專利名稱：基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣厚度檢測裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑工程檢測技術(shù)，尤其涉及一種基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣 厚度檢測裝置及其方法。
背景技術(shù)：
鉆孔灌注樁是建筑工程中常見的基樁形式之一，它的作用是將上部建筑結(jié)構(gòu)的荷 載傳遞到深層穩(wěn)定土層中或巖石層上。鉆孔灌注樁的施工分為“鉆孔”和向鉆孔內(nèi)“灌注混 凝土”兩個(gè)階段。鉆孔質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到灌注混凝土后形成的基樁質(zhì)量。如果鉆孔底 部沉渣過厚，會(huì)使基樁樁長減??；尤其是對以底部端承力為主的基樁，其承載能力將受到直 接的影響，有可能導(dǎo)致基樁之間產(chǎn)生不均勻沉降，進(jìn)而帶來上部建筑結(jié)構(gòu)的安全隱患?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》(中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ94_2008)6.3. 9條規(guī)定鉆孔 的施工完成后，在灌注混凝土以前應(yīng)對鉆孔底部沉渣的厚度進(jìn)行檢測，其結(jié)果應(yīng)符合以下 要求，否則應(yīng)進(jìn)行清孔處理。1、對端承型樁，不應(yīng)大于50mm ；2、對磨擦型樁，不應(yīng)大于100mm ；3、對抗拔、抗水平力樁，不應(yīng)大于200mm。鉆孔底部沉渣主要由施工引起。如圖1所示，施工后在鉆孔6底部通常存在泥漿 層3、》幾潘層2和原土層1。目前使用的沉渣厚度檢測方法主要有落錘法、電參數(shù)法(電阻率或電容)和聲波 法。一、測錘法其檢測原理見圖2。檢測工具為一個(gè)錐形測錘8，其頂端連接測繩7。測錘8由人 工放入鉆孔6內(nèi)，并憑人的手感判斷測錘8是否到達(dá)沉渣2的表面；此時(shí)根據(jù)測繩7上的刻 度確定圖2中的深度值h ;然后依靠測錘8的自重使其到達(dá)鉆孔6的底部，再確定圖2中鉆 孔深度值H ;計(jì)算(H-h)即為沉渣2的厚度值。該方法簡單易行，成本低廉；但是沉渣表面位置的確定全憑主觀感覺，誤差較大。二、電參數(shù)法該方法是利用不同介質(zhì)存在的電性能差異檢測沉渣厚度，例如水、泥漿和沉渣有 不同的電阻率和電容值。具體方法是安裝有測量電極的井下傳感器首先被放到鉆孔底部， 此時(shí)確定鉆孔深度值H ;然后向上提升井下傳感器，此過程中同時(shí)檢測井下傳感器的測量 電極旁介質(zhì)的電參數(shù)，其結(jié)果記錄在地面上的檢測儀器中。當(dāng)井下傳感器向上穿過沉渣表 面而進(jìn)入泥漿層時(shí)，電參數(shù)值呈現(xiàn)變化。圖3所示范的曲線是一種較理想的情況，電參數(shù)值 (例如電阻率)急劇變化時(shí)所對應(yīng)的深度值h即為沉渣表面的位置。同樣計(jì)算(H-h)即為沉 渣厚度值。通常鉆孔施工需配合注水才能作業(yè)，沉渣層的含水率通常較高，而水對介質(zhì)的電 性能影響較大，這使得在沉渣表面位置處，電參數(shù)值呈現(xiàn)急劇變化的現(xiàn)象并不易出現(xiàn)。此外，當(dāng)井下傳感器位于某一深度時(shí)，測量電極旁的一定區(qū)域范圍內(nèi)的介質(zhì)都將影響測量結(jié) 果理論上介質(zhì)離電極越近則影響越大，越遠(yuǎn)則影響越??；因此所得到的電參數(shù)值應(yīng)是該 區(qū)域范圍內(nèi)全部介質(zhì)的電參數(shù)值經(jīng)過加權(quán)平均后的結(jié)果。這種平均效應(yīng)弱化了沉渣表面位 置處的電參數(shù)值的變化，從而增加了確定沉渣表面位置的困難。