本書(shū)面文件要求2014年7月2日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/019,887、2014年7月7日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/021,618以及2015年7月1日提交的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)14/789,071的優(yōu)先權(quán)，其每一項(xiàng)通過(guò)援引其整體內(nèi)容而并入在此。
技術(shù)領(lǐng)域：
本書(shū)面文件總體上涉及MEMS加速計(jì)，并且更具體地，涉及具有對(duì)機(jī)械震動(dòng)的增強(qiáng)抵抗的MEMS加速計(jì)套件以及相關(guān)方法、設(shè)備和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在現(xiàn)代電子器件中，加速計(jì)已經(jīng)變得無(wú)處不在。在這方面，測(cè)量沿三個(gè)正交軸的加速度可以提供對(duì)裝置方位的基本上完整的表征。在單個(gè)、便捷的套件中配置成測(cè)量沿三個(gè)正交軸的加速度的加速計(jì)通常被稱為三軸加速計(jì)。許多現(xiàn)代電子系統(tǒng)將加速計(jì)應(yīng)用于多種不同目的。作為一個(gè)通用例子，可以表征相關(guān)裝置的操作狀態(tài)或物理方位。作為另一更為特定于裝置的例子，加速計(jì)可以用于檢測(cè)硬盤驅(qū)動(dòng)處于自由下落的狀態(tài)中，使得在預(yù)計(jì)到即將發(fā)生的碰撞所引起的機(jī)械震動(dòng)時(shí)，可以寄存驅(qū)動(dòng)的讀/寫磁頭。作為另一個(gè)特定于裝置的例子，現(xiàn)代蜂窩智能電話通常包括加速計(jì)以確定電話的方位，以用于顯示方位管理，并且可以由可以被安裝在智能電話上的許多應(yīng)用所使用。注意到的是對(duì)于適于例如蜂窩智能電話的消費(fèi)級(jí)電子的加速計(jì)的需求已經(jīng)驅(qū)動(dòng)通常低成本的MEMS三軸加速計(jì)的開(kāi)發(fā)。作為另一特定于裝置的例子，加速計(jì)可以用作水平定向鉆井系統(tǒng)中的地下工具(“ingroundtool”)所攜帶的發(fā)射機(jī)的一部分，以用于監(jiān)視地下工具的方位和移動(dòng)。此類的監(jiān)視可以促進(jìn)操縱以及監(jiān)視地下工具的位置。正如如下將詳細(xì)描述的，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在使得加速計(jì)經(jīng)受機(jī)械震動(dòng)和振蕩環(huán)境的設(shè)備中使用消費(fèi)級(jí)低成本加速計(jì)會(huì)造成這些設(shè)備的故障。盡管以往的整體故障率并不高，但發(fā)射機(jī)任何的過(guò)早故障將導(dǎo)致重大的問(wèn)題，包括在獲得新的發(fā)射機(jī)時(shí)令全體人員和設(shè)備空閑，錯(cuò)過(guò)最終期限，以及在購(gòu)買新的發(fā)射機(jī)所涉及的花費(fèi)。到目前為止，由于缺乏認(rèn)可的、實(shí)用的替代，業(yè)內(nèi)仍在繼續(xù)使用這些加速計(jì)。本書(shū)面文件提供一種新的方式，其提供在高的機(jī)械震動(dòng)和振蕩環(huán)境中以增強(qiáng)可靠性的方式來(lái)使用低成本消費(fèi)級(jí)加速計(jì)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：下面結(jié)合旨在是示例性和說(shuō)明性而非在范圍上起限制性的系統(tǒng)、工具和方法來(lái)描述和說(shuō)明實(shí)施例和其多個(gè)方面。在各種實(shí)施例中，已經(jīng)減小或消除上述問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，而其他的實(shí)施例針對(duì)于感興趣的其他領(lǐng)域。通常，描述一種加速計(jì)布置和方法，其用于在地下操作期間確定地下工具沿三個(gè)正交軸的加速度，該地下操作將加速計(jì)布置暴露于機(jī)械震動(dòng)和振蕩的環(huán)境。在本公開(kāi)的一個(gè)方面中，加速計(jì)布置包括第一MEMS三軸加速計(jì)和第二MEMS三軸加速計(jì)，其每個(gè)包括一組三個(gè)正交布置的加速計(jì)，其感應(yīng)包括一對(duì)面內(nèi)(“in-plane”)感應(yīng)軸和垂直(“normal”)感應(yīng)軸的軸，使得垂直感應(yīng)軸在響應(yīng)于機(jī)械震動(dòng)和振蕩時(shí)相比于面內(nèi)感應(yīng)軸經(jīng)受更高的故障率。支撐結(jié)構(gòu)支撐第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)，使得第一三軸加速計(jì)的垂直感應(yīng)軸至少總體上正交于第二三軸加速計(jì)的垂直感應(yīng)軸。處理器基于來(lái)自于第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)之一或二者的感應(yīng)軸輸出的組合確定沿三個(gè)正交軸的加速度。在另一個(gè)方面中，加速計(jì)布置包括第一MEMS三軸加速計(jì)和第二MEMS三軸加速計(jì)，每個(gè)包括比另外兩個(gè)感應(yīng)軸更易受機(jī)械震動(dòng)和振蕩影響的較弱感應(yīng)軸。支撐結(jié)構(gòu)支撐第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)，使得第一三軸加速計(jì)的較弱感應(yīng)軸至少近似垂直于第二三軸加速計(jì)的較弱感應(yīng)軸。