CN108612520B - 一种基于光纤原理的工具面角传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于光纤原理的工具面角传感器，包括导轨和支架，导轨内壁设有环形槽，环形槽内安装环形橡胶座，橡胶座内壁沿圆周设有弧形槽，弧形槽内嵌入同轴电缆，同轴电缆为不闭合环形结构，环形槽内放置球体，球体直径等于环形槽的宽度，球体支撑于同轴电缆上，支架内壁和导轨外壁螺纹连接，支架上固定电路板，电路板连接同轴电缆两端，并由一端输入激光信号，于另一端接收激光信号，激光信号在通过同轴电缆受球体压迫部分时会发生改变，电路板检测传感器转动前后激光信号改变位置，并计算出球体绕导轨轴心转动的角度，即为工具面角。本发明的有益效果：利用电磁波在同轴电缆中的传播特性测量工具面角，测量准确，分辨率高。
Description
技术领域
本发明涉及油气钻井非开挖技术领域，尤其涉及一种基于光纤原理的工具面角传感器。
背景技术
近年来，随着中国城镇化的加快，城市管道施工项目与日俱增，而传统的开挖式的管道铺设方式由于存在损坏道路、影响交通及干扰居民等缺点，越来越不适用现代化建设的需求，在此背景下，非开挖技术应用而生。非开挖技术是一种利用非开挖钻机等工具，在不开挖地表的情况下，在地下进行管道铺设的技术。在非开挖施工过程中，当钻机给钻杆提供向前的推力及旋转动力时，此时钻头均匀受到围岩的推力，从而实现直线钻进，当钻机给钻杆仅提供向前的推力时，由于钻头的特殊结构设计，使得钻头受力不均，导致钻孔轨迹研受力方向发生倾斜，此时可通过调整钻头高边工具面角(简称工具面角)来实现钻孔轨迹方位的变化，从而实现钻孔轨迹的造斜。
工具面角通过工具面角传感器测得，而现有的传感器受到诸如精度不高、温漂过大、体积过大及安装精度要求过高等因素限制，无法满足更加精确化的非开挖导向需求，因此，急需研制一种精度较高，且适合非开挖工况环境要求的工具面角传感器。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于光纤原理的工具面角传感器。
本发明的实施例提供一种基于光纤原理的工具面角传感器，包括导轨和支架，所述导轨为环形，所述导轨内壁设有环形槽，所述环形槽内安装环形橡胶座，所述橡胶座内壁沿圆周设有弧形槽，所述弧形槽内嵌入同轴电缆，所述同轴电缆为不闭合环形结构，所述环形槽内放置球体，所述球体直径等于所述环形槽的宽度，所述球体支撑于所述同轴电缆上，所述支架内壁和所述导轨外壁螺纹连接，所述支架上固定电路板，所述电路板连接所述同轴电缆两端，并由所述同轴电缆一端输入激光信号，于另一端接收所述激光信号，所述激光信号在通过所述同轴电缆受所述球体压迫的部分时会发生改变，所述电路板检测出所述工具面角传感器转动前后所述激光信号在所述同轴电缆上改变的位置，并计算出所述球体绕所述导轨轴心转动的角度，即为工具面角。
进一步地，所述同轴电缆两端设置于所述弧形槽的最下部，所述球体支撑于所述同轴电缆两端。
进一步地，所述工具面角传感器还包括外壳和底座，所述外壳侧端口与所述底座螺纹连接，将所述支架和所述导轨密封于所述外壳内部，所述支架侧端面与所述外壳内端面通过多个螺钉连接。
进一步地，所述电路板还连接输出电缆一端，所述输出电缆另一端依次穿过所述支架、所述外壳侧端面、垫片和防水接头，向外输出工具面角数据，所述防水接头抱紧所述输出电缆且压紧所述垫片，将所述外壳密封。
进一步地，所述橡胶座粘贴于所述环形槽内。
进一步地，所述环形槽的深度大于所述球体的直径。
进一步地，所述弧形槽为半圆槽，所述半圆槽的直径与所述同轴电缆的直径相等。
进一步地，所述支架内端面设有两螺纹孔，所述电路板上设有两穿孔，将所述穿孔与所述螺纹孔一一对齐并在它们之间垫上支座，螺钉依次穿过所述穿孔和所述支座旋入所述螺纹孔将所述电路板固定。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明基于光纤原理的工具面角传感器利用同轴电缆中电磁波反射技术的基本原理，以及电磁波在同轴电缆中的传播特性测量工具面角，测量精度和分辨率高，避免了温度带来的温漂问题，对非开挖特殊工况环境的适应性较强。
附图说明
图1是本发明一种基于光纤原理的工具面角传感器的主视图；