三、聲波法聲波在傳播中遇到不同介質(zhì)形成的界面會(huì)產(chǎn)生反射，反射強(qiáng)度取決于界面兩端介 質(zhì)的波阻抗差異，差異愈大則反射愈強(qiáng)。聲波法使用一對聲波發(fā)射和接收傳感器，并安裝在 充滿水的鉆孔頂部。聲波傳感器和地面上的信號(hào)記錄儀通過電纜連接。發(fā)射傳感器向鉆孔 底部發(fā)射聲波；當(dāng)聲波向下傳播至沉渣表面時(shí)，一部分聲波產(chǎn)生反射并被安裝在鉆孔頂部 的接收傳感器拾取，余下聲波繼續(xù)向下傳播至鉆孔底部的原土層，并產(chǎn)生二次反射，同樣被 接收傳感器拾取。在信號(hào)記錄儀上計(jì)算兩次聲波反射的時(shí)間差t，如果已知聲波在沉渣層中 傳播的速度為V，則計(jì)算乘積Vt即為沉渣厚度值。此方法的應(yīng)用受到較大局限。首先鉆孔中的水質(zhì)較混，充斥泥漿顆粒，聲波傳播時(shí) 易發(fā)生散射、繞射等現(xiàn)象，造成聲波轉(zhuǎn)播能量的過度衰減；其次，沉渣層上方的泥漿比重較 高，模糊了沉渣表面位置的波阻抗界面。在鉆孔底部，沉渣和原土介質(zhì)的波阻抗差異也并不 大。因此接收傳感器拾取的反射波信號(hào)非常微弱，不宜識(shí)別。另外，聲波在沉渣中傳播的速 度主要靠人工經(jīng)驗(yàn)來確定，這也會(huì)帶來較大誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，提供一種基于硬度差異傳感的鉆孔 底部沉渣厚度檢測裝置及其方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一、基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣厚度檢測裝置(簡稱裝置)本裝置包括地面上的檢測儀器和絞車；設(shè)置有井下傳感器；井下傳感器由機(jī)械探桿、圓形底盤、長形圓筒、直線步進(jìn)電機(jī)、 連接導(dǎo)線、電路板、電纜插座、多芯電纜和密封圈組成；其位置和連接關(guān)系是在長形圓筒的上部設(shè)置有密封圈和電纜插座；在長形圓筒的內(nèi)部設(shè)置有機(jī)械探桿、直線步進(jìn)電機(jī)、連接導(dǎo)線和電路板；在長形圓筒的下部設(shè)置有密封圈和圓形底盤；機(jī)械探桿的上端頭和直線步進(jìn)電機(jī)相連，機(jī)械探桿的下端頭穿過密封圈，并可從 圓形底盤的中心孔處伸出；在長形圓筒內(nèi)部，通過連接導(dǎo)線將電纜插座、電路板和直線步進(jìn)電機(jī)依次連接；多芯電纜的一端連接電纜插座，多芯電纜的另一端通過絞車連接地面上的檢測儀器。二、基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣厚度檢測方法(簡稱方法)本方法利用沉渣、泥漿和原土在硬度上存在較大的差異性來實(shí)現(xiàn)的。本方法包括下列步驟①操作檢測儀器，確認(rèn)機(jī)械探桿回到原始位置，即機(jī)械探桿的下端頭縮退至圓形底盤的中心孔內(nèi)；②井下傳感器被放入鉆孔內(nèi)，依靠圓形底盤站立于鉆孔底部沉渣表面上；③由檢測儀器讀出此時(shí)的深度值，即為底部沉渣表面的深度位置h ；④操作檢測儀器使機(jī)械探桿伸出至一個(gè)最大距離(例如200mm);在機(jī)械探桿伸出 過程中，由檢測儀器記錄下每個(gè)伸出距離所對應(yīng)的井下傳感器的傾斜角，即長形圓筒的軸 線方向相對于重力方向的夾角；⑤在井下傳感器的傾斜角隨機(jī)械探桿伸出距離而變化的曲線上，確定傾斜角開始 急劇變化時(shí)所對應(yīng)的距離值，即為鉆孔底部沉渣的底面(或原土層表面)的深度位置H ；⑥計(jì)算鉆孔底部沉渣厚度為H_h。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果①本發(fā)明思路新穎科學(xué)在鉆孔底部有泥漿、沉渣和原土層，而且它們在硬度上具有較大的差異性；本發(fā)明 就是利用這一較大的差異性，提出了本技術(shù)方案，從而提高了鉆孔底部沉渣厚度檢測的準(zhǔn) 確性。②本裝置易于實(shí)現(xiàn)，并且靈活適用依靠圓形底盤，井下傳感器站立于鉆孔底部沉渣層的表面上，以確定其深度位置； 為適應(yīng)不同硬度的沉渣層，圓形底盤設(shè)計(jì)可采用不同的厚度，并且分為實(shí)體和虛體區(qū)域，以 控制圓形底盤的重量，以及和沉渣層的接觸表面積。③本方法簡單直觀，并且易于理解。④本發(fā)明適用于建筑工程中鉆孔底部沉渣厚度檢測的廣泛應(yīng)用。