處理器基于來(lái)自于第一和第二三軸加速計(jì)的感應(yīng)軸輸出的組合而不使用第一和第二三軸加速計(jì)的每個(gè)的較弱感應(yīng)軸來(lái)確定沿三個(gè)正交軸的加速度。在另一個(gè)方面中，加速計(jì)布置包括第一加速計(jì)套件和第二加速計(jì)套件，每個(gè)加速計(jì)套件包括一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)軸，使得第一加速計(jì)套件和第二加速計(jì)套件共同地提供用于沿三個(gè)正交軸感應(yīng)的總計(jì)至少四個(gè)感應(yīng)軸。支撐結(jié)構(gòu)支撐第一加速計(jì)和第二加速計(jì)，使得第一加速計(jì)套件的至少一個(gè)感應(yīng)軸關(guān)于第二加速計(jì)套件的至少一個(gè)感應(yīng)軸是冗余的。處理器被配置成從總計(jì)數(shù)目的感應(yīng)軸中選擇三個(gè)感應(yīng)軸的組合以確定沿三個(gè)正交軸的加速度。在另一個(gè)實(shí)施例中，加速計(jì)布置包括第一MEMS三軸加速計(jì)和第二MEMS三軸加速計(jì)。支撐結(jié)構(gòu)支撐第一和第二三軸加速計(jì)，使得第一三軸加速計(jì)支撐在相對(duì)于支撐第二三軸加速計(jì)的第二平面形成至少近似于45度的角度的第一平面上。處理器基于來(lái)自于第一和第二三軸加速計(jì)的感應(yīng)軸輸出的組合確定沿三個(gè)正交軸的加速度。附圖說(shuō)明在所引用的附圖中示出示例性的實(shí)施例。這里所公開(kāi)的實(shí)施例和附圖旨在是示例性的而非限制性的。圖1根據(jù)使用雙三軸MEMS加速計(jì)的本公開(kāi)的發(fā)射機(jī)的圖解正面示圖。圖2是圖1的發(fā)射機(jī)的加速計(jì)布置的實(shí)施例的圖解透視圖。圖3是示出圖1的發(fā)射機(jī)的實(shí)施例的示意圖。圖4是示出圖1的發(fā)射機(jī)的操作的實(shí)施例的流程圖。圖5和6是圖1的加速計(jì)布置的實(shí)施例的圖解視圖。圖7是示出用于基于從兩個(gè)或多個(gè)加速計(jì)導(dǎo)出的感應(yīng)軸組合的優(yōu)先級(jí)表、根據(jù)本申請(qǐng)操作發(fā)射機(jī)的方法的實(shí)施例的流程圖。圖8是用于根據(jù)本公開(kāi)支撐雙加速計(jì)的另一實(shí)施例的圖解圖示的透視圖，其中在非垂直于彼此的平面上支撐加速計(jì)。發(fā)明詳述提供下面的描述以使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠做出和使用本發(fā)明，并且在專利申請(qǐng)和其要求的上下文中提供該描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易明白對(duì)于所述實(shí)施例的各種修改，并且這里所教導(dǎo)的通用原理可以應(yīng)用于其他的實(shí)施例。因此，本公開(kāi)并不旨在限于這里所示出的實(shí)施例，而是賦予與這里所述的包括修改和等同的原理和特征相一致的最寬范圍，正如所附權(quán)利要求所定義的范圍內(nèi)。注意到附圖并不是按比例的并且本質(zhì)上是以被認(rèn)為最佳的示出感興趣的特征的方式來(lái)圖解的。描述性的術(shù)語(yǔ)可以關(guān)于這些描述來(lái)使用，然而，該術(shù)語(yǔ)是以促進(jìn)讀者的理解的意圖來(lái)采用的，而非旨在是限制性的。進(jìn)一步，為了清楚說(shuō)明，附圖并不按比例繪制。現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，其中貫穿各種附圖類似的組件由類似的參考編號(hào)來(lái)指示，立即關(guān)注圖1，其是圖解性地示出發(fā)射機(jī)的實(shí)施例的正視圖，該發(fā)射機(jī)通常由參考編號(hào)10來(lái)指示，以用于水平定向鉆井系統(tǒng)。發(fā)射機(jī)10由地下工具14來(lái)支撐，例如諸如用于執(zhí)行鉆井操作的鉆具或與用于執(zhí)行拉回操作的后鉆孔工具(“back-reamingtool”)一起使用的張力監(jiān)視布置。正如將變得明顯，本公開(kāi)與任何這樣的應(yīng)用相關(guān)，該應(yīng)用令某些組件經(jīng)受機(jī)械震蕩和振動(dòng)環(huán)境。發(fā)射機(jī)10包括處理器20，其與發(fā)射機(jī)部22通信，該發(fā)射機(jī)部耦合到用于發(fā)射信號(hào)28的天線24，該信號(hào)例如諸如可以是偶極子信號(hào)的定位信號(hào)。當(dāng)發(fā)射機(jī)安裝在其中時(shí)，該發(fā)射機(jī)可以包括至少總體上與地下工具14的伸長(zhǎng)軸對(duì)準(zhǔn)的伸長(zhǎng)軸30。注意到為了清楚說(shuō)明的目的，在圖1中并未示出組件間布線，但應(yīng)該理解的是其存在。在另一實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)部10可以包括也用于接收入射的電磁信號(hào)的收發(fā)器。仍在另一實(shí)施例中，地上通信可以通過(guò)使用鉆柱(未示出)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該鉆柱作為電導(dǎo)體附接到地下工具14，如例如在美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?013/0176139所描述的，其整體內(nèi)容通過(guò)援引并入在此。應(yīng)該理解的是這里的教導(dǎo)保持適用而無(wú)論實(shí)施的特定通信路徑或多個(gè)通信路徑?？