專利名稱：一種水平導向鉆隨鉆探測預警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及發(fā)一種探測預警裝置，特別涉及一種用于水平導向鉆的隨鉆探測預警裝置。
背景技術(shù)：
水平導向鉆是一種應(yīng)用于城市市政建設(shè)中的非開挖施工設(shè)備，由于其施工過程位于地下，不能直接觀察到，所以必須事先準確了解現(xiàn)有地下管線的準確分布，否則很容易破壞地下現(xiàn)有管線，帶來施工事故。目前， 一般采用地面工作的物探設(shè)備來探測地下管線的分布情況，如探地雷達、地下管線探測儀等。但由于探測原理的限制，在地下水豐富、管線分布復雜的場合，會存在一定的探測盲區(qū)。另外，地面探測設(shè)備的探測過程與水平導向的施工過程分別進行，所以在使用水平導向鉆進行施工時，不能在施工過程出現(xiàn)危險時給鉆機操作人員及時報警，從而無法及時采取適當?shù)拇胧?，避免事故發(fā)生。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種在水平導向鉆施工過程中邊施工邊探測的探測預警裝置，可以實時探測施工軌跡附近現(xiàn)存的地下管線，從而當施工出現(xiàn)危險時，可以及時向操作人員告警。
為達到上述目的本實用新型提供了一種用于水平導向鉆的隨鉆探測預警裝置，包括地下隨鉆探測裝置和地面數(shù)據(jù)處理裝置，兩裝置通過兩芯通訊電纜連接。其中，地下隨鉆探測裝置安裝于水平導向鉆鉆桿與回括器或?qū)虬逯g，其探頭隨水平導向鉆鉆桿轉(zhuǎn)動，可以在施工中對施工軌跡周圍的環(huán)境情況進行隨鉆探測。
所述的地下隨鉆探測裝置由兩個艙段組成，包括探頭艙和隨鉆探測電路
艙。探頭艙和隨鉆探測電路艙之間通過12芯航空插頭進行電氣連接，通過螺紋和密封圈進行機械連接。在所述的探頭艙的艙體上安裝有聲波發(fā)射探頭以及兩個接收探頭，艙內(nèi)安裝有電池組。所述的兩個接收探頭位于發(fā)射探頭的同一側(cè)。所述的聲波發(fā)射探頭連接探頭艙外的發(fā)射耦合模塊。
隨鉆探測電路艙安裝地下隨鉆探測單元電路板，并固定在隨鉆探測電路艙上，使電路板上的大功率元件可以通過艙體散熱，保證其正常工作。
所述的地下隨鉆探測單元采用主動聲波探測技術(shù)進行探測，其包括控制
器MPU (微處理器)，連接控制器MPU輸入端的探測信號采集模塊以及分別連接控制器MPU輸出端的控制邏輯電路FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)、聲波信號激發(fā)模塊、電源管理模塊和高速數(shù)據(jù)傳輸模塊。
其中，聲波信號激發(fā)模塊包括輸入端分別連接控制器和控制邏輯電路的D/A (數(shù)模)轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端連接信號隔離與功率放大模塊，信號隔離與功率放大模塊的輸出端連接聲波發(fā)射探頭。
探測信號采集模塊包括連接兩個聲波接收探頭的信號調(diào)理電路以及連接調(diào)理電路輸出的A/D (模數(shù))轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器同時連接控制邏輯電路的輸出端并連接輸出端到控制器。
控制邏輯電路的輸入端連接控制器，輸出端分別連接聲波信號激發(fā)模塊的D/A轉(zhuǎn)換器以及探測信號采集模塊的A/D轉(zhuǎn)換器。
電源管理模塊主要完成電源變化、系統(tǒng)自啟動和節(jié)點管理功能，包括振動開關(guān)、觸發(fā)電路、清零電路、功率放大電路、繼電器、電池組和直流-直流電源變換集成模塊。
高速數(shù)據(jù)傳輸電路直接由地下隨鉆探測單元的控制器MPU控制，并輸出一路差分信號對接兩芯通訊電纜。
所述的地面數(shù)據(jù)處理裝置包括便攜式電腦和高速數(shù)據(jù)傳輸電路，兩者通過USB總線相連，高速數(shù)據(jù)傳輸電路的另一端通過所述的兩芯通訊電纜連接地下隨鉆探測裝置。
本實用新型的優(yōu)點在于通過一小型化的探測設(shè)備，將水平導向鉆的施工工藝和探測工藝緊密結(jié)合，實現(xiàn)隨鉆探測，可有效地在施工過程中探測施工路線附近存在的管線，從而避免施工事故的發(fā)生。


5圖1為本實用新型的的構(gòu)成示意圖。
圖2A及2B為本實用新型的地下隨鉆探測裝置的安裝位置示意圖。圖3為本實用新型的地下隨鉆探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型的地下隨鉆探測單元邏輯框圖。圖5為本實用新型的地面數(shù)據(jù)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖1 圖5，介紹本實用新型的較佳實施方式。
如圖l所示，本實用新型所述的用于水平導向鉆的隨鉆探測預警裝置，
