專利名稱：井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀。
背景技術：
井下鉆車與鉆桿的姿態(tài)測量一直是煤礦作業(yè)中的一個重要問題，是保證鉆進方位精確的前提。然而，由于井下工況極其惡劣，受信號屏蔽影響嚴重，GPS等設備無法正常工作，同時地磁場紊亂，傳統(tǒng)的陀螺儀等設備精度大大降低，以MEMS傳感系統(tǒng)為例，由于受磁場干擾的影響，方位角始終無法穩(wěn)定測量；若采用旋轉編碼器，雖不受磁場干擾的影響，但由于鉆車和鉆桿在工作中發(fā)生急劇的機械振動，導致旋轉編碼器計數(shù)產(chǎn)生偏差，影響最終的測量精度。從實際操作來看，一般采用人工測量鉆車與鉆桿姿態(tài)的方式，不僅難以保證測量精度，也降低了生產(chǎn)效率，浪費人力資源。盡管超聲測距技術已趨于成熟，然而要應用到井下鉆車與鉆桿姿態(tài)測量還需要解決兩個問題第一，需要把所測的距離轉化為最終所需的空間姿態(tài)角。從文獻來看，目前在這方面的研究還較少；第二，大多數(shù)超聲測距設備都采用收發(fā)同體的結構，即發(fā)射裝置和接收裝置是在同一個系統(tǒng)內，受同一個處理器的控制，這樣做的好處是處理器能夠方便地區(qū)分通道并且獲知超聲傳輸?shù)臅r間，公開號為CN 101173986A的實用新型專利《一種無盲區(qū)的超聲測距儀》即代表了這樣一種收發(fā)同體的超聲測距儀。但是，井下設備往往要求安裝和拆卸方便，同時出于安全考慮，要求盡量減少額外的線路，若采用收發(fā)同體的結構，發(fā)射探頭和接收探頭間必然存在線路的連接，使系統(tǒng)不夠緊湊。
發(fā)明內容本實用新型在于克服上述不足，提供一種可以保證測量精度、提高生產(chǎn)效率并且節(jié)約人力的井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀包括發(fā)射模塊和接收模塊，所述發(fā)射模塊含有三個發(fā)射探頭！\、T2和T3，所述接收模塊含有兩個接收探頭R1和R2, R1和R2均固定于鉆桿上，所述發(fā)射模塊與接收模塊之間通過紅外信號進行同步。本實用新型井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀，所述接收模塊包括超聲波接收電路、紅外接收電路、溫度傳感器、按鍵模塊和顯示模塊，所述超聲波接收電路包括CX20106A集成芯片及其外圍電路，所述紅外接收電路包括TS0P1838SS3V集成芯片及其外圍電路；所述溫度傳感器采用DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器；所述按鍵模塊包括六個按鍵；所述顯示模塊包括數(shù)碼管組、RS232接口和RS485總線接口。本實用新型井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀，所述發(fā)射模塊和接收模塊均采用STM32F103系列ARM芯片做核心處理器。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是本實用新型井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀采用收發(fā)異體的結構，即發(fā)射裝置和接收裝置分屬兩個獨立的系統(tǒng)，不存在線路的耦合，系統(tǒng)間采用紅外信號進行同步，使設備更緊湊，拆裝更方便，并且滿足安全要求，不僅測量精度高，也提高了生產(chǎn)效率和節(jié)約了人力。

圖I是本實用新型井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀在 煤礦井下巷道內的姿態(tài)角測量示意圖；圖2是發(fā)射探頭與接收探頭的空間坐標關系圖；圖3是發(fā)射探頭與接收探頭紅外與超聲波信號時序圖；圖4是接收探頭在工作狀態(tài)下的程序流程圖；圖5是系統(tǒng)硬件組成框圖；圖6是接收探頭狀態(tài)切換示意圖。
具體實施方式
以下介紹本實用新型的優(yōu)選實施例，該部分僅僅是對本實用新型的舉例說明，而非對本實用新型及其應用或用途的限制。根據(jù)本實用新型得出的其它實施方式，也同樣屬于本實用新型的技術創(chuàng)新范圍。方案中有關參數(shù)的設定也并不表明只有舉例值可以使用。如圖I所示，圖I為本實用新型井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀在煤礦井下巷道內的姿態(tài)角測量示意圖，測量時，發(fā)射模塊設定一個參考空間直角坐標系，將XOY平面設為水平面，所述發(fā)射模塊含有三個發(fā)射探頭!\、T2和T3,1\、T2和T3均位于水平面內，T1位于原點，T2位于X軸正方向并與T1距離為Cl1,T3位于Y軸正方向并與T1距離為d2 ;接收模塊包括兩個接收探頭，分別示為R1和R2，所述兩個接收探頭均固定于鉆桿上，鉆桿與水平面的夾角Θ定為俯仰角、與X軸正向的夾角Φ定為偏航角，俯仰角和偏航角的確定使鉆桿相對于參考坐標系的空間姿態(tài)也得到了確定。如圖2所示，圖2是發(fā)射探頭與接收探頭的空間坐標關系圖，通過超聲測距測得三個發(fā)射探頭與兩個接收探頭之間的距離T1Rp T2R1, T3R1^ T1R2, T2R2和T3R2后，根據(jù)公式(I)和(2)可解出兩個接收探頭的坐標值，再根據(jù)公式(3)和(4)即可解算出鉆桿的俯仰角和偏航角；公式(I)
rP 2 rJ17 D 2 丄 j 2
I一 2 2 Jl\| 十= '
2^!
T1PJ-ZR12 + ^2U= 11 ^L
zi=— X1 — Jf1公式(2)
權利要求1.一種井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀，包括發(fā)射模塊和接收模塊，其特征是所述發(fā)射模塊含有三個發(fā)射探頭Ti、T2和T3，所述接收模塊含有兩個接收探頭R1和R2, R1和R2均固定于鉆桿上，所述發(fā)射模塊與接收模塊之間通過紅外信號進行同步。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀，其特征是所述接收模塊包括超聲波接收電路、紅外接收電路、溫度傳感器、按鍵模塊和顯示模塊，所述超聲波接收電路包括CX20106A集成芯片及其外圍電路，所述紅外接收電路包括TS0P1838SS3V集成芯片及其外圍電路；所述溫度傳感器采用DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器；所述按鍵模塊包括六個按鍵；所述顯示模塊包括數(shù)碼管組、RS232接口和RS485總線接口。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的一種井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀，其特征是所述發(fā)射模塊和接收模塊均采用STM32F103系列ARM芯片做核心處理器。
專利摘要本實用新型涉及一種井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀，包括發(fā)射模塊和接收模塊，所述發(fā)射模塊含有三個發(fā)射探頭T1、T2和T3，所述接收模塊含有兩個接收探頭R1和R2，R1和R2均固定于鉆桿上，所述發(fā)射模塊與接收模塊之間通過紅外信號進行同步。實用新型井下鉆車鉆桿姿態(tài)測量儀采用收發(fā)異體的結構，即發(fā)射裝置和接收裝置分屬兩個獨立的系統(tǒng)，不存在線路的耦合，系統(tǒng)間采用紅外信號進行同步，使設備更緊湊，拆裝更方便，并且滿足安全要求，不僅測量精度高，也提高了生產(chǎn)效率和節(jié)約了人力。
文檔編號G01S3/00GK202512235SQ20122006552
公開日2012年10月31日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權日2012年2月27日
發(fā)明者余意, 李遜, 蒲志強 申請人:江陰中科礦業(yè)安全科技有限公司