梢蕴峁┤我夂线m的傳感器組合作為發(fā)射機(jī)的一部分，例如諸如壓力傳感器32、溫度傳感器36和加速計(jì)布置40。通過(guò)處理器20從這些各種傳感器所收集的數(shù)據(jù)可以例如通過(guò)調(diào)制信號(hào)28來(lái)發(fā)送。結(jié)合圖1參考圖2，在一個(gè)實(shí)施例中，加速計(jì)布置40包括在發(fā)射機(jī)10內(nèi)所支撐的MEMS加速計(jì)布置。MEMS加速計(jì)布置包括第一MEMS三軸加速計(jì)44a和第二三軸加速計(jì)44b。注意到這些加速計(jì)可以共同地由參考編號(hào)44來(lái)指代。圖2是MEMS加速計(jì)套件40的放大圖解透視圖。第一三軸MEMS加速計(jì)44a包括正交感應(yīng)軸x1、y1和z1，而第二三軸MEMS加速計(jì)44b包括正交感應(yīng)軸x2,y2和z2。注意到軸x2和z1可以至少近似地對(duì)準(zhǔn)于或平行于伸長(zhǎng)軸30，盡管這不是所需的?？梢砸匀魏魏线m的方式來(lái)支撐三軸加速計(jì)并電連接。在本例子中，第一印刷電路板50支撐并電連接三軸MEMS加速計(jì)44a而第二印刷電路板52支撐并電連接第二三軸MEMS加速計(jì)44b。通常，相同部分編號(hào)可以用于三軸MEMS加速計(jì)二者，盡管這不需要。三軸MEMS加速計(jì)可以是便宜的、消費(fèi)級(jí)MEMS加速計(jì)，例如諸如在蜂窩電話中找到的三軸加速計(jì)。此類消費(fèi)級(jí)三軸加速計(jì)的一個(gè)非限制性例子是由飛思卡爾半導(dǎo)體所制造的MMA8451Q。在本實(shí)施例中，加速計(jì)44配置有I2C接口，使得處理器20通過(guò)從每個(gè)三軸加速計(jì)內(nèi)的特定存儲(chǔ)器進(jìn)行讀取來(lái)訪問(wèn)沿每個(gè)軸的讀數(shù)，盡管可以使用包括模擬的任意合適形式的接口。三軸MEMS加速計(jì)已經(jīng)變得可以廣泛地獲得，并且在許多情形中是市場(chǎng)中可獲得的最便宜的加速計(jì)。這些加速計(jì)已經(jīng)普遍存在于范圍從蜂窩電話到玩具的應(yīng)用中。然而，地下鉆井可以令加速計(jì)經(jīng)受更高和/或更為延長(zhǎng)的機(jī)械震蕩級(jí)別，而這些機(jī)械震蕩級(jí)別在某些環(huán)境中可能超過(guò)這些組件通常被設(shè)計(jì)的閾值。具體地，申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到三軸MEMS加速計(jì)的z軸(其可以稱為垂直軸或較弱軸)在暴露于極端的震蕩條件下時(shí)，往往比其他的軸更多的發(fā)生故障，由此限制組件的整體性能。盡管存在該限制，但在沒(méi)有更為合適的替代下，定位系統(tǒng)的制造商仍使用這些組件。這里公開(kāi)的教導(dǎo)補(bǔ)償了該限制，當(dāng)這些加速計(jì)被使用在地下鉆井應(yīng)用中或其他的極端機(jī)械震蕩的條件下時(shí)，提供了顯著的更高級(jí)別的可靠性的可能性。在圖2的透視圖中可以很好地看到，MEMS加速計(jì)44a被安裝成正交于MEMS加速計(jì)44b，使得加速計(jì)44a的z1軸至少近似地正交于加速計(jì)44b的z2軸，并且x1,y1面至少近似地正交于x2,y2面。注意到給定加速計(jì)的x和y感應(yīng)軸可以稱為面內(nèi)軸，因?yàn)檫@些軸定義了這樣的面，該面至少總體上平行于支撐三軸加速計(jì)套件的平面，而z軸可以稱為垂直軸。在一個(gè)實(shí)施例中，可以基于沿加速計(jì)44a的軸x1以及加速計(jì)44b的軸x2和y2的感應(yīng)來(lái)獲得針對(duì)于三個(gè)正交布置的軸的加速計(jì)讀數(shù)，使得使用x1加速計(jì)讀數(shù)來(lái)替代來(lái)自于加速計(jì)44b的z2讀數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以基于沿加速計(jì)44a的軸x1和y1以及沿加速計(jì)44b的軸x2的感應(yīng)來(lái)獲得加速計(jì)讀數(shù)，使得使用x2加速計(jì)讀數(shù)來(lái)替代于來(lái)自于加速計(jì)44a的z1讀數(shù)。在這些實(shí)施例的之一中，不需要來(lái)自于雙加速計(jì)的z軸的傳感器讀數(shù)。以另一種方式來(lái)陳述，兩個(gè)三軸MEMS加速計(jì)套件可以被安裝成垂直于或正交于彼此，由此允許一個(gè)套件中的垂直加速計(jì)可以由另一套件中的面內(nèi)加速計(jì)來(lái)替代。該解決方案提供了超出以標(biāo)準(zhǔn)方式來(lái)使用多個(gè)加速計(jì)(即，使用所有三個(gè)軸)的簡(jiǎn)單冗余，因?yàn)檫@仍將令設(shè)備暴露于z軸的潛在故障。通過(guò)比較，申請(qǐng)人的配置專門設(shè)計(jì)成消除這些組件中所認(rèn)識(shí)到的最薄弱環(huán)節(jié)，即z軸。參考圖3，示出發(fā)射機(jī)10的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。為了清楚的目的，類似組件的描述將不會(huì)被重復(fù)。在本實(shí)施例中，I2C接口100將三軸MEMS加速計(jì)44a和44b連接到CPU20。如果壓力傳感器32和溫度傳感器36之一是模擬傳感器，則其可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器104來(lái)接口連接至處理器20。圖4是示出總體上由參考編號(hào)200所指示的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，該方法用于根據(jù)本公開(kāi)來(lái)操作發(fā)射機(jī)10。