圖1是鉆孔內(nèi)介質(zhì)示意圖；圖2是測錘法原理圖；圖3是電參數(shù)法曲線圖；圖4. 1是本裝置的工作環(huán)境示意圖；圖4. 2是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視)；圖5是工業(yè)控制電腦應(yīng)用軟件的工作流程圖；圖6是機(jī)械探桿結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視)；圖7是圓形底盤結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；圖8是電路板原理方框圖。圖中1—原土(層)；2—沉渣(層)；3—泥漿(層)；4一混水(層)；5—地面；6—鉆孔；7—測繩；8—測錘；00—檢測儀器10一機(jī)械探桿，11一圓柱形長桿，12—圓維形端頭；20一圓形底盤，21—中心孔，22—實(shí)體區(qū)域,23—虛體區(qū)域；30—長形圓筒；40—直線步進(jìn)電機(jī)；
50—連接導(dǎo)線；
60一電路板，61—ARM單片機(jī),62—測量傾斜角的加速度計(jì)，
63—串口轉(zhuǎn)換器，64—直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；
70—電纜插座；
80—多芯電纜；
90—密封圈；
100—絞車。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明詳細(xì)說明
一、總體結(jié)構(gòu)
如圖4. 1,4. 2，本裝置包括地面上的檢測儀器00和絞車100設(shè)置有井下傳感器；井下傳感器由機(jī)械探桿10、圓形底盤20、長形圓筒30、直線步 進(jìn)電機(jī)40、連接導(dǎo)線50、電路板60、電纜插座70、多芯電纜80和密封圈90組成；其位置和連接關(guān)系是在長形圓筒30的上部設(shè)置有密封圈90和電纜插座70 ；在長形圓筒30的內(nèi)部設(shè)置有機(jī)械探桿10、直線步進(jìn)電機(jī)40、連接導(dǎo)線50和電路 板60 ；在長形圓筒30的下部設(shè)置有密封圈90和圓形底盤20 ；機(jī)械探桿10的上端頭和直線步進(jìn)電機(jī)40相連，機(jī)械探桿10的下端頭穿過密封圈 90，并可從圓形底盤20的中心孔21處伸出；在長形圓筒30內(nèi)部，通過連接導(dǎo)線50將電纜插座70、電路板60和直線步進(jìn)電機(jī) 40依次連接；多芯電纜80的一端連接電纜插座70，多芯電纜80的另一端通過絞車100連接地 面上的檢測儀器00。二、功能部件1、檢測儀器00檢測儀器00是一種通用的二次儀表；檢測儀器00的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括有通用 觸摸顯示液晶屏，通用工業(yè)控制電腦和通訊電路板。觸摸顯示液晶屏接受用戶輸入的指令或參數(shù)，顯示檢測結(jié)果；工業(yè)控制電腦運(yùn)行自行開發(fā)的應(yīng)用軟件，存儲(chǔ)檢測結(jié)果；通訊電路板完成和井下傳感器的通訊功能。檢測儀器00通過多芯電纜80與井下傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，控制井下傳感器在鉆 孔內(nèi)的升降，以及機(jī)械探桿10的伸出或縮退；最終記錄下井下傳感器的傾斜角隨機(jī)械探桿 10伸出距離而變化的曲線。