包括地下隨鉆探測裝置101和地面數(shù)據(jù)處理裝置102，兩裝置通過兩芯通訊
電纜103連接。
如圖2A-2B所示，地下隨鉆探測裝置101安裝于水平導向鉆鉆桿201與
回括器202或鉆桿201與導向板203之間。
如圖3所示，地下隨鉆探測裝置101由兩個艙段組成，包括探頭艙310
和隨鉆探測電路艙320。探頭艙310和隨鉆探測電路艙320之間通過12芯航
空插頭進行電氣連接，通過螺紋和密封圈進行機械連接。
其中探頭艙310的艙體上安裝有稀土鋱鏑鐵大磁致伸縮材料聲波發(fā)射探
頭311以及兩個GYH-2型接收探頭312，艙內(nèi)安裝有電池組313。所述的兩個接收探頭312位于聲波發(fā)射探頭311的同一側(cè)。所述的聲波發(fā)射探頭311連接探頭艙外的發(fā)射耦合模塊314。隨鉆探測電路艙320安裝地下隨鉆探測單元321電路板，并固定在隨鉆
探測電路艙320上，使電路板上的大功率元件可以通過艙體散熱，保證其正
常工作。
如圖4所示，所述的地下隨鉆探測單元321采用主動聲波探測技術(shù)進行探測，包括控制器MPU410 (C8051F047)，連接控制器MPU 410輸入端的探測信號采集模塊440以及分別連接控制器MPU 410輸出端的控制邏輯電路420 (XC3S1500)、聲波信號激發(fā)模塊430、電源管理模塊450和高速數(shù)據(jù)傳輸模塊460。
其中，聲波信號激發(fā)模塊430包括輸入端分別連接控制器MPU 410和控制邏輯電路420的12位D/A轉(zhuǎn)換器431 (LTC2631), D/A轉(zhuǎn)換器431的輸出端連接信號隔離與功率放大模塊432，信號隔離與功率放大模塊432的輸 出端連接稀土鋱鏑鐵大磁致伸縮材料聲波發(fā)射探頭311。聲波信號激發(fā)模塊 430用以根據(jù)地面數(shù)據(jù)處理裝置102的發(fā)出的信號和指令發(fā)射聲波探測信號。 所述的D/A轉(zhuǎn)換器431用來將控制器MPU 410輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為 模擬信號，信號隔離與功率放大模塊432用來對D/A轉(zhuǎn)換器431輸出的模擬 信號進行隔離放大，降低對控制器MPU 410和D/A轉(zhuǎn)換器431等電路的干 擾，以驅(qū)動聲波發(fā)射探頭311發(fā)出高強度的聲波信號；所述的聲波發(fā)射探頭 311用來將控制器MPU 410發(fā)出的經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換并隔離放大后電信號轉(zhuǎn)換為 聲波信號。
探測信號采集模塊440包括連接兩個GYH-2型接收探頭312的信號調(diào)理 電路441以及連接信號調(diào)理電路441輸出的12位A/D轉(zhuǎn)換器442(AD574)， A/D轉(zhuǎn)換器442同時連接控制邏輯電路420的輸出端，并連接A/D轉(zhuǎn)換器442 的輸出端到控制器MPU410。探測信號采集模塊440用以接收聲波信號，經(jīng) 調(diào)理電路441去直、濾波，以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器442的采樣后傳輸給控制器MPU 410。
所述的接收探頭312用來將土體中傳播的聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號，以便 后續(xù)處理；所述的信號調(diào)理電路441用來對接收探頭312接收到的聲波信號 進行濾波和放大，將信號電平調(diào)整在A/D轉(zhuǎn)換器442對應(yīng)的電壓范圍，該 A/D轉(zhuǎn)換器442對接收到的聲波信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以滿足后續(xù)電路處理的 要求。
控制邏輯電路420的輸入端連接控制器MPU 410，輸出端分別連接聲波 信號激發(fā)模塊430的D/A轉(zhuǎn)換器431以及探測信號采集模塊440的A/D轉(zhuǎn)換 器442。
電源管理模塊450主要完成電源變化、系統(tǒng)自啟動和節(jié)點管理功能，包 括振動開關(guān)、觸發(fā)電路、清零電路、功率放大電路、繼電器、電池組和直流-直流電源變換集成模塊。
高速數(shù)據(jù)傳輸電路460直接由地下隨鉆探測單元321的控制器MPU410 控制，并輸出一路差分信號對接兩芯通訊電纜103。高速數(shù)據(jù)傳輸電路460 用于主控制器MPU410于兩芯通訊電纜103之間的信號傳輸。
如圖5所示所述的地面數(shù)據(jù)處理裝置包括便攜式電腦501和高速數(shù)據(jù)傳輸電路502，兩者通過USB總線503相連，高速數(shù)據(jù)傳輸電路502的另一 端通過所述的兩芯通訊電纜103連接地下隨鉆探測裝置101。