該方法開(kāi)始于開(kāi)始204并且前進(jìn)到208，此處讀取加速計(jì)44a的軸x1。在210處，讀取加速計(jì)44b的軸x2，接著在212處，讀取加速計(jì)44b的軸y2?；谡诖_定的參數(shù)或多個(gè)參數(shù)，可以分別地，以任意合適的順序或組合來(lái)讀取各種加速計(jì)軸。作為非限制性的例子，此類的參數(shù)包括地下工具14的俯仰角(“pitch”)和翻滾角(“roll”)。在216處，加速計(jì)讀數(shù)用于執(zhí)行確定，例如諸如俯仰角和/或翻滾角方位參數(shù)。圖5和圖6是為了進(jìn)一步說(shuō)明性的目的而示出的加速計(jì)布置40的一個(gè)實(shí)施例的圖解透視圖。應(yīng)該理解的是除了使用低成本三軸MEMS加速計(jì)來(lái)提供魯棒性的加速計(jì)布置以外，通過(guò)上述的實(shí)施例來(lái)提供進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)。例如，可以關(guān)于加速計(jì)讀數(shù)來(lái)提供冗余性。參考圖2，在使用軸x1,x2和y2的實(shí)施例中，不使用加速計(jì)44a的軸y1，并且例如如果經(jīng)歷y2的故障，則使用加速計(jì)44a的軸y1來(lái)替代于加速計(jì)44b的軸y2。已經(jīng)公開(kāi)的教導(dǎo)可以輕易地被應(yīng)用于其他的實(shí)施例，而這些其他的實(shí)施例被認(rèn)為落入到本申請(qǐng)的范圍內(nèi)，只要給定的實(shí)施例實(shí)踐避免使用較弱軸。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，雙加速計(jì)布置可以包括一對(duì)雙軸加速計(jì)，使得垂直z或較弱軸并不出現(xiàn)在任一的實(shí)施例中，并且雙加速計(jì)被支撐成至少近似于垂直或正交于彼此，使得雙軸加速計(jì)之一的面內(nèi)軸用作z軸或垂直軸。在另一實(shí)施例中，三軸加速計(jì)可以與雙軸加速計(jì)配對(duì)，使得雙軸加速計(jì)的面內(nèi)軸被支撐成用于替代于三軸加速計(jì)的較弱z軸或垂直軸。仍在另一個(gè)實(shí)施例中，三軸加速計(jì)可以與單軸加速計(jì)配對(duì)，使得單軸加速計(jì)被支撐于用于替代于三軸加速計(jì)的較弱z軸或垂直軸。仍在另一個(gè)實(shí)施例中，具有一對(duì)面內(nèi)加速計(jì)的雙軸加速計(jì)可以與單軸加速計(jì)配對(duì)，使得單軸加速計(jì)被布置成至少近似垂直或正交于雙軸加速計(jì)的面內(nèi)加速計(jì)。盡管上述的教導(dǎo)整體上提供了更為堅(jiān)韌的加速計(jì)套件，另外的魯棒性可以從兩個(gè)三軸套件獲得，正如下面即將描述到的。應(yīng)該理解的是兩個(gè)三軸套件可以提供加速計(jì)的八種組合，其可以用作單個(gè)三軸加速計(jì)，其中兩個(gè)加速計(jì)可以用于每個(gè)笛卡爾方向。表1列出根據(jù)圖2中示出的加速計(jì)軸的組合。注意到的是在圖2中示出一組主坐標(biāo)軸X,Y,Z，使得表1的最后列針對(duì)于給定組合的每個(gè)感應(yīng)軸指示與相應(yīng)的主坐標(biāo)軸關(guān)聯(lián)的符號(hào)。表1雙三軸加速計(jì)的可用組合*＝增強(qiáng)的可靠性如表1中的星號(hào)所指示的，存在兩種組合1和4，其通過(guò)消除在兩個(gè)加速計(jì)套件中對(duì)垂直加速計(jì)的所有使用來(lái)提供最堅(jiān)韌的布置。對(duì)于組合1、2、4和8，指示為的俯仰角如下給出：對(duì)于組合1和5，指示為β的翻滾角通過(guò)例子如下給出：對(duì)于組合2和6，翻滾角通過(guò)例子如下給出：申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到表1中的每個(gè)組合的適當(dāng)功能性可以通過(guò)針對(duì)每種組合對(duì)三個(gè)加速度的平方進(jìn)行求和來(lái)驗(yàn)證。和應(yīng)該等于重力加速度g的平方。通常使用變量a,b,和c來(lái)表示針對(duì)于每種組合的三個(gè)加速計(jì)讀數(shù)：g2＝a2+b2+c2等式(4)在實(shí)際應(yīng)用中，可以對(duì)等式4的平方的和施加范圍限制，以考慮加速計(jì)的精確性和其他的測(cè)量誤差，使得與等式4的具體和相關(guān)聯(lián)的加速計(jì)可以被認(rèn)為正確地操作，只要和落入在和之間。作為非限制性的例子，對(duì)于和的合適值至少分別近似于0.958g2和1.05g2，或從1g開(kāi)始的+/-5％變化。在一個(gè)實(shí)施例中，加速計(jì)組合的排序列表可以用于確定使用哪種加速計(jì)組合，該排序列表令位于列表頂部的最為可靠的組合作為優(yōu)選項(xiàng)。表2代表此類的排序列表的一個(gè)實(shí)施例，其中描述了來(lái)自于表1的組合編號(hào)。表2用于雙三軸加速計(jì)的優(yōu)先級(jí)表優(yōu)先級(jí)順序組合編號(hào)組合的軸11*x2,y2,x124*x2,y1,x132x2,y1,z243z1,y2,z255z1,y2,x166z1,y1,z277z1,y1,x188x2,y2,z2*＝增強(qiáng)的可靠性應(yīng)該理解的是例如表2的優(yōu)先級(jí)表的使用并不需要使用具有較弱軸的一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)。可以根據(jù)涉及可靠性的任意類型的考慮來(lái)做出優(yōu)先級(jí)分配。作為非限制性的例子，此類的考慮可以從物理安裝、支持的電連接、環(huán)境暴露和歷史的可靠性來(lái)導(dǎo)出。