一種智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，包括機(jī)架、通訊線纜、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、綜合傳感器和控制機(jī)構(gòu)；驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括直流伺服電機(jī)、傳動齒輪和滾筒，直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有電機(jī)齒輪，電機(jī)齒輪與傳動齒輪嚙合，傳動齒輪與滾筒嚙合，直流伺服電機(jī)固定在機(jī)架上，由導(dǎo)線與控制機(jī)構(gòu)連接，傳動齒輪固定在機(jī)架上；通訊線纜一端固定纏繞在滾筒上，并與控制機(jī)構(gòu)電氣連接，另一端與綜合傳感器連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡湊、合理；實現(xiàn)數(shù)字智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，方便操作，快速測量鉆孔地質(zhì)參數(shù)，降低勞動強(qiáng)度，提高工作效率；MSP430F5529單片機(jī)利用分段式PID控制算法控制直流伺服電機(jī)，提升、下放傳感器精準(zhǔn)，保證鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量的順利進(jìn)行，提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
【專利說明】一種智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)鉆孔參數(shù)測量設(shè)備，具體說是一種智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]鉆探是巖土工程勘察最常用的勘探手段。鉆探具有突出的優(yōu)點:能直接觀察巖芯和取樣，勘探精度高；能提供做原位測試和監(jiān)測工作，最大限度地發(fā)揮綜合效益；勘探深度大，效率高。鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量是鉆探的關(guān)鍵技術(shù)之一，鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置的可靠性和準(zhǔn)確性是獲取精確地質(zhì)參數(shù)的重要保障。
[0003]中國實用新型專利《數(shù)字式全景鉆孔攝像裝置》(ZL98232288.7)公開了一種用于鉆孔內(nèi)對地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行探測的數(shù)字式全景鉆孔攝像裝置，它由探頭、深度脈沖發(fā)生器、絞車、圖像卡、計算機(jī)系統(tǒng)組成，探頭中的反射鏡制成圓錐型并截頭，圓錐型反光鏡的中心鉆孔，探頭中羅盤的指北針表面涂上一層不反光材料，羅盤的指南針表面涂上一層反光材料，全景圖像和羅盤方位圖像合并通過電纜進(jìn)入計算機(jī)。存在的缺陷是該裝置利用井下電視來觀察鉆孔內(nèi)部情況時采用手動絞車進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸電纜的下放和收取，在下放的過程中視頻圖像的傳輸質(zhì)量很大程度取決于操作絞車的工作人員的經(jīng)驗，手搖絞車速度過快或過慢都會造成圖像的拼接錯位，使得測試失??；設(shè)備需要較多人工操作，體積大，費時費力，實時性不高，特別是當(dāng)測量深度較大時，人工轉(zhuǎn)動絞車勞動強(qiáng)度大，工作效率低，影響鉆探的順利進(jìn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，方便現(xiàn)場操作，快速測量各種鉆孔地質(zhì)參數(shù)，降低勞動強(qiáng)度，提高工作效率，保證鉆探的順利進(jìn)行，提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，包括機(jī)架、通訊線纜、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、綜合傳感器和控制機(jī)構(gòu)；驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括直流伺服電機(jī)、傳動齒輪和滾筒，直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有電機(jī)齒輪，電機(jī)齒輪與傳動齒輪哨合，傳動齒輪與滾筒哨合，直流伺服電機(jī)固定在機(jī)架上，由導(dǎo)線與控制機(jī)構(gòu)連接，傳動齒輪固定在機(jī)架上；通訊線纜一端固定纏繞在滾筒上，并與控制機(jī)構(gòu)電氣連接，另一端與綜合傳感器連接。