如圖5，所述的工業(yè)控制電腦運(yùn)行自行開發(fā)的應(yīng)用軟件的工作流程包括下列步 驟①工作開始A;②初始化參數(shù)機(jī)械探桿每次向前伸出的步距a，和機(jī)械探桿累計(jì)伸出的最大行程b B ;③通過連接井下傳感器的連接電纜，下放井下傳感器C ；④根據(jù)連接電纜的松或緊判斷井下傳感器是否到達(dá)沉渣層表面；如果連接電纜變 松，表示“是”，則轉(zhuǎn)到下一步驟；否則轉(zhuǎn)到上一步驟，即繼續(xù)下放井下傳感器D ；⑤停止下放井下傳感器E ；⑥判斷機(jī)械探桿是否在初始位置(圓形底盤中心孔內(nèi))？如果為“否”，則轉(zhuǎn)到下一 步驟；如果為“是”，則轉(zhuǎn)到步驟⑧F ；⑦機(jī)械探桿回到初始位置G ；⑧機(jī)械探桿累計(jì)伸出距離計(jì)數(shù)器清零，x=0 H ；⑨機(jī)械探桿向前伸出距離a，并計(jì)入機(jī)械探桿累計(jì)伸出距離計(jì)數(shù)器X，即x=x+a I ;⑩記錄對應(yīng)的井下傳感器傾斜角J ； 判斷機(jī)械探桿的累計(jì)伸出距離是否達(dá)到最大行程b，即x > b 如果為“是”，則 轉(zhuǎn)到下一步驟；如果為“否”，則轉(zhuǎn)到步驟⑨K ； 機(jī)械探桿停止運(yùn)動(dòng)L; ⑩機(jī)械探桿回到初始位置M ；⑩繪制機(jī)械探桿伸出距離與對應(yīng)的井下傳感器傾斜角之間的變化曲線；在該曲線 上，井下傳感器傾斜角急劇變化時(shí)所對應(yīng)的機(jī)械探桿伸出距離，即為沉渣層厚度N ； 提升井下傳感器到地面0; 工作結(jié)束P。2、機(jī)械探桿10如圖6,機(jī)械探桿10由圓柱形長桿11和圓錐形端頭12組成。機(jī)械探桿10在沉渣層2中向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓錐形端頭12需克服在沉渣層2中的端 承阻力，該阻力變化不大；同時(shí)在圓柱形長桿11側(cè)面，需克服和沉渣層2的側(cè)摩阻力。因?yàn)?側(cè)摩阻力的大小與圓柱形長桿11和沉渣層2的接觸面積成正比，因此該阻力在機(jī)械探桿10 向下運(yùn)動(dòng)過程中將逐漸變大。為降低機(jī)械探桿10在沉渣層2內(nèi)所受到的阻力，圓錐形端頭 12的設(shè)計(jì)使得在與圓柱形長桿11連接處的橫截面積突然增大，導(dǎo)致側(cè)摩擦系數(shù)降低，從而 整個(gè)阻力主要集中在圓錐形端頭12上。最后，當(dāng)機(jī)械探桿10到達(dá)原土層1時(shí)，端承阻力突 然增大，機(jī)械探桿10的向下運(yùn)動(dòng)停止，井下傳感器開始傾斜。3、圓形底盤20如圖7，圓形底盤20設(shè)置有中心孔21、實(shí)體區(qū)域22和空體區(qū)域23。當(dāng)井下傳感器首先被放入鉆孔6內(nèi)時(shí)，其依靠圓形底盤20站立于沉渣層2表面 上。實(shí)體區(qū)域22的大小以及厚度決定整個(gè)圓形底盤20的重量和表面積。根據(jù)鉆孔6底部 沉渣2的硬度不同，可適當(dāng)選取實(shí)體區(qū)域22的大小和厚度，以保證圓形底盤20和沉渣層2 表面剛好接觸，并且接觸面積適當(dāng)，避免出現(xiàn)圓形底盤20由于太輕而無法到達(dá)沉渣層2表 面(仍在泥漿層3中)，或者由于太重而侵入沉渣層2表面以下。4、長形圓筒30長形圓筒30是井下傳感器的外護(hù)套管，采用不銹鋼材料。在鉆孔2完全充水的情 況下，如果孔深100米，該外護(hù)套管將承受IMPa的水壓力，并可保證裝置的正常工作。