在一些實(shí)施例中，即使當(dāng)加速計(jì)軸組合被認(rèn)為都至少總體上展示出相同的可靠性，也可以使用優(yōu)先級(jí)表，以便提供在此之前未看到的整體優(yōu)先級(jí)水平。參見(jiàn)圖7，示出基于例如表2的優(yōu)先級(jí)表操作發(fā)射機(jī)10的方法的實(shí)施例，總體上由參考編號(hào)200來(lái)指示。方法200開(kāi)始于開(kāi)始204，例如，當(dāng)發(fā)射機(jī)和加速計(jì)首先被打開(kāi)并且前進(jìn)到208。該后一步驟將每個(gè)優(yōu)先級(jí)計(jì)數(shù)器和循環(huán)計(jì)數(shù)器設(shè)置為值1。循環(huán)計(jì)數(shù)器的目的將在下文的合適點(diǎn)處被公開(kāi)。在210處，產(chǎn)生表2中的針對(duì)于加速計(jì)的第一或最高級(jí)組合的加速計(jì)的平方的和。在214處，針對(duì)于gmin2和gmax2來(lái)測(cè)試平方值的和，并且如果值在范圍內(nèi)，則操作被選路至218處，使得加速計(jì)的當(dāng)前組合被用于常規(guī)操作。在常規(guī)操作期間，可以針對(duì)于故障在220處周期性地監(jiān)測(cè)和/或測(cè)試選擇的加速計(jì)組合，例如，基于等式4和/或任意合適的因子。如果檢測(cè)到?jīng)]有故障，則在224處重新開(kāi)始常規(guī)操作。如果在220處檢測(cè)到加速計(jì)故障，則操作返回到208處，使得重新開(kāi)始過(guò)程。返回到214的討論，如果平方的和在范圍之外，操作前進(jìn)到230處，其中將優(yōu)先級(jí)順序計(jì)數(shù)器的值增加1。在234處，針對(duì)于表2中總共數(shù)目的可用加速計(jì)組合來(lái)測(cè)試優(yōu)先級(jí)順序計(jì)數(shù)器的值。如果優(yōu)先級(jí)順序計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值并沒(méi)有超過(guò)可用組合的總數(shù)目，則操作返回到210處并且從其前進(jìn)。否則，操作前進(jìn)到238處，其中針對(duì)循環(huán)計(jì)數(shù)限度來(lái)測(cè)試循環(huán)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。循環(huán)計(jì)數(shù)器的目的涉及MEMS加速計(jì)由于靜態(tài)電荷力而變?yōu)榕R時(shí)被卡住的潛在性。相應(yīng)地，不必基于到達(dá)優(yōu)先級(jí)表列表的底部來(lái)停止加速計(jì)選擇過(guò)程。相反，在宣布加速計(jì)套件不可用前，優(yōu)先級(jí)表列表可以被重復(fù)循環(huán)通過(guò)若干次，或選擇過(guò)程可以無(wú)限次地連續(xù)進(jìn)行以期待加速計(jì)變得可工作。作為循環(huán)架構(gòu)的一部分，應(yīng)該理解的是可以例如基于由步驟220的檢測(cè)來(lái)測(cè)試或重新測(cè)試感應(yīng)軸的每個(gè)可用組合，包括在第一實(shí)例中調(diào)用測(cè)試過(guò)程的組合。通過(guò)這種方式，隨后變得可操作的先前故障的組合可以被置入服務(wù)中。注意到的是測(cè)試步驟238和循環(huán)架構(gòu)并不是必需的。在不使用循環(huán)計(jì)數(shù)的實(shí)施例中，步驟214可以在每次進(jìn)入該步驟時(shí)通知操作員加速計(jì)測(cè)試正在執(zhí)行。如果在238處不超過(guò)循環(huán)計(jì)數(shù)，則操作前進(jìn)到240處，其增加循環(huán)計(jì)數(shù)并且將優(yōu)先級(jí)順序計(jì)數(shù)器設(shè)置為1。操作接著返回到210處并且從其前進(jìn)。另一方面，如果238確定循環(huán)計(jì)數(shù)超過(guò)循環(huán)計(jì)數(shù)限度(其例如通過(guò)制造商來(lái)建立)，則可以在244處向操作員發(fā)布警告。上述的方法和相關(guān)的設(shè)備可以與附加的加速計(jì)套件一起使用，該附加的加速計(jì)套件具有任意數(shù)目的感應(yīng)軸和/或單個(gè)的感應(yīng)軸，以便甚至具有更多的冗余性。進(jìn)一步，圖4和7的過(guò)程并不限于三軸加速計(jì)套件并且不需要加速計(jì)套件來(lái)彼此垂直地安裝，只要可以從選擇的加速計(jì)求解出三個(gè)笛卡爾加速度方向，正如下面即將詳細(xì)描述地?，F(xiàn)在關(guān)注于圖8，其是根據(jù)本公開(kāi)支撐雙加速計(jì)的另一實(shí)施例的圖解透視圖。注意到的是獨(dú)立于物理封裝來(lái)示出加速計(jì)軸，并且使用來(lái)自于圖1和圖2的參考名稱來(lái)指示軸。為了簡(jiǎn)化圖解，第一電路板50和第二電路板52被示為平面，而加速計(jì)44a和44b被認(rèn)為位于它們各自的坐標(biāo)軸的原點(diǎn)。在本實(shí)施例中，第二電路板52以相對(duì)于第一電路板52的銳角β而被支撐。角度β可以具有任意合適的值。在一個(gè)實(shí)施例中，β可以是至少近似45°。如圖1中可以看到，x2軸可以至少近似對(duì)準(zhǔn)或平行于發(fā)射機(jī)的伸長(zhǎng)軸，盡管這并不是必需的。圖1中的加速計(jì)44a的面內(nèi)軸x1和y1保持至少近似平行于第一電路板50，但已經(jīng)旋轉(zhuǎn)一定的角度。z1軸至少近似正交于電路板50的平面。在本實(shí)施例中，角度α至少近似等于45°。在其他的實(shí)施例中，對(duì)于α可以使用任意合適的角度。