CN105840171B - 一种非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置，包括地下检测发射单元和地面接收单元，所述地下检测发射单元整体为一圆柱状的短节，其前端通过螺纹连接固定在钻杆上，其后端通过螺纹连接固定在扩孔钻头上，钻杆通过短节将轴压和扭矩传递到扩孔钻头，为扩孔钻头提供扩张动力。地下检测发射单元用于检测泥浆压力、钻杆拉力、钻具扭矩和转速等参数，并将参数调制成甚低频信号通过天线发射出去；所述的地面接收单元位于地面上，用于接收信号并进行处理后显示出来，供地面人员读取使用。本发明提供的装置能即时获取地下扩孔过程中的有效数据，有效改进施工工艺，避免施工事故，提高施工效率。
Description
技术领域
本发明提供了一种用于实时监测非开挖扩孔孔底钻进参数的监测装置，该装置可广泛应用于水平定向钻进拖管施工的电力、通信、燃气、自来水管线等领域中。
背景技术
非开挖在城市管线铺设中的作用越来越大，尤其是在发达地区市政建设中，开挖限制、过江过河、穿越道路建筑等环境下有不可替代的作用。不同区域，不同地层非开挖扩孔施工对钻头直径、泥浆压力、转速、钻压和扭矩的要求也不尽相同，在施工中需要针对性调整。实时掌握地下扩孔钻头处钻进参数，能够及时预判地层特性，从而对钻进工艺进行及时调整，预防因工艺不匹配造成的安全生产事故。
现有技术中，尚无法对非开挖扩孔钻头处进行检测并无线发射的设备，继而无法第一时间获得地下钻进参数。只有获得针对性的数据，才能得到钻进工艺和地下参数的匹配性，保证非开挖扩孔施工的安全可靠进行，减少施工安全事故。
基于此，目前亟需一种能够检测非开挖扩孔孔底钻进参数和信号发射接收装置，以能获取地下扩孔过程中有效数据，有效改进施工工艺，避免施工事故，提高施工效率。
发明内容
本发明提供了一种非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置，解决了背景技术中的不足，该装置能即时获取地下扩孔过程中的有效数据，有效改进施工工艺，避免施工事故，提高施工效率。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置，包括地下检测发射单元和地面接收单元，所述地下检测发射单元整体为一圆柱状的短节，其前端通过螺纹连接固定在钻杆上，其后端通过螺纹连接固定在扩孔钻头上，钻杆通过短节将轴压和扭矩传递到扩孔钻头，为扩孔钻头提供扩张动力；
所述短节为中空状，其中心部位为电路仓，电路仓内安装有电路部件，电路仓的前端安装有活动的密封盖板，电路仓的后端盖上设置有通孔，通孔中安装有检测探头，检测探头将通孔密封住并通过导线与电路仓内的电路部件连接；所述电路仓的外围均匀分布有沿轴向的贯通的水眼，钻孔内部的泥浆通过水眼流过，并传递泥浆压力；所述短节的外圆面上设置有一处缺口，缺口中安装固定有天线盖板，所述天线盖板与缺口相吻合，缺口中安装有磁棒天线，磁棒天线被天线盖板密封固定于缺口内，短节中设置有一个将缺口与电路仓相连通的导线孔，导线孔中安装有导线，磁棒天线通过导线与电路部件连接；
检测探头检测到扩孔钻头的参数信息并传输至电路部件，电路部件将上述参数信息进行信号调制后通过磁棒天线进行发射，所述的地面接收单元位于地面上，用于接收信号并进行处理后显示出来，供地面人员读取使用。
所述的检测探头包括泥浆压力传感器、转速传感器、扭矩传感器和轴压传感器，所示通孔中设置有螺纹，检测探头通过螺纹连接在通孔上并进行密封，防止浆液渗透到电路仓内。
所述的水眼为圆柱形，且共设置有六个，六个水眼以短节的轴线为中心呈圆形分布。
所述天线盖板为尼龙材料，能够保证低频信号穿透，天线盖板通过固定螺栓与短节相固定，短节和天线盖板之间设置有密封垫，密封垫进行密封，防止浆液渗透至磁棒天线处；所述天线盖板的内侧有铣出的长方体凹槽，磁棒天线位于长方体凹槽内并通过密封胶固定在其中防止串动；所述磁棒天线为铁磁芯，镀绝缘层细铜线缠绕，磁棒天线为低频信号工作方式，其外部有隔离胶带包裹。
所述的低频信号的频率范围为3千赫兹至30千赫兹。