5、直線步進(jìn)電機(jī)40直線步進(jìn)電機(jī)40是一種通用件，選用直線步進(jìn)電機(jī)40和機(jī)械探桿10連接；由電 路板60產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)電機(jī)40可完成正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)械探桿10伸 出或縮退。6、連接導(dǎo)線50用于連接長形圓筒30內(nèi)的電纜插座70、電路板60和直線步進(jìn)電機(jī)40。7、電路板 60如圖8，電路板60由ARM單片機(jī)61、測量傾斜角的加速度計(jì)62、串口轉(zhuǎn)換器63和 直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器64組成；測量傾斜角的加速度計(jì)62、串口轉(zhuǎn)換器63和直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器64分別與ARM 單片機(jī)61連接。電路板60的工作原理通過串口轉(zhuǎn)換器63，ARM單片機(jī)61接受來自地面上檢測儀器00的操作指令或向 檢測儀器00發(fā)送檢測結(jié)果；通過測量傾斜角的加速度計(jì)62，可檢測井下傳感器的傾斜角，并被送入ARM單片 機(jī)61中；ARM單片機(jī)61通過直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器64驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)電機(jī)60，以控制機(jī)械探 桿10的伸出或縮退。(1) ARM 單片機(jī) 61選用菲利浦公司的LPC2114。(2)測量傾斜角的加速度計(jì)62選用Analog Device公司的ADIS16003，其通過SPI接口的4根信號(hào)線(M0SI， MISO, CLK, CS)和ARM單片機(jī)61連接；(3)串口轉(zhuǎn)換器63選用MAXM公司的MAX488，其作用是將RS-232串口(TXD, RXD ;或者DI，R0)轉(zhuǎn)換 成RS-488串口(A, B, Z, Y)，以便于長線傳輸。(4)直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器64選用上海優(yōu)愛寶公司的nM24002。由ARM單片機(jī)61通過其I/O 口的信號(hào)P0、P1和 P2分別控制直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器64的方向信號(hào)(DIR)、頻率信號(hào)(STP)和使能信號(hào)(EN)， 最后產(chǎn)生兩相驅(qū)動(dòng)電流(A+，A-, B+, B-)輸送至直線步進(jìn)電機(jī)40。8、電纜插座70電纜插座70是一種通用件；連接長形圓筒30內(nèi)的信號(hào)。9、多芯電纜80多芯電纜80是一種通用件；其連接電纜插座70，并將信號(hào)送至地面上檢測儀器 00。10、密封圈 90密封圈90是一種通用件；用于長形圓筒30的密封。11、絞車 100絞車100是一種通用件；可采用手動(dòng)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
三、工作原理本裝置是通過利用沉渣2、泥漿3和原土 1在硬度上存在較大的差異性來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械探桿10 —端連接長形圓筒30內(nèi)部的直線步進(jìn)電機(jī)40，另一端可穿過圓形底 盤20的中心孔21，在電路板60的控制下伸出或縮退。本裝置的井下傳感器穩(wěn)定地站立于 沉渣2上之后，沉渣厚度檢測即開始。此時(shí)地面上的檢測儀器00發(fā)出指令，通知長形圓筒 30內(nèi)的電路板60驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)電機(jī)40，以帶動(dòng)機(jī)械探桿10從圓形底盤20的中心孔21伸 出，并開始進(jìn)入沉渣層2 ;此時(shí)機(jī)械探桿10的位置可定義為原點(diǎn)。井下傳感器的自重提供 足夠的反力，直線步進(jìn)電機(jī)40提供足夠的功率使機(jī)械探桿10穿過沉渣層2，到達(dá)原土 1持 力層。由于該層的硬度明顯較高，使得井下傳感器的自重提供的反力，不足以使機(jī)械探桿繼 續(xù)前進(jìn)；因此井下傳感器開始傾斜。當(dāng)機(jī)械探桿10伸出一個(gè)最大距離后(例如200mm)，沉 渣1厚度檢測過程終止。整個(gè)檢測過程中，機(jī)械探桿10伸出的距離與對應(yīng)的井下傳感器的 傾斜角的變化曲線將被記錄在地面上的檢測儀器00中。不同于圖3所表示的情形，這里的 傾斜角開始急劇變化時(shí)所對應(yīng)的位置為原土層1表面，由此可確定鉆孔底部沉渣厚度。