例如，α可以處于從20°到160°的范圍內(nèi)，其將允許對(duì)于感興趣的軸上的足夠投射。仍參考圖8，應(yīng)該理解的是角度α和β可以在制造的時(shí)候確定和/或基于執(zhí)行的校準(zhǔn)過(guò)程來(lái)確定，例如當(dāng)發(fā)射機(jī)和加速計(jì)布置被支撐在已知的物理位置。校準(zhǔn)過(guò)程可以基于可以參考于發(fā)射機(jī)的機(jī)殼的三個(gè)正交軸來(lái)在六個(gè)基本方位上定位發(fā)射機(jī)。這些基本方位可以對(duì)應(yīng)于0°、90°、180°和270°的翻滾角位置，而一個(gè)俯仰角為0°，以及多個(gè)俯仰角為+/-90°。通過(guò)這種方式，可以確定角度α和β以及軸x2相對(duì)于發(fā)射機(jī)的伸長(zhǎng)軸的任意角度變化。每個(gè)軸的方位可以以公知的方式來(lái)表征，例如基于使用發(fā)射機(jī)伸長(zhǎng)軸和0翻滾角方位作為參考的歐拉角度。基于針對(duì)角度α和β所描述的值，加速計(jì)44a的每個(gè)軸相對(duì)于加速計(jì)44b的每個(gè)軸傾斜或展示出一定的角度偏移。正如將看到的，圖8中所繪出的加速計(jì)布置以及其變形提供顯著數(shù)目的軸的組合以及靈活性，以便測(cè)量翻滾角方位和俯仰角方位。表3提出根據(jù)圖8的實(shí)施例的、可以用于翻滾角和俯仰角方位的軸的組合。注意到對(duì)于每種組合，兩個(gè)軸用于檢測(cè)翻滾角方位而一個(gè)不同的軸用于檢測(cè)俯仰角方位。對(duì)于特定的組合，用于檢測(cè)翻滾角方位的軸使用R來(lái)標(biāo)記而用于檢測(cè)俯仰角方位的軸被標(biāo)記為“P”。如表的最后一列所列出的，當(dāng)用于俯仰角測(cè)量的軸相對(duì)于軸x2傾斜時(shí)，俯仰角測(cè)量可以對(duì)于角度β或角度α和β敏感，這里為了本例子的目的而假設(shè)軸x2平行于發(fā)射機(jī)的伸長(zhǎng)軸。由于假設(shè)軸x2平行于伸長(zhǎng)軸，相對(duì)于使用x2的俯仰角測(cè)量，沒(méi)有展示出那樣的敏感性(在表中指示為“N/A”)。表3針對(duì)俯仰角和翻滾角的加速計(jì)軸組合翻滾角組合x(chóng)1y1z1x2y2z2俯仰角敏感性正比于：1aPRRN/A1bPRRsinβ1cPRRcosβ,sinα1dPRRcosβ,cosα2aRPRN/A2bRPRcosβ,cosα2cRPRsinβ3aRPRN/A3bRPRsinβ4aRPRN/A4bRPRcosβ,cosα4cRPRsinβ5aRPRN/A5bRPRsinβ5cPRRcosβ,sinα相應(yīng)地，十五種不同的組合是可用的。應(yīng)該理解的是這些組合可以被優(yōu)先級(jí)排序。例如，依賴于z1或z2的組合可以比不依賴于這些軸的組合分配有相對(duì)更低的優(yōu)先級(jí)。依賴于z1和z2的組合仍可以被分配較低的優(yōu)先級(jí)。申請(qǐng)人認(rèn)為表1中范圍廣的一系列軸組合可以提供對(duì)于一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)軸就俯仰角和翻滾角測(cè)量而言故障的顯著免疫。注意到的是表3中給出的15個(gè)組合中的14個(gè)組合使用來(lái)自兩個(gè)三軸加速計(jì)的輸出。仍參考圖8，可以使用利用每個(gè)加速計(jì)的所有三個(gè)軸的附加組合。在這些實(shí)施例中，由加速計(jì)44a或44b任意一個(gè)所做出的正交x、y和z加速計(jì)測(cè)量被求解在發(fā)射機(jī)的參考軸上，例如，至發(fā)射機(jī)的伸長(zhǎng)軸和對(duì)應(yīng)于零翻滾角方位的軸上。在圖8的例子中，發(fā)射機(jī)伸長(zhǎng)軸被附加地標(biāo)記為Gx并且在假設(shè)x2至少近似平行于伸長(zhǎng)軸的情況下對(duì)應(yīng)于軸x2。翻滾角方位參考軸Gy對(duì)應(yīng)于軸y2，假設(shè)發(fā)射機(jī)定位在零度的翻滾角參考位置，并且參考軸Gz正交于Gx和Gy。在獲得這些值的情況下并且在一個(gè)實(shí)施例中，可以基于下式來(lái)確定翻滾角方位：Roll＝atan2(Gy，Gz)等式(5)應(yīng)該理解的是函數(shù)atan2是反正切函數(shù)，其具有兩個(gè)參量并且對(duì)于確定的翻滾角返回合適的象限。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以基于下式來(lái)確定翻滾角方位相應(yīng)地，就確定翻滾角方位的能力而言，可以基于等式5和6來(lái)提供甚至更多的靈活性。為了說(shuō)明性和描述性的目的而提供本發(fā)明的上述描述。本意并非是窮舉性的或?qū)⒈景l(fā)明限于這里所公開(kāi)的精確形式或多個(gè)精確形式，并且鑒于上述的教導(dǎo)，其他的修改和變化也是可以的。相應(yīng)地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到上述所公開(kāi)的實(shí)施例的某些修改、排列、增加和子組合。優(yōu)選地包括這里所描述的所有單元、部件和步驟。將要理解的是這些單元、部件和步驟的任意可以由其他的單元、部件和步驟來(lái)代替，或一起被刪除，正如它們對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是明顯的。概括地說(shuō)，本書(shū)面文件公開(kāi)至少下面的內(nèi)容：描述一種用于確定地下工具的加速度的加速計(jì)布置和方法。支撐第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)，使得第一三軸加速計(jì)的垂直感應(yīng)軸至少總體上正交于第二三軸加速計(jì)的正交感應(yīng)軸，以用于基于來(lái)自于第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)之一或二者的感應(yīng)軸輸出的組合來(lái)確定沿三個(gè)正交軸的加速度。