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　　为了寻找地下丰富的宝藏，人们可以在地面或空中采用各种探测手段，其中从地面进行钻井探测是较常用的一种方法。目前根据工程需要，已能把井钻到五六千米，甚至更深。这么深的井，几乎不可能打得笔直，难以完全按照人们的意愿延伸。在钻探过程中，还会发生弯曲并偏离预定方向的情况，需要不断测量其倾斜角度，即钻井测斜。钻井测斜的另一作用，是为了保证钻斜井达到所要求的斜度指标。因为有许多工程要求钻井方向与地面形成一定倾斜角度，这就要求在钻井过程中，不断进行钻井斜度的测量，从而使钻具能按所要求的角度逐步往深处钻探。

　　无论是石油钻井，或是探矿钻井，利用一般测斜仪器置于井孔内进行测量难以有**结果。因为井孔在地下，地面上常用的gps接收机无法接收到无线电信号．又如采用地面上常用的一般磁罗盘，不考虑地磁影响，钻探设备钢质套管也会使磁罗盘失灵。高精度深井测斜通常采用陀螺测斜仪。

　　图1所示为国产JDT-Ⅲ型陀螺测斜仪井下仪器外形示意图。该种陀螺测斜仪的主要结构包括井下仪器和地面测量仪。地面测量仪包括信号处理和显示部分。井下仪器由定心脚、保护管、活动部分和固定框架组成。测斜时，井下仪器借助两个定心脚支撑在不同直径的测斜井或浆结管内，使仪器轴线与测斜井轴线严格一致，活动部分是整个仪器的心脏，是完成测斜任务的关键性部件。其中装有偏心活动框架和定向陀螺等敏感元件。定向陀螺是一个二自由度陀螺。由于陀螺具有定轴性，采用定向陀螺后，就使测斜仪具有了很强的抵抗干扰的方向稳定性。当在地面上启动陀螺后，记下陀螺仪轴的原始方位角，再放入井下测量，并且必须保证在整个测量过程中，原始方位角保持不变。测斜井偏离铅垂线的角度则是由按复摆原理制成的偏心活动框架来测定。

图1　陀螺测斜仪井下仪器

　　外形及示意图

　　偏心活动框架的原理结构如图2所示。这实际上是一个二自由度复摆。摆锤0可绕摆轴bbˊ转动，摆轴bbˊ又随框架一起绕aaˊ轴转动。在结构上aaˊ轴应与仪器轴心重合。在测井时，仪器轴心线即aaˊ线应与井心线重合或平行。只要测出aaˊ线偏离铅垂线的角度θ，即等于钻井偏斜的顶角。

　　在框架上过aaˊ轴安装一个与框架平面垂直的竖板T，并在竖板T上偏离轴线aaˊ一定距离处装一适当重量的重块Q，以保证当轴线aaˊ偏离铅垂线后，复摆0的摆动平面仍在轴线aaˊ与铅垂线所确定的铅垂面内。在复摆摆锤上过复摆重心和转轴0装一指针，在竖板T上刻以刻度，当轴线aaˊ偏离铅垂线时，指针所指示方向即为铅垂方向，指针在T板上所指示的与aaˊ轴之间的夹角θ，即为轴线aaˊ偏离铅垂线的角度，也就是钻井轴线的偏斜顶角。在复摆轴bbˊ上装一角度传感器，将此角θ的值变为电信号输出，即可测得井轴心线的偏斜顶角。

图2　偏心活动框架

　　JDT—III型陀螺测斜仪的主要技术指标为：顶角测量范围0o～7o，量测精度±3′，方位漂移小于100／h，外形尺寸 60×190 mm。

　　惯性导航系统的核心是惯性测量单元（IMU）。一个基本的惯性测量单元包括三个单自由度加速度计和三个单自由度陀螺仪或二个2自由度陀螺仪。这些加速度计和陀螺仪的输入轴分别沿空间的三个互相垂直的坐标轴方向。这样，惯性测量单元就可以敏感空间任意方向的线运动或角运动。由于陀螺仪敏感的是相对于惯性空间的运动，而需要测量的是载体相对于某个参照系的相对运动，必须进行坐标变换。加速度计所测加速度输出信号中往往包含重力加速度分量和有害加速度分量，必须对重力加速度分量进行修正，对有害加速度分量进行补偿，经过积分与计算得到运载体的速度和所在的地理位置。惯性测量单元中各个惯性敏感器件敏感的信号需要经过信号变换和信号处理才能转换成可接受的有用信号。

　　随着微机电系统技术的发展，由微机电系统加速度计和微机电系统陀螺仪组合而成的微惯性测量单元（Micro InertialMeasuremeritUnit，简称MIMU）已研制成功。这种微惯性测量单元具有体积小，重量轻、功耗小、成本低和可靠性高等优点。可广泛应用于汽车安全防护、战术武器制导、个人导航和微小卫星姿态控制等领域。

　　一个典型的微惯性测量组合系统如图4-20所示，该组合系统包括微惯性敏感器组合装置、变换电路的组合及微数字信号处理系统三部分。

　　微惯性敏感器组合装置由三只真空封装的硅微型陀螺仪和三只密封的微硅加速度计及前放组合而成。其中，微陀螺仪和微加速度计分别安装在边长3.8cm的正六面体基座的三个互相正交的平面内。每个惯性敏感器件的输入轴方向需要经过仔细排列，以保证彼此正交。必要时，组合装置中还包含温度敏感装置和预热装置，以实现温控。

图1　MIMU系统框图

　　变换电路组合具有处理来自敏感装置前放的弱小模拟信号，并能将其转换成数字信号的功能，该电路组合并将信号激励电路、驱动电路和温控电路等集成在一块，形成专用芯片。

　　微型数字信号处理系统将制导、导航和控制的有关运算程序和信号处理软件集成在专用的数字信号处理芯片上。

　　1998年，由美国桑地亚国家实验室（Sandia National Lab简称SNL）及柏克利传感器执行器中心（the Berkeley Sensor ActuaterCenter，简称BSAC）等单位首次用桑地亚模块式，单片微机电系统工艺（The SandiaModular，Monolithic，Micr0-Elec-tr0-Mechanical SystemsTechnology，简称M3EMS）将一个敏感χ、Y平面角速率运动的二维微陀螺和一个敏感垂直轴向即Ζ方向角速率的一维微陀螺及三维加速度计以及相应的测试回路完全集成在一块芯片上，芯片边长1cm，如图2所示。构成了一个集成化的微机电（IMEM）IMU原理样机。该IMU可用于gps（全球定位系统）辅助的惯性导航系统。

图2　集成微机电IMUJ泉理样机