CN101377412B - 基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本组发明公开一种基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪及其检测方法，包括：提升装置、深度仪、地面上位机、测量仪及定位装置；测量仪中包括至少一个激光测距模块，各激光测距模块包括两只测距激光器，两只测距激光器成设定夹角分布；定位装置包括两条垂直在井筒中的定位钢丝绳，测量仪能同时沿两条定位钢丝绳移动，由两条定位钢丝绳确定测量仪的定位点始终处于同一条垂直定位线上。本组发明基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪及其检测方法，能够大幅度提高罐道检测精度，并具有效率高，易操作等诸多优点。

Description

基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪及其检测方法

技术领域

本组发明涉及矿山立井井筒的罐道形状检测设备及其一种检测方法。

背景技术

罐道和罐道梁是立井井筒装备的主要组成部分，用于消除容器在提升过程中产生的横向摆动。当钢丝绳断裂或提升过卷时，阻止容器坠落并使之安全制动。井筒装备可分为刚性装备和柔性装备两种。由于井筒变形、安装误差及开采活动影响等原因，井筒和刚性罐道会不可避免地发生变形。倾斜已成为刚性罐道的一种典型故障模式，包括整体变形、整体弯曲、S形弯曲及局部凸起等形式。采用合理的测试技术对罐道变形进行准确、及时地检测并采取有效措施，对减少设备损坏，防止事故发生，确保生产的高效平稳进行具有重要意义。

目前，对罐道形状多采取传统的静态检测方法，如钢丝悬吊法，工具虽然简单，但操作烦琐、精度较低。而目前出现的一些测斜仪，多采用倾角传感器进行检测，由于受到开发成本、恶劣工况所限，尚处于初级阶段。

发明内容

本发明的任务之一是克服上述问题，提供一种基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪。

本发明的任务之二是提供上述基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪的检测方法。

为实现发明任务一，其技术方案是：

基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪，包括：

一用于提升下述测量仪在井筒中升降的提升装置；

一用于测量下述测量仪下放深度的深度仪；

及一用于对下述测量仪获取数据及其它相关数据进行处理的地面上位机；还包括：

一测量仪，测量仪中包括至少一个激光测距模块，各激光测距模块包括测距激光器；

一定位装置，定位装置包括两条垂直在井筒中的定位钢丝绳，测量仪能同时沿两条定位钢丝绳移动，由两条定位钢丝绳确定测量仪的定位点始终处于同一条垂直定位线上。

上述定位装置还包括绞车、定位用滑轮及重锤，从绞车处引出的定位钢丝绳穿经井架上的定位用滑轮，并由固定在定位钢丝绳下端的重锤在井筒中垂直牵拉。

上述每条定位钢丝绳各对应一台绞车、一套定位用滑轮及一个重锤。

上述测量仪，在对应定位钢丝绳的一侧设置定位套环，定位钢丝绳穿经对应的定位套环。

上述激光测距模块为两个，两个激光测距模块分别对应井筒中的左、右侧罐道；上述各激光测距模块均有两只测距激光器，两只测距激光器成设定夹角分布。

为实现发明任务二，其技术解决方案是：

上述基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪的检测方法，包括以下步骤：

a分别下放定位钢丝绳，把两条定位钢丝绳固定在井筒底部，并张紧定位钢丝绳；

b利用提升装置把测量仪下放到井筒中，测量仪沿两条定位钢丝绳移动；

c测量仪在升降过程中，在某一设定时间单位，测量仪的激光测距模块发射出测距激光束测量各激光发射点到罐道壁上对应反射点的距离，根据已知条件和算法，算出罐道到垂直定位线的水平距离，并由深度仪测量出当前测量仪所在的深度数据，保存水平距离值和深度数值；在下一定时上重复上述操作；

d将步骤c中获取的数据提供给地面上位机，由地面上位机进行数据处理得出有关罐道形状的检测结果。

上述步骤c中，还包括：

所述两只测距激光器发射出的激光束夹角a已知，且d₁₀与d₂₀也已知，在某一定时，两只测距激光器同时发射出激光，分别投射到一侧罐道上并反射回来，被激光器接收，由激光测距原理可得出两束激光经过的发射点到反射点之间的距离d₁₁与d₂₁，由此由A、B、C三点构成的三角形已知了两边AC和BC和它们的夹角a，通过三角关系可得出C点距罐道的距离d₀；换算方法是：

d₁＝d₁₁+d₁₀              (1)

d₂＝d₂₁+d₂₀              (2)