所述地面接收单元包括信号调制电路、显示器、电源、接收天线、固定支架和外壳，固定支架和外壳均为塑料材质，信号调制电路、显示器、电源、接收天线均安装固定于固定支架和外壳上，显示器、电源、接收天线均与信号调制电路电连接，其中接收天线为铁磁芯，镀绝缘层细铜线缠绕，接收天线为低频信号工作方式，外部有隔离胶带包裹，接收天线和磁棒天线的共振频率匹配；所述信号调制电路将接收天线接收到的信号放大、滤波、调制和有效数据转换后提供给显示器；所述显示器为数字单位显示装置，将有效数据连同单位显示出来，供工作人员读取记录；所述电源为220V交流电转24V直流电单元，为信号调制电路提供电压。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明中地下检测发射单元整体为一圆柱状的短节，其前端连接固定在钻杆上，其后端连接固定在扩孔钻头上，钻杆通过短节将轴压和扭矩传递到扩孔钻头，为扩孔钻头提供扩张动力，因此该装置不会对原有的非开挖扩孔孔底钻进作业造成任何影响。在扩孔钻进作业时，检测探头检测到扩孔钻头的参数信息并传输至电路部件，电路部件将上述参数信息进行信号调制后通过磁棒天线进行发射，所述的地面接收单元位于地面上，用于接收信号并进行处理后显示出来，供地面人员读取使用，因此地面人员能够即时获取地下扩孔过程中的有效数据，有效改进施工工艺，避免施工事故，提高施工效率。
附图说明
图1为本发明提供的非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置的整体结构示意图；
图2为地下检测发射单元的结构示意图；
图3为图2的侧视图；
图4为信号发射原理图；
图5为信号接收原理图。
图中：1-地下检测发射单元、2-地面接收单元、3-水眼、4-电路仓、5-检测探头、6-钻杆、7-密封端盖、8-天线盖板、9-密封垫、10-导线孔、11-磁棒天线、12-固定螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
本发明提供的非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置的整体结构如图1所示，包括地下检测发射单元1和地面接收单元2，所述地下检测发射单元1整体为一圆柱状的短节，其前端通过螺纹连接固定在钻杆6上，其后端通过螺纹连接固定在扩孔钻头上，钻杆6通过短节将轴压和扭矩传递到扩孔钻头，为扩孔钻头提供扩张动力。所述扩孔钻头为挤压式扩孔钻头或切削式扩孔钻头，直径200mm至1000mm。
所述短节的结构如图2和图3所示，短节为中空状，其中心部位为电路仓4，电路仓4内安装有电路部件，电路仓的前端安装有活动的密封盖板7，密封盖板7为合金材料，其上设置有外螺纹，密封盖板安装在电路仓前端，用于密封防止浆液渗透到电路仓内，密封盖板前端有内六角孔，供安装拆卸用，用于安装电路板及配套部分。
电路仓的后端盖上设置有通孔，通孔中安装有检测探头5，检测探头5将通孔密封住并通过导线与电路仓内的电路部件连接；所述的检测探头5包括泥浆压力传感器、转速传感器、扭矩传感器和轴压传感器，所示通孔中设置有螺纹，检测探头通过螺纹连接在通孔上并进行密封，防止浆液渗透到电路仓内。
所述电路仓4的外围均匀分布有沿轴向的贯通的水眼3，钻孔内部的泥浆通过水眼3流过，并传递泥浆压力；所述的水眼为圆柱形，且共设置有六个，六个水眼以短节的轴线为中心呈圆形分布。
所述短节的外圆面上设置有一处缺口，缺口中安装固定有天线盖板8，所述天线盖板8与缺口相吻合，缺口中安装有磁棒天线11，磁棒天线11被天线盖板密封固定于缺口内，短节中设置有一个将缺口与电路仓相连通的导线孔10，导线孔10中安装有导线，磁棒天线11通过导线与电路部件连接。所述天线盖板8为尼龙材料，能够保证低频信号穿透，天线盖板通过固定螺栓12与短节相固定，短节和天线盖板之间设置有密封垫9，密封垫9进行密封，防止浆液渗透至磁棒天线处；所述天线盖板8的内侧有铣出的长方体凹槽，磁棒天线位于长方体凹槽内并通过密封胶固定在其中防止串动；所述磁棒天线为铁磁芯，镀绝缘层细铜线缠绕，磁棒天线为低频信号工作方式，其外部有隔离胶带包裹。所述的低频信号的频率范围为3千赫兹至30千赫兹。
检测探头检测到扩孔钻头的参数信息并传输至电路部件，电路部件将上述参数信息进行信号调制后通过磁棒天线进行发射，其原理如图4所示。
