專利名稱：利用激光實(shí)時(shí)記錄鉆機(jī)鉆頭位移參數(shù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光采集數(shù)據(jù)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種利用激光實(shí)時(shí)記錄鉆 機(jī)鉆頭位移參數(shù)的裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)水利水電、交通領(lǐng)域中有大量隧道工程，隧道工程地質(zhì)災(zāi)害是制約隧道施工 的關(guān)鍵因素，往往由于隧道前方地質(zhì)情況不明，經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)法預(yù)料的地質(zhì)災(zāi)害，如突水、突 泥、坍塌、巖爆和有害氣體等。災(zāi)害一旦發(fā)生，輕則沖毀機(jī)具，淹沒(méi)隧道，正常施工被迫中斷； 重則造成重大人員傷亡，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至有些地下工程會(huì)因此被迫停建或改線。眾所周知，任何與巖土有關(guān)的工程或科學(xué)問(wèn)題的一項(xiàng)最重要工作就是建立巖土地 質(zhì)體(力學(xué))的空間分布模型和數(shù)字表達(dá)。地質(zhì)巖土體的形成和演變歷史一般漫長(zhǎng)和多變， 這就造成了具有各種不同物理和力學(xué)性質(zhì)的巖土體空間分布復(fù)雜性和多樣性。因此，使用 鉆孔機(jī)或鉆探機(jī)在大地中鉆孔時(shí)工程勘察、基礎(chǔ)工程、斜坡加固等建筑工程中的一項(xiàng)最常 見(jiàn)、最重要的工程任務(wù)。工程勘察鉆探的鉆孔記錄一般是由地質(zhì)和巖土工程師根據(jù)采集到 的巖芯和土樣編錄的。根據(jù)這些獲得的原始資料，人們可在已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)的基層上進(jìn)行 合理外推，從而建立地場(chǎng)力學(xué)空間和平剖面模型，并將模型以數(shù)字表示應(yīng)用于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和 施工，然而，施工鉆孔的記錄一般由鉆孔操作人員編錄，有關(guān)采用數(shù)字監(jiān)測(cè)儀記錄和監(jiān)測(cè)鉆 孔活鉆探的資料并不多見(jiàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、探測(cè)精度 高、抗干擾、測(cè)量方便的實(shí)時(shí)記錄鉆機(jī)鉆頭位移參數(shù)的裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案一種利用激光實(shí)時(shí)記錄鉆機(jī)鉆頭位移參數(shù)的裝置，包括鉆架，鉆架一端設(shè)有中心 跟架，另一端設(shè)有鉆架頂部額頭，鉆架上設(shè)有動(dòng)力頭輔助裝置和鉆頭夾持器，動(dòng)力頭輔助裝 置與動(dòng)力頭相連，動(dòng)力頭與鉆頭夾持器相對(duì)應(yīng)；鉆架頂部額頭上設(shè)有激光位移傳感器，動(dòng)力 頭輔助裝置的后部設(shè)有與激光位移傳感器和鉆桿在同一直線上的標(biāo)準(zhǔn)靶；激光位移傳感器 通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理裝置相連。所述動(dòng)力頭輔助裝置為動(dòng)力輸入裝置。所述數(shù)據(jù)處理裝置包括與激光位移傳感器相連的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器通過(guò)線 路與單片機(jī)相連，單片機(jī)與上位機(jī)相連。本實(shí)用新型的激光位移傳感器放在鉆架頂部額頭，保證激光位移傳感器不隨鉆桿 的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)靶安放在動(dòng)力頭輔助裝置后部，使激光位移傳感器沿鉆桿與標(biāo)準(zhǔn)靶在 一條直線上。本實(shí)用新型安裝在履帶式鉆機(jī)上，可以直接駕駛到待測(cè)巖土體的前方，人工將鉆 機(jī)的動(dòng)力頭加載上鉆桿，并由鉆頭夾持器固定，然后就可以開(kāi)啟鉆機(jī)進(jìn)行鉆探試驗(yàn)了。首先，鉆機(jī)動(dòng)力頭推動(dòng)鉆桿鉆入巖土體，同時(shí)動(dòng)力頭跟隨著鉆桿一起移動(dòng)。然后動(dòng)力頭向前移 動(dòng)，與激光測(cè)距傳感器產(chǎn)生位移，并且逐漸增大。最后，激光測(cè)距傳感器通過(guò)校準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)靶 的間距，測(cè)得動(dòng)力頭的移動(dòng)距離，即是鉆頭的位移參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)前方巖石巖性的判斷。本實(shí) 用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、探測(cè)精度高、抗干擾、測(cè)量方便等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；其中1.中心跟架，2.鉆頭夾持器，3.動(dòng)力頭，4.動(dòng)力頭輔助裝置，5.標(biāo)準(zhǔn)靶，6. 激光位移傳感器，7.鉆架頂部額頭，8.數(shù)據(jù)線，9.激光束，10.鉆架。