$\mathrm{\β}=\∠\mathrm{BAC}=\arctan \frac{d_2\sin a}{d_1-d_2\cos a}---\left(3\right)$

d₀＝d₁cosβ                   (4)

本组发明基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪及其检测方法，能够大幅度提高罐道检测精度，并具有效率高，易操作等诸多优点。

附图说明

图1为本组发明中基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪的一种实施方式结构原理示意图。

图2主要示出了上述实施方式中测量仪等定位和测距原理示意图。

下面结合附图对本组发明进行说明：

具体实施方式

结合图1及图2，一种基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪，包括：

一用于提升下述测量仪1在井筒2中升降的提升装置3。

一用于测量下述测量仪1下放深度的深度仪；可以采用光电码盘测量提升装置中吊系测量仪1的钢丝绳位移的方式，也可以是采用激光测距的方式等等。获取深度数据可通过有线或无线的方式传送到测量仪中。

一用于对下述测量仪获取数据及其它相关数据进行处理的地面上位机4。

一测量仪1，测量仪中包括两个激光测距模块，两个激光测距模块分别对应井筒中的左、右侧罐道11、12，每个激光测距模块包括两只测距激光器5、6，两只测距激光器成设定夹角分布，图2中仅示出了一个激光测距模块。

一定位装置，定位装置包括两台绞车7、两套定位用滑轮8、两条垂直在井筒中的定位钢丝绳9及两个重锤10；每条定位钢丝绳各对应一台绞车、一套定位用滑轮及一个重锤，从绞车处引出的定位钢丝绳穿经井架上的定位用滑轮，并由固定在定位钢丝绳下端的重锤在井筒中垂直牵拉。测量仪1在对应定位钢丝绳的一侧设置定位套环，定位钢丝绳穿经对应定位套环，测量仪通过两侧的定位套环能同时沿两条定位钢丝绳垂直移动，由两条定位钢丝绳确定测量仪的定位点始终处于同一条垂直定位线上。

其测距原理大致是：上述每个测距模块有两只测距激光器，这两只测距激光器发射出的激光束夹角a已知，且d₁₀与d₂₀也已知，重点参看图2。在某一定时，两只测距激光器同时发射出激光，分别投射到一侧罐道上并反射回来，被激光器接收，由激光测距原理可得出两束激光经过的发射点到反射点之间的距离d₁₁与d₂₁，由此由A、B、C三点构成的三角形已知了两边AC和BC和它们的夹角a，通过三角关系可得出C点距罐道的距离d₀。一种换算方法是：

d₁＝d₁₁+d₁₀              (1)

d₂＝d₂₁+d₂₀              (2)

$\mathrm{\β}=\∠\mathrm{BAC}=\arctan \frac{d_2\sin a}{d_1-d_2\cos a}---\left(3\right)$

d₀＝d₁cosβ                    (4)

由于定位钢丝绳和测量仪在水平方向上认为是相对静止的，而定位钢丝绳是静止的，则测量仪上某点的水平位置认为是固定的，其上的任一点都可作为定位点，该点随着测量仪运动所得的轨迹是一条垂直于水平方向的垂线，在这里称之为垂直定位线。上述算法中，其定位点是C，C点的运动轨迹即是垂直定位线。

上述基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪的检测方法，包括以下步骤：

a分别下放定位钢丝绳，把两条定位钢丝绳通过其下端的重锤等物固定在井筒底部，并张紧定位钢丝绳，使之不能摆动；

b利用提升装置把测量仪下放到井筒中，测量仪沿两条定位钢丝绳移动；

c测量仪在升降过程中，在某一设定时间单位，测量仪的两个激光测距模块同时发射出测距激光束分别测量各激光发射点到对应两侧罐道壁上的反射点的距离，根据已知条件和算法，算出罐道到定位线的水平距离，并由深度仪测量出当前测量仪所在的深度数据，保存水平距离值和深度数值；在下一设定时间单位重复上述操作；

d将步骤c中获取的数据实时或后续提供给地面上位机，由地面上位机进行数据处理得出有关罐道形状的检测结果。诸如将步骤c中获取的数据等可通过移动存储设备、实时通信等方式转入到地面上位机进行数据处理，并作出罐道形状及参数显示等。