所述的便攜式電腦501完成地下探測數(shù)據(jù)的解算、地下系統(tǒng)的探測控制 和水平導向鉆施工軌跡的解算；所述的高速數(shù)據(jù)傳輸電路502用于提供便攜 式電腦501與兩芯通訊電纜103之間的信號傳輸。
權(quán)利要求1.一種水平導向鉆的隨鉆探測預警裝置，包括地下隨鉆探測裝置(101)和地面數(shù)據(jù)處理裝置(102)，二者通過兩芯通訊電纜(103)連接，其特征在于地下隨鉆探測裝置(101)安裝于水平導向鉆鉆桿(201)與回括器(202)或水平導向鉆鉆桿(201)與導向板(203)之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的隨鉆探測預警裝置，其特征在于所述的地下隨 鉆探測裝置(101)由兩個艙段組成，分別為探頭艙(310)以及隨鉆 探測電路艙(320)，兩個艙之間通過航空插頭進行電氣連接，通過螺 紋和密封圈進行機械連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的隨鉆探測預警裝置，其特征在于所述的隨鉆探 測電路艙(320)內(nèi)固定有地下隨鉆探測單元(321)電路板。
4. 如權(quán)利要求3所述的隨鉆探測預警裝置，其特征在于所述的地下隨 鉆探測單元(321)包括控制器(410)，連接控制器(410)輸入端的 探測信號采集模塊(440)以及分別連接控制器(410)輸出端的控制 邏輯電路(420)、聲波信號激發(fā)模塊(430)、電源管理模塊(450)和 高速數(shù)據(jù)傳輸模塊(460)。
5. 如權(quán)利要求4所述的隨鉆探測預警裝置，其特征在于所述的聲波信 號激發(fā)模塊(430)包括輸入端分別連接控制器(410)和控制邏輯電 路(420)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(431)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(431)的輸出端連接信 號隔離與功率放大模塊(432)，信號隔離與功率放大模塊(432)的輸 出端連接聲波發(fā)射探頭(311)。
6. 如權(quán)利要求5所述的隨鉆探測預警裝置，其特征在于所述的聲波發(fā) 射探頭(311)安裝于所述的探頭艙(310)的艙體上。
7. 如權(quán)利要求6所述的隨鉆探測預警裝置，其特征在于所述的聲波發(fā)射探頭(311)連接探頭艙(310)外的發(fā)射耦合模塊(314)。
8. 如權(quán)利要求4所述的隨鉆探測預警裝置，其特征在于所述的探測信 號采集模塊(440)包括連接控制器(410)輸入端的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(442)， 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(442)的輸入端連接控制邏輯電路(420)和調(diào)理電路(411) 的輸出端，調(diào)理電路(411)的輸入端連接接收探頭(312)。
9. 如權(quán)利要求8所述的隨鉆探測預警裝置，其特征在于所述的接收探 頭(312)安裝于所述的探頭艙(310)的艙體上。
10. 如權(quán)利要求2所述的隨鉆探測預警裝置，其特征在于在所述的探頭 艙(310)的艙體上安裝有接收探頭(312)和聲波發(fā)射探頭(311)， 接收探頭(312)與聲波發(fā)射探頭(311)位于探頭艙(310)艙體上的 同一側(cè)。
11. 如權(quán)利要求1所述的隨鉆探測預警裝置，其特征在于所述的地面數(shù) 據(jù)處理裝置(102)包括電腦(501)和高速數(shù)據(jù)傳輸電路(502)，兩 者通過USB總線(503)相連，高速數(shù)據(jù)傳輸電路的另一端通過所述 的兩芯通訊電纜(103)連接地下隨鉆探測裝置(101)。
專利摘要本實用新型提供了一種用于水平導向鉆的隨鉆探測預警裝置，包括地下隨鉆探測裝置和地面數(shù)據(jù)處理裝置，兩裝置通過兩芯通訊電纜連接。地下隨鉆探測裝置安裝于水平導向鉆鉆桿與回括器或水平導向鉆鉆桿與導向板之間。其優(yōu)點在于，將水平導向鉆的施工工藝和探測工藝緊密結(jié)合，實現(xiàn)隨鉆探測，可有效地在施工過程中探測施工路線附近存在的管線，從而避免施工事故的發(fā)生。
文檔編號E21B49/00GK201277030SQ20082015310
公開日2009年7月22日 申請日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者周中明, 杜勁東, 董長富, 陳忠衛(wèi), 陳忠平 申請人:上海市電力公司;上海市電力公司市南供電公司;上海華貽電力市政建設(shè)工程有限公司