權(quán)利要求
1.一種基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣厚度檢測裝置，包括地面上的檢測儀器(OO)和絞車(100);其特征在于 設(shè)置有井下傳感器；井下傳感器由機(jī)械探桿(10)、圓形底盤(20)、長形圓筒(30)、直線步進(jìn)電機(jī)(40)、連接導(dǎo)線(50)、電路板(60)、電纜插座(70)、多芯電纜(80)和密封圈(90)組成； 其位置和連接關(guān)系是 在長形圓筒(30)的上部設(shè)置有密封圈(90)和電纜插座(70)； 在長形圓筒(30 )的內(nèi)部設(shè)置有機(jī)械探桿(10 )、直線步進(jìn)電機(jī)(40 )、連接 導(dǎo)線(50)和電路板(60)； 在長形圓筒(30)的下部設(shè)置有密封圈(90)和圓形底盤(20)； 機(jī)械探桿(10)的上端頭和直線步進(jìn)電機(jī)(40)相連，機(jī)械探桿10的下端 頭穿過密封圈(90),并可從圓形底盤(20)的中心孔(21)處伸出； 在長形圓筒(30)內(nèi)部，通過連接導(dǎo)線(50)將電纜插座(70)、電路板(60) 和直線步進(jìn)電機(jī)(40)依次連接； 多芯電纜(80 )的一端連接電纜插座(70 )，多芯電纜的另一端通過絞車(100 )連接地面上的檢測儀器(00)。
2.按權(quán)利要求I所述的一種基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣厚度檢測裝置，其特征在于 所述的機(jī)械探桿(10)由圓柱形長桿(11)和圓錐形端頭(12)組成。
3.按權(quán)利要求I所述的一種基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣厚度檢測裝置，其特征在于 所述的圓形底盤(20)設(shè)置有中心孔(21)、實(shí)體區(qū)域(22)和空體區(qū)域(23)。
4.按權(quán)利要求I所述的一種基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣厚度檢測裝置，其特征在于 所述的電路板(60 )由ARM單片機(jī)(61)、測量傾斜角的加速度計(jì)(62 )、串口轉(zhuǎn)換器(63 )和直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(64)組成； 測量傾斜角的加速度計(jì)(62 )、串口轉(zhuǎn)換器(63 )和直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(64 )分別與ARM單片機(jī)(61)連接； 通過串口轉(zhuǎn)換器(63 )，ARM單片機(jī)(61)接受來自地面上檢測儀器(00 ) 的操作指令或向檢測儀器(00)發(fā)送檢測結(jié)果； 通過測量傾斜角的加速度計(jì)(62)，傾斜角結(jié)果被送入ARM單片機(jī)(61)中； ARM單片機(jī)(61)通過直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(64)驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)電機(jī)(40)，以控制機(jī)械探桿(10)的伸出或縮退。