上述步骤c中，还包括：

所述两只测距激光器发射出的激光束夹角a已知，且d₁₀与d₂₀也已知，在某一定时，两只测距激光器同时发射出激光，分别投射到一侧罐道上并反射回来，被激光器接收，由激光测距原理可得出两束激光经过的发射点到反射点之间的距离d₁₁与d₂₁，由此由A、B、C三点构成的三角形已知了两边AC和BC和它们的夹角a，通过三角关系可得出C点距罐道的距离d₀；换算方法是：

d₁＝d₁₁+d₁₀             (1)

d₂＝d₂₁+d₂₀             (2)

$\mathrm{\β}=\∠\mathrm{BAC}=\arctan \frac{d_2\sin a}{d_1-d_2\cos a}---\left(3\right)$

d₀＝d₁cosβ                   (4)

上述实施方式中，测量仪还可设置一个激光测距模块。

上述实施方式中，各激光测距模块也可设置一只测距激光器或三只以上的测距激光器。

Claims (5)

1.一种基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪，包括：

一用于提升下述测量仪在井筒中升降的提升装置；

一用于测量下述测量仪下放深度的深度仪；

及一用于对下述测量仪获取数据及其它相关数据进行处理的地面上位机；

特征是还包括：

一测量仪，测量仪中包括至少一个激光测距模块，各激光测距模块包括测距激光器；

一定位装置，定位装置包括两条垂直在井筒中的定位钢丝绳，测量仪能同时沿两条定位钢丝绳移动，由两条定位钢丝绳确定测量仪的定位点始终处于同一条垂直定位线上，所述定位装置还包括绞车、定位用滑轮及重锤，从绞车处引出的定位钢丝绳穿经井架上的定位用滑轮，并由固定在定位钢丝绳下端的重锤在井筒中垂直牵拉。

2.根据权利要求1所述的基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪，其特征在于：所述每条定位钢丝绳各对应一台绞车、一套定位用滑轮及一个重锤。

3.根据权利要求2所述的基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪，其特征在于：所述测量仪，在对应定位钢丝绳的一侧设置定位套环，定位钢丝绳穿经对应的定位套环。

4.根据权利要求1所述的基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪，其特征在于：所述激光测距模块为两个，两个激光测距模块分别对应井筒中的左、右侧罐道；所述各激光测距模块均有两只测距激光器，两只测距激光器成设定夹角分布。

5.根据权利要求4所述的基于双钢丝绳定向的罐道形状激光检测仪的检测方法，包括以下步骤：

a分别下放定位钢丝绳，把两条定位钢丝绳固定在井筒底部，并张紧定位钢丝绳；

b利用提升装置把测量仪下放到井筒中，测量仪沿两条定位钢丝绳移动；

c测量仪在升降过程中，在某一设定时间单位，测量仪的激光测距模块发射出测距激光束测量各激光发射点到罐道壁上对应反射点的距离，根据已知条件和算法，算出罐道到垂直定位线的水平距离，并由深度仪测量出当前测量仪所在的深度数据，保存水平距离值和深度数值；在下一定时上重复上述操作；所述已知条件和算法即，所述两只测距激光器发射出的激光束夹角a已知，且d₁₀与d₂₀也已知，在某一定时，两只测距激光器同时发射出激光，分别投射到一侧罐道上并反射回来，被激光器接收，由激光测距原理可得出两束激光经过的发射点到反射点之间的距离d₁₁与d₂₁，由此由A、B、C三点构成的三角形已知了两边AC和BC和它们的夹角a，通过三角关系可得出C点距罐道的水平距离d₀；换算方法是：

d₁＝d₁₁+d₁₀                        (1)

d₂＝d₂₁+d₂₀                        (2)

$\mathrm{\β}=\∠\mathrm{BAC}=\arctan \frac{d_2\sin a}{d_1-d_2\cos a}---\left(3\right)$

d₀＝d₁cosβ                        (4)；

d将步骤c中获取的数据提供给地面上位机，由地面上位机进行数据处理得出有关罐道形状的检测结果，

其中，所述的C点为定位点，所述的A点和B点分别为所述的两只测距激光器在一侧罐道上的反射点，所述的d₁₀和d₂₀分别为所述的两只测距激光器到所述C点的距离。

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