[0006]工作原理:上述裝置使用時，綜合傳感器通過通訊線纜懸掛地質(zhì)鉆孔的上方，滾筒在直流伺服電機(jī)的帶動下，自動卷起和下放通訊線纜和綜合傳感器，以測量鉆孔的深度、溫度和水壓，拍攝鉆孔內(nèi)壁巖層圖像，由通訊線纜將測量數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)娇刂茩C(jī)構(gòu)的顯示屏上。上述控制機(jī)構(gòu)設(shè)有直流電源和顯示屏。
[0007]本申請綜合傳感器為可以傳感深度、溫度、水壓，并具有拍攝等功能的傳感器，就綜合傳感器而言屬于現(xiàn)有技術(shù)中的市售產(chǎn)品。
[0008]所述的機(jī)架包括水平底座、立柱、橫梁和托架；水平底座為方形框架；立柱有兩根，分別設(shè)在水平底座相對兩邊的中線上、且垂直于水平底座；橫梁上設(shè)有安裝孔，且位于立柱頂部；托架設(shè)在橫梁下方，且其兩端垂直固定在立柱上，托架設(shè)電機(jī)安裝孔；控制機(jī)構(gòu)通過安裝孔安裝在橫梁上；直流伺服電機(jī)通過電機(jī)安裝孔安裝在托架上，傳動齒輪設(shè)在直流伺服電機(jī)正對的立柱上；滾筒設(shè)在水平底座與托架之間。這樣結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便。
[0009]上述與直流伺服電機(jī)正對的立柱指直流伺服電機(jī)設(shè)有轉(zhuǎn)軸的一端正對的立柱。
[0010]托架下方的立柱上對設(shè)通孔，通孔中心連線與托架平行；滾筒由圓柱形筒體和貫穿圓柱形筒體的轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，轉(zhuǎn)軸兩端裝入立柱的通孔中；滾筒傳動側(cè)設(shè)有傳動齒輪嚙合的齒輪。這樣便于穩(wěn)定的傳動。
[0011]圓柱形筒體中部設(shè)一缺口，通訊線纜由缺口進(jìn)入圓柱形筒體內(nèi)部；轉(zhuǎn)軸頭部設(shè)轉(zhuǎn)接頭，通訊線纜與轉(zhuǎn)接頭連接，控制機(jī)構(gòu)由導(dǎo)線與轉(zhuǎn)接頭連接。
[0012]這樣可將信號輸入控制機(jī)構(gòu)中，實現(xiàn)與綜合傳感器的通訊。
[0013]所述圓柱形筒體無齒輪端所對應(yīng)的立柱上設(shè)滾輪手動剎車。這樣可手動控制滾筒。
[0014]所述機(jī)架還包括斜撐桿，斜撐桿一端與立柱連接，另一端與水平底座連接。這樣進(jìn)一步提聞了機(jī)架的穩(wěn)固性。
[0015]斜撐桿上設(shè)存放筒。這樣便于綜合傳感器的存放。上述綜合傳感器可以為現(xiàn)有技術(shù)中的各種傳感器。
[0016]所述立柱上設(shè)有能帶動傳動齒輪的手搖把。以備應(yīng)急使用。傳動齒輪式在的立柱上設(shè)有通孔，手搖把與通孔、傳動齒輪相配合，即通過搖動把手能帶動傳動齒輪轉(zhuǎn)動，從而防止電源斷電或電機(jī)不工作時，可以采用手動方式搖起通訊線纜。
[0017]橫梁的兩端設(shè)把手；水平底座底部的四個角處分別設(shè)有滾輪。
[0018]優(yōu)選，所述的綜合傳感器與控制盒電氣連接，當(dāng)設(shè)定傳感器的測量深度后，程序判斷當(dāng)前傳感器深度與設(shè)定深度的差值是否大于一米；如果差值大于一米，則設(shè)定電機(jī)以允許的最高轉(zhuǎn)速運行，傳感器快速向設(shè)定深度靠近；當(dāng)差值小于一米后，切換為分段式PID控制算法，對轉(zhuǎn)速進(jìn)行快速準(zhǔn)確的精細(xì)調(diào)整，精確地達(dá)到指定的深度。
[0019]優(yōu)選，所述的控制機(jī)構(gòu)由直流伺服電機(jī)驅(qū)動器、3.5英寸顯示屏、按鍵鍵盤、MSP430F5529單片機(jī)和12000mAh鋰電池電氣連接構(gòu)成，集裝在控制盒內(nèi)，控制盒固定在橫梁上；控制盒上設(shè)透明的亞克力盒蓋，盒蓋緊扣在盒體上。這樣密封效果好，既方便觀察顯示屏上的數(shù)據(jù)，又能保護(hù)盒體內(nèi)的器件。
[0020]當(dāng)需要測量某一個深度的巖層參數(shù)時，在控制盒內(nèi)設(shè)置好參數(shù)，啟動直流伺服電機(jī)，通過齒輪帶動滾筒旋轉(zhuǎn)，在鉆井中下放通訊線纜及傳感器，到達(dá)要求深度時，電機(jī)停止并鎖定，啟動傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，傳感器測量的數(shù)據(jù)上傳到控制盒內(nèi)主控單元，進(jìn)行存儲；當(dāng)工作完畢之后，反向啟動電機(jī)，將通訊線纜纏繞在滾筒上，傳感器被提升上來。