所述的地面接收单元2位于地面上，用于接收信号并进行处理后显示出来，供地面人员读取使用，其接收原理如图5所示。所述地面接收单元包括信号调制电路、显示器、电源、接收天线、固定支架和外壳，固定支架和外壳均为塑料材质，信号调制电路、显示器、电源、接收天线均安装固定于固定支架和外壳上，显示器、电源、接收天线均与信号调制电路电连接，其中接收天线为铁磁芯，镀绝缘层细铜线缠绕，接收天线为低频信号工作方式，外部有隔离胶带包裹，接收天线和磁棒天线的共振频率匹配；所述信号调制电路将接收天线接收到的信号放大、滤波、调制和有效数据转换后提供给显示器；所述显示器为数字单位显示装置，将有效数据连同单位显示出来，供工作人员读取记录；所述电源为220V交流电转24V直流电单元，为信号调制电路提供电压。
Claims (5)
1.一种非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置，其特征在于：包括地下检测发射单元和地面接收单元，所述地下检测发射单元整体为一圆柱状的短节，其前端通过螺纹连接固定在钻杆上，其后端通过螺纹连接固定在扩孔钻头上，钻杆通过短节将轴压和扭矩传递到扩孔钻头，为扩孔钻头提供扩张动力；
所述短节为中空状，其中心部位为电路仓，电路仓内安装有电路部件，电路仓的前端安装有活动的密封盖板，电路仓的后端盖上设置有通孔，通孔中安装有检测探头，检测探头将通孔密封住并通过导线与电路仓内的电路部件连接；所述电路仓的外围均匀分布有沿轴向的贯通的水眼，钻孔内部的泥浆通过水眼流过，并传递泥浆压力；所述短节的外圆面上设置有一处缺口，缺口中安装固定有天线盖板，所述天线盖板与缺口相吻合，缺口中安装有磁棒天线，磁棒天线被天线盖板密封固定于缺口内，短节中设置有一个将缺口与电路仓相连通的导线孔，导线孔中安装有导线，磁棒天线通过导线与电路部件连接；
检测探头检测到扩孔钻头的参数信息并传输至电路部件，电路部件将上述参数信息进行信号调制后通过磁棒天线进行发射，所述的地面接收单元位于地面上，用于接收信号并进行处理后显示出来，供地面人员读取使用；
所述检测探头包括泥浆压力传感器、转速传感器、扭矩传感器和轴压传感器，所述通孔中设置有螺纹，检测探头通过螺纹连接在通孔上并进行密封，防止浆液渗透到电路仓内。
2.根据权利要求1所述的非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置，其特征在于：所述的水眼为圆柱形，且共设置有六个，六个水眼以短节的轴线为中心呈圆形分布。
3.根据权利要求1所述的非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置，其特征在于：所述天线盖板为尼龙材料，能够保证低频信号穿透，天线盖板通过固定螺栓与短节相固定，短节和天线盖板之间设置有密封垫，密封垫进行密封，防止浆液渗透至磁棒天线处；所述天线盖板的内侧有铣出的长方体凹槽，磁棒天线位于长方体凹槽内并通过密封胶固定在其中防止串动；所述磁棒天线为铁磁芯，镀绝缘层细铜线缠绕，磁棒天线为低频信号工作方式，其外部有隔离胶带包裹。
4.根据权利要求3所述的非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置，其特征在于：所述的低频信号的频率范围为3千赫兹至30千赫兹。
5.根据权利要求1所述的非开挖扩孔孔底钻进参数实时监测装置，其特征在于：所述地面接收单元包括信号调制电路、显示器、电源、接收天线、固定支架和外壳，固定支架和外壳均为塑料材质，信号调制电路、显示器、电源、接收天线均安装固定于固定支架和外壳上，显示器、电源、接收天线均与信号调制电路电连接，其中接收天线为铁磁芯，镀绝缘层细铜线缠绕，接收天线为低频信号工作方式，外部有隔离胶带包裹，接收天线和磁棒天线的共振频率匹配；所述信号调制电路将接收天线接收到的信号放大、滤波、调制和有效数据转换后提供给显示器；所述显示器为数字单位显示装置，将有效数据连同单位显示出来，供工作人员读取记录；所述电源为220V交流电转24V直流电单元，为信号调制电路提供电压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20191001 |