一個(gè)三軸加速計(jì)的較弱感應(yīng)軸可以被支撐成至少近似垂直于另一三軸加速計(jì)的較弱感應(yīng)軸，使得不使用較弱軸?？梢灾稳S加速計(jì)使得一個(gè)加速計(jì)的一個(gè)軸關(guān)于另一加速計(jì)的另一軸是冗余的。一個(gè)三軸加速計(jì)可以被安裝在相對(duì)于另一三軸加速計(jì)的傾斜面上。該書(shū)面文件也提出至少下面的概念。概念1.一種加速計(jì)布置，用于在將所述加速計(jì)暴露于機(jī)械震蕩和振動(dòng)環(huán)境的地下操作期間，確定地下工具沿三個(gè)正交軸的加速度，所述加速計(jì)布置包括：第一MEMS三軸加速計(jì)和第二MEMS三軸加速計(jì)，每個(gè)三軸加速計(jì)包括一組三個(gè)正交布置的加速計(jì)感應(yīng)軸，其包括一對(duì)面內(nèi)感應(yīng)軸和垂直感應(yīng)軸，使得所述垂直感應(yīng)軸在響應(yīng)于所述機(jī)械震蕩和振動(dòng)環(huán)境時(shí)比所述面內(nèi)感應(yīng)軸經(jīng)受更高的故障率；支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐所述第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)，使得所述第一三軸加速計(jì)的所述垂直感應(yīng)軸至少總體上正交于所述第二三軸加速計(jì)的所述垂直感應(yīng)軸；以及處理器，用于基于來(lái)自于所述第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)之一或二者的感應(yīng)軸輸出的組合來(lái)確定沿所述三個(gè)正交軸的所述加速度。概念2.根據(jù)概念1的所述加速計(jì)布置，其中所述處理器在確定沿所述三個(gè)正交軸的所述加速度時(shí)不需要使用第一三軸加速計(jì)和所述第二三軸加速計(jì)的每個(gè)的所述垂直感應(yīng)軸。概念3.根據(jù)概念1或2的所述加速計(jì)布置，其支撐于由所述地下工具所攜帶的發(fā)射機(jī)內(nèi)。概念4.根據(jù)概念3所述的加速計(jì)布置，其中所述發(fā)射機(jī)包括伸長(zhǎng)軸，并且其中所述第一三軸加速計(jì)的一個(gè)感應(yīng)軸和所述第二三軸加速計(jì)的另一感應(yīng)軸至少總體上平行于所述伸長(zhǎng)軸。概念5.根據(jù)概念3或4所述的加速計(jì)布置，其中所述第一三軸加速計(jì)和所述第二三軸加速計(jì)的至少一個(gè)面內(nèi)感應(yīng)軸被布置成感應(yīng)所述發(fā)射機(jī)的俯仰角方位。概念6.根據(jù)概念3-5所述的加速計(jì)布置，其中所述第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)之一的一對(duì)面內(nèi)感應(yīng)軸被支撐，以用于檢測(cè)所述發(fā)射機(jī)的翻滾角方位。概念7.根據(jù)概念1-6所述的加速計(jì)布置，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括支撐所述第一三軸加速計(jì)的第一印刷電路板和支撐所述第二三軸加速計(jì)的第二印刷電路板。概念8.根據(jù)概念7所述的加速計(jì)布置，其中所述第二印刷電路板由至少總體上與其正交的第一印刷電路板所支撐。概念9.根據(jù)概念1-8所述的加速計(jì)布置，其中所述處理器被配置成基于優(yōu)先級(jí)表來(lái)選擇感應(yīng)軸輸出的組合。概念10.根據(jù)概念9所述的加速計(jì)布置，其中所述第一三軸加速計(jì)和所述第二三軸加速計(jì)提供一組感應(yīng)軸組合，并且根據(jù)所述一組感應(yīng)軸組合中的至少一些組合的可靠性來(lái)設(shè)置所述優(yōu)先級(jí)表。概念11.根據(jù)概念10所述的加速計(jì)布置，其中第一組合和第二組合被分配為所述優(yōu)先級(jí)表中的第一優(yōu)先級(jí)和第二優(yōu)先級(jí)，并且所述第一組合和第二組合中的每個(gè)排除所述第一三軸加速計(jì)和所述第二三軸加速計(jì)的所述垂直感應(yīng)軸。概念12.根據(jù)概念9-11的所述加速計(jì)布置，其中所述處理器被配置成檢測(cè)所述組合中的一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)軸的故障，并且響應(yīng)于此，循環(huán)通過(guò)所述優(yōu)先級(jí)表以從所述一組感應(yīng)軸組合中找到可用的所述感應(yīng)軸組合。概念13.根據(jù)概念12所述的加速計(jì)布置，其中所述處理器被配置成循環(huán)通過(guò)優(yōu)先級(jí)表多次。概念14.根據(jù)概念13所述的加速計(jì)布置，其中所述處理器被配置成響應(yīng)于循環(huán)通過(guò)所述優(yōu)先級(jí)表所述多次而沒(méi)有識(shí)別可用組合時(shí)發(fā)布警告。概念15.根據(jù)概念12-14所述的加速計(jì)布置，其中感應(yīng)軸輸出的上述組合被標(biāo)識(shí)為故障的組合，并且作為循環(huán)通過(guò)所述優(yōu)先級(jí)表的一部分來(lái)重新測(cè)試所述故障的組合以找到所述可用的組合。概念16.根據(jù)概念15所述的加速計(jì)布置，其中所述處理器被配置成響應(yīng)于檢測(cè)所述故障的組合已經(jīng)變?yōu)榭晒ぷ?，將所述故障的組合置入服務(wù)。概念17.