[0021 ] 本發(fā)明未提及的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0022]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點是構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)簡湊、合理；實現(xiàn)數(shù)字智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，方便現(xiàn)場操作，快速測量鉆孔地質(zhì)參數(shù)，降低勞動強(qiáng)度，提高工作效率；MSP430F5529單片機(jī)利用分段式PID控制算法控制直流伺服電機(jī)，提升、下放傳感器精準(zhǔn)，保證鉆探的順利進(jìn)行，提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0023]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置的立體圖；
圖2是圖1的側(cè)視圖；
圖3是本發(fā)明的單片機(jī)程序控制流程圖；
圖中:1_把手，2-橫梁，3-托架，4-電機(jī)齒輪，5-傳動齒輪，6-直流伺服電機(jī)，7-滾筒，8-按鍵鍵盤，9-盒蓋，10-顯示屏，11-斜撐桿，12-轉(zhuǎn)接頭，13-立柱，14-底座，15-存放筒，16-手搖把，17-滾輪，18-缺口，19-手動剎車。

【具體實施方式】
[0024]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0025]實施例1
如圖所示的智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，包括機(jī)架、通訊線纜、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、綜合傳感器和控制機(jī)構(gòu)；驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括直流伺服電機(jī)6、傳動齒輪5和滾筒7，直流伺服電機(jī)6的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有電機(jī)齒輪4,電機(jī)齒輪4與傳動齒輪5哨合,傳動齒輪5與滾筒7哨合,直流伺服電機(jī)6固定在機(jī)架上，由導(dǎo)線與控制機(jī)構(gòu)連接；通訊線纜一端固定纏繞在滾筒7上，并與控制機(jī)構(gòu)電氣連接，另一端與綜合傳感器連接；
所述的機(jī)架包括水平底座14、立柱13、橫梁2和托架3 ;水平底座14為方形框架；立柱13有兩根，分別設(shè)在水平底座14相對兩邊的中線上、且垂直于水平底座14 ;橫梁2上設(shè)有安裝孔，且位于立柱13頂部；托架3設(shè)在橫梁2下方，且其兩端垂直固定在立柱13上，托架3設(shè)電機(jī)安裝孔；控制機(jī)構(gòu)通過安裝孔安裝在橫梁2上；直流伺服電機(jī)6通過電機(jī)安裝孔安裝在托架3上，傳動齒輪5設(shè)在直流伺服電機(jī)6正對的立柱13上；滾筒7設(shè)在水平底座14與托架3之間；
托架3下方的立柱13上對設(shè)通孔，通孔中心連線與托架3平行；滾筒7由圓柱形筒體和貫穿圓柱形筒體的轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，轉(zhuǎn)軸兩端裝入立柱13的通孔中；滾筒7傳動側(cè)設(shè)有傳動齒輪5嚙合的齒輪；
圓柱形筒體中部設(shè)一缺口 18，通訊線纜由缺口 18進(jìn)入圓柱形筒體內(nèi)部；轉(zhuǎn)軸頭部設(shè)轉(zhuǎn)接頭12,通訊線纜與轉(zhuǎn)接頭12連接，控制機(jī)構(gòu)由導(dǎo)線與轉(zhuǎn)接頭12連接；圓柱形筒體無齒輪端所對應(yīng)的立柱13上設(shè)滾輪17手動剎車19。
[0026]機(jī)架還包括斜撐桿11，斜撐桿11 一端與立柱13連接，另一端與水平底座14連接；斜撐桿11上設(shè)存放筒15 ;所述立柱13上設(shè)有能帶動傳動齒輪5的手搖把16 ;橫梁2的兩端設(shè)把手I ;水平底座14底部的四個角處分別設(shè)有滾輪17。
[0027]控制機(jī)構(gòu)由直流伺服電機(jī)6驅(qū)動器、3.5英寸顯示屏10、按鍵鍵盤8、MSP430F5529單片機(jī)和12000mAh鋰電池電氣連接構(gòu)成，并集裝在控制盒內(nèi)，控制盒固定在橫梁2上；控制盒上設(shè)透明的亞克力盒蓋9，盒蓋9緊扣在盒體上。
[0028]使用時，綜合傳感器通過通訊線纜懸掛地質(zhì)鉆孔的上方，滾筒7在直流伺服電機(jī)6的帶動下，自動卷起和下放通訊線纜和綜合傳感器，以測量鉆孔的深度、溫度和水壓，拍攝鉆孔內(nèi)壁巖層圖像，由通訊線纜將測量數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)娇刂茩C(jī)構(gòu)的顯示屏10上。
[0029]綜合傳感器與控制盒電氣連接，當(dāng)設(shè)定傳感器的測量深度后，程序判斷當(dāng)前傳感器深度與設(shè)定深度的差值是否大于一米；如果差值大于一米，則設(shè)定電機(jī)以允許的最高轉(zhuǎn)速運行，傳感器快速向設(shè)定深度靠近；當(dāng)差值小于一米后，切換為分段式PID控制算法，對轉(zhuǎn)速進(jìn)行快速準(zhǔn)確的精細(xì)調(diào)整，精確地達(dá)到指定的深度。