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，一種實(shí)時(shí)記錄鉆機(jī)鉆頭位移參數(shù)的裝置，包括鉆架10，鉆架10 —端 設(shè)有中心跟架1，另一端設(shè)有鉆架頂部額頭7，鉆架10上設(shè)有動(dòng)力頭輔助裝置4和鉆頭夾持 器2，動(dòng)力頭輔助裝置與4動(dòng)力頭3相連，動(dòng)力頭3與鉆頭夾持器2相對(duì)應(yīng)；鉆架頂部額頭 7上設(shè)有激光位移傳感器6，動(dòng)力頭輔助裝置4的后部設(shè)有與激光位移傳感器6和鉆桿在同 一直線上的標(biāo)準(zhǔn)靶5 ；激光位移傳感器6通過(guò)數(shù)據(jù)線8與數(shù)據(jù)處理裝置相連。所述動(dòng)力頭輔助裝置4為動(dòng)力輸入裝置。所述數(shù)據(jù)處理裝置包括與激光位移傳感器6相連的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器通過(guò) 線路與單片機(jī)相連，單片機(jī)與上位機(jī)相連。本實(shí)用新型的激光位移傳感器6放在鉆架頂部額頭7上，保證激光位移傳感器6 不隨鉆桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)靶5安放在動(dòng)力頭輔助裝置4后部，使激光位移傳感器6沿鉆 桿與標(biāo)準(zhǔn)靶5在一條直線上。圖1為HTYM808履帶式鉆機(jī)的上半部分，此鉆機(jī)可以直接駕駛到待測(cè)巖土體的前方。具體的工作流程如下(!)人工將鉆機(jī)的動(dòng)力頭3加載上鉆桿，并由鉆頭夾持器2固定，并穿過(guò)中心跟架 1，然后就可以開(kāi)啟鉆機(jī)進(jìn)行鉆探試驗(yàn)了 . 激光位移傳感器6安裝在鉆架頂部額頭7上，鉆頭動(dòng)力頭輔助裝置4提供動(dòng)力 推動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力頭3鉆桿鉆入巖土體。(3)動(dòng)力頭3向前移動(dòng)，與激光位移傳感器6產(chǎn)生位移，并且逐漸增大。W激光位移傳感器6發(fā)射激光束9進(jìn)行校準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)靶5的間距，測(cè)得的動(dòng)力頭3 的移動(dòng)距離，即是鉆頭的位移。ω激光位移傳感器6將得到的模擬數(shù)據(jù)通數(shù)據(jù)線8傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，生成模擬信號(hào)。S) A/D轉(zhuǎn)換器將生成的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入單片機(jī)。(7)單片機(jī)通過(guò)已經(jīng)輸入的功能程序，將數(shù)字信號(hào)以曲線的形式呈現(xiàn)在上位機(jī)上。
權(quán)利要求1.一種利用激光實(shí)時(shí)記錄鉆機(jī)鉆頭位移參數(shù)的裝置，其特征在于包括鉆架，鉆架一 端設(shè)有中心跟架，另一端設(shè)有鉆架頂部額頭，鉆架上設(shè)有動(dòng)力頭輔助裝置和鉆頭夾持器，動(dòng) 力頭輔助裝置與動(dòng)力頭相連，動(dòng)力頭與鉆頭夾持器相對(duì)應(yīng)；鉆架頂部額頭上設(shè)有激光位移 傳感器，動(dòng)力頭輔助裝置的后部設(shè)有與激光位移傳感器和鉆桿在同一直線上的標(biāo)準(zhǔn)靶；激 光位移傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光實(shí)時(shí)記錄鉆機(jī)鉆頭位移參數(shù)的裝置，其特征在于 所述動(dòng)力頭輔助裝置為動(dòng)力輸入裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光實(shí)時(shí)記錄鉆機(jī)鉆頭位移參數(shù)的裝置，其特征在于 所述數(shù)據(jù)處理裝置包括與激光位移傳感器相連的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器通過(guò)線路與單片 機(jī)相連，單片機(jī)與上位機(jī)相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種利用激光實(shí)時(shí)記錄鉆機(jī)鉆頭位移參數(shù)的裝置，包括鉆架，鉆架一端設(shè)有中心跟架，另一端設(shè)有鉆架頂部額頭，鉆架上設(shè)有動(dòng)力頭輔助裝置和鉆頭夾持器，動(dòng)力頭輔助裝置與動(dòng)力頭相連，動(dòng)力頭與鉆頭夾持器相對(duì)應(yīng)；鉆架頂部額頭上設(shè)有激光位移傳感器，動(dòng)力頭輔助裝置的后部設(shè)有與激光位移傳感器和鉆桿在同一直線上的標(biāo)準(zhǔn)靶；激光位移傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理裝置相連。隨著鉆頭的鉆入，激光位移傳感器與標(biāo)準(zhǔn)靶之間的距離縮小從而產(chǎn)生差值，此差值即是鉆頭位移，通過(guò)激光位移傳感器上的電纜發(fā)送到終端設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對(duì)前方巖石巖性的判斷。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、探測(cè)精度高、抗干擾、測(cè)量方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B47/00GK201915940SQ20102066119
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者宋曙光, 李術(shù)才, 李海燕, 王凱, 王者超, 田昊, 蘇茂鑫, 薛翊國(guó), 邱道宏 申請(qǐng)人:山東大學(xué)