5.按權(quán)利要求I所述的一種基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣厚度檢測裝置，其特征在于 所述的檢測儀器(00)的應(yīng)用軟件的工作流程包括下列步驟 工作開始(A); 初始化參數(shù)機(jī)械探桿每次向前伸出的步距a，和機(jī)械探桿累計(jì)伸出的 最大行程b (B)；通過連接井下傳感器的連接電纜，下放井下傳感器(C); 根據(jù)連接電纜的松或緊判斷井下傳感器是否到達(dá)沉渣層表面；如果連接 電纜變松，表示“是”，則轉(zhuǎn)到下一步驟；否則轉(zhuǎn)到上一步驟，即繼續(xù)下放井下傳感器(D)； 停止下放井下傳感器(E); 判斷機(jī)械探桿是否在初始位置(圓形底盤中心孔內(nèi))？如果為“否”，則 轉(zhuǎn)到下一步驟；如果為“是”，則轉(zhuǎn)到步驟⑧(F)； 機(jī)械探桿回到初始位置(G); 機(jī)械探桿累計(jì)伸出距離計(jì)數(shù)器清零，x = 0 (H); 機(jī)械探桿向前伸出距離a，并計(jì)入機(jī)械探桿累計(jì)伸出距離計(jì)數(shù)器X，即 X = X + a (I)； 記錄對應(yīng)的井下傳感器傾斜角(j)； 判斷機(jī)械探桿的累計(jì)伸出距離是否達(dá)到最大行程b，即X > b 如果為 “是”，則轉(zhuǎn)到下一步驟；如果為“否”，則轉(zhuǎn)到步驟⑨(K)； 機(jī)械探桿停止運(yùn)動(dòng)(L); 機(jī)械探桿回到初始位置(M); 繪制機(jī)械探桿伸出距離與對應(yīng)的井下傳感器傾斜角之間的變化曲線；在該曲線上，井下傳感器傾斜角急劇變化時(shí)所對應(yīng)的機(jī)械探桿伸出距離，即為沉渣層厚度(N); 提升井下傳感器到地面(0); 工作結(jié)束(P)。
6.按權(quán)利要求I所述的一種基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣厚度檢測裝置的檢測方法，其特征在于包括下列步驟 ①操作檢測儀器，確認(rèn)機(jī)械探桿回到原始位置，即機(jī)械探桿的下端頭縮退至圓形底盤的中心孔內(nèi)； ②井下傳感器被放入鉆孔內(nèi)，并依靠圓形底盤站立于鉆孔底部沉渣表面上； ③由檢測儀器讀出此時(shí)的深度值，即為鉆孔底部沉渣表面的深度位置h； ④操作檢測儀器使機(jī)械探桿伸出至一個(gè)最大距離；在機(jī)械探桿伸出過程中， 由檢測儀器記錄下每個(gè)伸出距離所對應(yīng)的井下傳感器的傾斜角，即長形圓筒的軸線方向相對于重力方向的夾角； ⑤在井下傳感器的傾斜角隨機(jī)械探桿伸出距離而變化的曲線上，確定傾斜角開始急劇變化時(shí)所對應(yīng)的距離值，即為鉆孔底部沉渣的底面(或原土層表面)的深度位置H ; ⑥計(jì)算鉆孔底部沉渣厚度為H-h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于硬度差異傳感的鉆孔底部沉渣厚度檢測裝置及其方法，涉及建筑工程檢測技術(shù)。本裝置包括地面上的檢測儀器(00)和絞車(100)；設(shè)置有井下傳感器；井下傳感器由機(jī)械探桿(10)、圓形底盤(20)、長形圓筒(30)、直線步進(jìn)電機(jī)(40)、連接導(dǎo)線(50)、電路板(60)、電纜插座(70)、多芯電纜(80)和密封圈(90)組成。本方法是利用沉渣、泥漿和原土在硬度上存在較大的差異性來實(shí)現(xiàn)的。本裝置簡單直觀，易于理解，易于實(shí)現(xiàn)，并且靈活適用；本發(fā)明提高了鉆孔底部沉渣厚度檢測的準(zhǔn)確性，適用于建筑工程中鉆孔底部沉渣厚度檢測的廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)E21B47/04GK102661143SQ20121015824
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者楊光, 楊燕軍 申請人:武漢巖海工程技術(shù)有限公司