【權(quán)利要求】
1.一種智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，其特征在于:包括機(jī)架、通訊線纜、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、綜合傳感器和控制機(jī)構(gòu)；驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括直流伺服電機(jī)(6)、傳動齒輪(5)和滾筒(7)，直流伺服電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有電機(jī)齒輪(4),電機(jī)齒輪(4)與傳動齒輪(5)哨合,傳動齒輪(5)與滾筒(7)嚙合，直流伺服電機(jī)(6)固定在機(jī)架上，由導(dǎo)線與控制機(jī)構(gòu)連接，傳動齒輪(5)固定在機(jī)架上；通訊線纜一端固定纏繞在滾筒(7)上，并與控制機(jī)構(gòu)電氣連接，另一端與綜合傳感器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，其特征在于:所述的機(jī)架包括水平底座(14)、立柱(13)、橫梁(2)和托架(3);水平底座(14)為方形框架；立柱(13)有兩根，分別設(shè)在水平底座(14)相對兩邊的中線上、且垂直于水平底座(14);橫梁(2)上設(shè)有安裝孔，且位于立柱(13)頂部；托架(3)設(shè)在橫梁(2)下方，且其兩端垂直固定在立柱(13)上，托架(3)設(shè)電機(jī)安裝孔；控制機(jī)構(gòu)通過安裝孔安裝在橫梁(2)上；直流伺服電機(jī)(6)通過電機(jī)安裝孔安裝在托架(3)上，傳動齒輪(5 )設(shè)在直流伺服電機(jī)(6)正對的立柱(13)上；滾筒(7 )設(shè)在水平底座(14 )與托架(3 )之間。
3.如權(quán)利要求2所述的智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，其特征在于:托架(3)下方的立柱(13)上對設(shè)通孔，通孔中心連線與托架(3)平行；滾筒(7)由圓柱形筒體和貫穿圓柱形筒體的轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，轉(zhuǎn)軸兩端裝入立柱(13)的通孔中；滾筒(7)傳動側(cè)設(shè)有傳動齒輪(5)嚙合的齒輪。
4.如權(quán)利要求3所述的智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，其特征在于:圓柱形筒體中部設(shè)一缺口(18)，通訊線纜由缺口(18)進(jìn)入圓柱形筒體內(nèi)部；轉(zhuǎn)軸頭部設(shè)轉(zhuǎn)接頭(12)，通訊線纜與轉(zhuǎn)接頭(12)連接，控制機(jī)構(gòu)由導(dǎo)線與轉(zhuǎn)接頭(12)連接。
5.如權(quán)利要求4所述的智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，其特征在于:所述圓柱形筒體無齒輪端所對應(yīng)的立柱(13)上設(shè)滾輪(17)手動剎車(19)。
6.如權(quán)利要求2-5任意一項所述的智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，其特征在于:所述機(jī)架還包括斜撐桿(11)，斜撐桿(11) 一端與立柱(13)連接，另一端與水平底座(14)連接。
7.如權(quán)利要求6所述的智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，其特征在于:斜撐桿(11)上設(shè)存放筒(15)。
8.如權(quán)利要求2-5任意一項所述的智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，其特征在于:所述立柱(13)上設(shè)有能帶動傳動齒輪(5)的手搖把(16)。
9.如權(quán)利要求2-5任意一項所述的智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，其特征在于:橫梁(2)的兩端設(shè)把手(I);水平底座(14)底部的四個角處分別設(shè)有滾輪。
10.如權(quán)利要求2-5任意一項所述的智能控制鉆孔地質(zhì)參數(shù)測量裝置，其特征在于:所述的控制機(jī)構(gòu)由直流伺服電機(jī)(6)驅(qū)動器、3.5英寸顯示屏(10)、按鍵鍵盤(8)、MSP430F5529單片機(jī)和12000mAh鋰電池電氣連接構(gòu)成，并集裝在控制盒內(nèi)，控制盒固定在橫梁(2)上；控制盒上設(shè)透明的亞克力盒蓋(9)，盒蓋(9)緊扣在盒體上。
【文檔編號】E21B47/04GK104153762SQ201410391692
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】周志芳, 趙燕容, 王錦國, 王仲夏 申請人:河海大學(xué)