度維持在相對所述HES的不變?nèi)∠蛑校? 所述第二中空外骨架部分能夠被拆卸， 所述HES、HEJ、帶有傳感器的剛性體以及具有長度的細長撓性件遵循所述插入，所述長度允許所述第一傳感陣列部分的至少一個帶有傳感器的剛性體包括在每個HES內(nèi)， 其中所述第一傳感陣列部分插入所述第二中空外骨架部分，并適用于從所述HES和HEJ的所述尺寸、所述帶有傳感器的剛性體的所述傾斜、所述細長撓性件的所述扭轉(zhuǎn)剛度以及每個帶有傳感器的剛性體相對每個HES的所述不變?nèi)∠?，確定所述HES中的每個在所述世界坐標系內(nèi)的所述位置和取向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二分傳感器陣列，其中所述HES為圓柱形管，其具有當經(jīng)受已知范圍的外部力和力矩時足以使所述HES保持筆直的彎曲剛度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二分傳感器陣列，其中所述HES為圓柱形管，其具有當經(jīng)受已知范圍的外部力和力矩時足以使所述HES在整個長度上通常保持恒定的彎曲剛度，并且所述第一傳感陣列部分的多于一個的剛性體被包括在每個HES內(nèi)，以便測量并補償所述彎曲。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二分傳感器陣列，其中所述HES和HEJ由于具有所述相同的彎曲剛度而形成整體外骨架，并且所述第一傳感陣列部分的所述帶有傳感器的剛性體沿著所述外骨架以充分靠近的間隔間隔開，以便當所述外骨架經(jīng)受已知范圍的外部力和力矩時，對表示所述整體外骨架的所述形狀的傾斜取樣至期望的精確度水平。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二分傳感器陣列，其中通過在所述HES和HEJ內(nèi)使所述第一傳感陣列部分形成螺旋形狀實現(xiàn)所述不變?nèi)∠颍雎菪螤钆c所述HES和HEJ的所述內(nèi)表面重復接觸。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二分傳感器陣列，其中通過在大致垂直的剛性體與所述第一傳感陣列部分的接頭以及所述HES和HEJ的所述內(nèi)表面之間的緊密配合實現(xiàn)所述不變?nèi)∠颉?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二分傳感器陣列，其中通過在大致垂直的剛性體以及與所述HES和HEJ的所述內(nèi)表面重復接觸的所述細長撓性件的螺旋形狀之間的緊密配合實現(xiàn)所述不變?nèi)∠颉?.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項所述的二分傳感器陣列，其中所述第二中空外骨架部分處于螺旋形狀，所述螺旋形狀與圓柱形保護殼的所述內(nèi)表面重復接觸。9.一種將第一傳感陣列部分放置在沿其長度具有均勻彎曲剛度的整體外骨架內(nèi)的方法，所述第一傳感陣列部分稀疏地分布有帶有傳感器的剛性體，所述方法包括: 將直接傾斜分配到所述外骨架的所述部分，其對應于帶有傳感器的剛性體的所述位置，以及 基于在所述直接傾斜上運算的內(nèi)插或樣條函數(shù)，將內(nèi)插傾斜分配到不對應于帶有傳感器的剛性體的所述位置的所述部分，其中所述外骨架的所述形狀通過沿著所述外骨架的所述軸向范圍對所述內(nèi)插傾斜和直接傾斜積分確定。10.一種裝配HES和HEJ以形成筆直保護殼的方法，所述方法包括: 將第一傳感陣列部分插入所述保護殼中，所述第一傳感陣列部分具有帶有傳感器的剛性體以及具有高扭轉(zhuǎn)剛度的細長撓性件， 將所述第一傳感陣列部分固定在所述保護殼中以形成二分傳感器陣列，其具有每個帶有傳感器的剛性體相對每個HES的不變?nèi)∠颍? 將所述二分傳感器陣列固定在土壤或結(jié)構(gòu)中， 使用所包括的傳感器以讀取所述HES的所述傾斜，以及 當所述HES和HEJ遵循非水平路徑時，從所述HES和HEJ的所述尺寸、所述帶有傳感器的剛性體的所述傾斜、所述細長主體的所述扭轉(zhuǎn)剛度，以及每個帶有傳感器的剛性體相對每個HES的所述不變?nèi)∠騺碛嬎闼龆株嚵械乃鲂螤睢?1.一種裝配HES和HEJ以形成筆直保護殼的方法，所述方法包括: 將第一傳感陣列部分插入所述保護殼中，所述第一傳感陣列部分具有帶有傳感器的剛性體以及具有任意扭轉(zhuǎn)剛度的細長撓性件， 將所述第一傳感陣列部分固定在所述保護殼中以形成二分傳感器陣列，其具有每個帶有傳感器的剛性體相對每個HES的不變?nèi)∠颍? 將所述二分傳感器陣列固定在土壤或結(jié)構(gòu)中， 使用所包括的傳感器以讀取所述HES的所述傾斜，以及 當所述HES和HEJ遵循非垂直路徑時，從所述HES和HEJ的所述尺寸、所述帶有傳感器的剛性體的所述傾斜，以及每個帶有傳感器的剛性體相對每個HES的所述不變?nèi)∠騺碛嬎闼龆謧鞲衅麝嚵械乃鲂螤睢?br>【專利摘要】本發(fā)明涉及一種二分傳感器陣列，其包括能夠裝配到單傳感系統(tǒng)的兩部分。第一部分包括通過細長撓性件連接且配備有重力計量傾斜傳感器的剛性體。細長撓性件能夠以兩個自由度非單調(diào)地和非恒定地彎曲。由通過接頭連接的剛性體組成的第二部分包含第一部分。可與第一部分分離地輸送并裝配的第二部分提供剛性和保護，使得第一部分能夠具有短剛性體和長連接撓性件，從而減少所需的傳感器數(shù)目。二分傳感器陣列可應用于土壤和土木結(jié)構(gòu)的地質(zhì)技術測量。
【IPC分類】G01B21/32, G01V7/00, E02D31/00
【公開號】CN105393082
【申請?zhí)枴緾N201480024318
【發(fā)明人】李·艾倫·丹尼詩
【申請人】059312 N.B.有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2014年5月1日
【公告號】CA2815195A1, CA2911175A1, EP2992297A1, US20160076359, WO2014176699A1