根據(jù)概念12-16所述的加速計(jì)布置，其中所述處理器基于針對(duì)于感應(yīng)軸的組合的一組三個(gè)輸出的平方和來(lái)檢測(cè)所述故障。概念18.一種用于在將所述加速計(jì)暴露于機(jī)械震蕩和振動(dòng)環(huán)境的地下操作期間，確定地下工具沿三個(gè)正交軸的加速度的方法，所述方法包括：支撐第一MEMS三軸加速計(jì)和第二MEMS三軸加速計(jì)以將第一三軸加速計(jì)的垂直感應(yīng)軸布置成至少總體上正交于所述第二三軸加速計(jì)的垂直感應(yīng)軸，每個(gè)三軸加速計(jì)包括一組三個(gè)正交布置的加速計(jì)感應(yīng)軸，其包括一對(duì)面內(nèi)感應(yīng)軸和垂直感應(yīng)軸，使得所述垂直感應(yīng)軸在響應(yīng)于所述機(jī)械震蕩和振動(dòng)環(huán)境時(shí)比所述面內(nèi)感應(yīng)軸經(jīng)受更高的故障率；以及用于基于來(lái)自于所述第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)之一或二者的感應(yīng)軸輸出的組合來(lái)確定沿所述三個(gè)正交軸的所述加速度。概念19.一種加速計(jì)布置，用于在將所述加速計(jì)布置暴露于機(jī)械震蕩和振動(dòng)環(huán)境的地下操作期間，確定地下工具沿三個(gè)正交軸的加速度，所述加速計(jì)布置包括：第一MEMS三軸加速計(jì)和第二MEMS三軸加速計(jì)，每個(gè)三軸加速計(jì)包括較弱感應(yīng)軸，所述較弱感應(yīng)軸比兩個(gè)另外感應(yīng)軸更易受所述機(jī)械震蕩和振動(dòng)環(huán)境的影響；支撐結(jié)構(gòu)，用于支持所述第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)，使得所述第一三軸加速計(jì)的所述較弱感應(yīng)軸至少總體上垂直于所述第二三軸加速計(jì)的所述較弱感應(yīng)軸；以及處理器，用于基于來(lái)自于所述第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)之一或二者的感應(yīng)軸輸出的組合來(lái)確定沿所述三個(gè)正交軸的所述加速度而不使用第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)的每個(gè)的較弱感應(yīng)軸。概念20.一種用于在地下操作期間確定地下工具沿三個(gè)正交軸的加速度的加速計(jì)布置，所述加速計(jì)布置包括：第一加速計(jì)套件和第二加速計(jì)套件，每個(gè)加速計(jì)套件包括一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)軸，使得所述第一加速計(jì)套件和所述第二加速計(jì)套件共同地提供用于感應(yīng)沿所述三個(gè)正交軸的總計(jì)至少四個(gè)感應(yīng)軸；支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐所述第一加速計(jì)和第二加速計(jì)使得所述第一加速計(jì)套件的至少一個(gè)感應(yīng)軸關(guān)于所述第二加速計(jì)套件的至少一個(gè)感應(yīng)軸是冗余的；以及處理器，其配置成從總數(shù)目的感應(yīng)軸選擇三個(gè)感應(yīng)軸的組合，用于確定沿所述三個(gè)正交軸的所述加速度。概念21.根據(jù)概念20所述的加速計(jì)布置，其中所述第一加速計(jì)套件和所述第二加速計(jì)套件的至少一個(gè)包括一個(gè)感應(yīng)軸，其比所述加速計(jì)套件的另一個(gè)感應(yīng)軸較弱在于其更易于受機(jī)械震蕩和振動(dòng)的影響，并且所述處理器選擇所述組合而不需要使用較弱感應(yīng)軸來(lái)確定所述加速度。概念22.根據(jù)概念20或21所述的加速計(jì)布置，其中所述處理器被配置成基于優(yōu)先級(jí)表來(lái)選擇感應(yīng)軸輸出的所述組合。概念23.根據(jù)概念22所述的加速計(jì)布置，其中所述第一加速計(jì)和所述第二加速計(jì)基于總數(shù)目的感應(yīng)軸來(lái)提供一組感應(yīng)軸組合，并且根據(jù)所述一組感應(yīng)軸組合中的至少一些組合的可靠性來(lái)設(shè)置優(yōu)先級(jí)表。概念24.根據(jù)概念20-23所述的加速計(jì)布置，其中所述處理器被配置成檢測(cè)所述組合中的一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)軸的故障，并且響應(yīng)于此，選擇所述感應(yīng)軸的不同組合。概念25.根據(jù)概念24所述的加速計(jì)布置，其中所述處理器基于針對(duì)于感應(yīng)軸的組合的一組三個(gè)輸出的平方和來(lái)檢測(cè)所述故障。概念26.一種加速計(jì)布置，用于在將所述加速計(jì)暴露于機(jī)械震蕩和振動(dòng)環(huán)境的地下操作期間，確定地下工具沿三個(gè)正交軸的加速度，所述加速計(jì)布置包括：第一MEMS三軸加速計(jì)和第二MEMS三軸加速計(jì)；支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐所述第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)，使得所述第一三軸加速計(jì)支撐在相對(duì)于支撐第二三軸加速計(jì)的第二平面形成至少近似于45度的角度的第一平面上；以及處理器，其用于基于來(lái)自于第一三軸加速計(jì)和第二三軸加速計(jì)的感應(yīng)軸輸出的組合確定沿三個(gè)正交軸的加速度。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3