图2是本发明一种基于光纤原理的工具面角传感器的左视图；
图3是本发明一种基于光纤原理的工具面角传感器图1中A-A向剖面示意图。
图中：1-导轨、2-支架、3-外壳、4-第一螺钉、5-第二螺钉、6-防水接头、7-输出电缆、8-垫片、9-电路板、10-支座、11-橡胶座、12-同轴电缆、13-球体、14-底座、15-垫圈。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1～图3，本发明的实施例提供了一种基于光纤原理的工具面角传感器，包括导轨1、支架2、外壳3和底座14，
所述导轨1为环形，所述导轨1内壁设有环形槽，所述环形槽内粘贴有环形橡胶座11，所述橡胶座11内壁沿圆周设有弧形槽，所述弧形槽为半圆槽，所述弧形槽内嵌入同轴电缆12，所述半圆槽的直径与所述同轴电缆12的直径相等，所述同轴电缆12为不闭合环形结构，所述环形槽内放置球体13，所述球体13直径等于所述环形槽的宽度，所述环形槽的深度大于所述球体13的直径，所述球体13支撑于所述同轴电缆12上且所述球体12可于所述环形槽内滚动。
所述支架2内壁和所述导轨1外壁螺纹连接，所述支架2上固定着电路板9，所述支架2内端面设有两螺纹孔，所述电路板9上设有两穿孔，将所述穿孔与所述螺纹孔一一对齐并在它们之间垫上支座10，第二螺钉5依次穿过所述穿孔和所述支座10旋入所述螺纹孔将所述电路板9固定。
所述外壳3侧端口与所述底座14螺纹连接，且连接端面设有加强密封效果的垫圈15，将所述支架2和所述导轨1密封于所述外壳3内部，所述支架2侧端面与所述外壳3内端面通过多个第一螺钉4连接，所述支架2侧端面与所述外壳3内端面上均设有多个螺纹孔，这些螺纹孔一一对齐并均旋入第一螺钉4将所述支架2固定于所述外壳3上。
所述电路板9连接所述同轴电缆12两端，并由所述同轴电缆12一端输入激光信号，于另一端接收所述激光信号，所述激光信号在通过所述同轴电缆12受所述球体13压迫部分时，所述同轴电缆12该部分因受压迫引起特性阻抗的变化，所述激光信号会发生微量形变及微量位移的改变，所述电路板9检测出所述工具面角传感器转动前后所述激光信号改变的位置，根据两次检测的位置变化计算出所述球体13绕所述导轨1轴心转动的角度，即为工具面角，当所述同轴电缆12两端设置于所述弧形槽的最下部时，所述球体13支撑于所述同轴电缆12两端，所述工具面角传感器转动前所述球体13滚动前未压迫所述同轴电缆12，所述工具面角传感器转动后使所述球体13滚动压迫所述同轴电缆12，根据此时的压迫位置即可确定所述球体13滚动距离，从而计算出所述球体13绕所述导轨1轴心转动的角度。
所述电路板9还连接输出电缆7一端，所述输出电缆7另一端依次穿过所述支架2、所述外壳3侧端面、垫片8和防水接头6，向外输出工具面角数据，所述防水接头6抱紧所述输出电缆7且压紧所述垫片8，将所述外壳3密封。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于光纤原理的工具面角传感器，包括导轨和支架，所述导轨为环形，所述导轨内壁设有环形槽，所述环形槽内安装环形橡胶座，所述橡胶座内壁沿圆周设有弧形槽，其特征在于：所述弧形槽内嵌入同轴电缆，所述同轴电缆为不闭合环形结构，所述环形槽内放置球体，所述球体直径等于所述环形槽的宽度，所述球体支撑于所述同轴电缆上，所述支架内壁和所述导轨外壁螺纹连接，所述支架上固定电路板，所述电路板连接所述同轴电缆两端，并由所述同轴电缆一端输入激光信号，于另一端接收所述激光信号，所述激光信号在通过所述同轴电缆受所述球体压迫的部分时会发生改变，所述电路板检测所述工具面角传感器转动前后所述激光信号在所述同轴电缆上改变的位置，并计算出所述球体绕所述导轨轴心转动的角度，即为工具面角。
2.如权利要求1所述的一种基于光纤原理的工具面角传感器，其特征在于：所述同轴电缆两端设置于所述弧形槽的最下部，所述球体支撑于所述同轴电缆两端。
3.如权利要求1所述的一种基于光纤原理的工具面角传感器，其特征在于：所述工具面角传感器还包括外壳和底座，所述外壳侧端口与所述底座螺纹连接，将所述支架和所述导轨密封于所述外壳内部，所述支架侧端面与所述外壳内端面通过多个螺钉连接。
4.如权利要求3所述的一种基于光纤原理的工具面角传感器，其特征在于：所述电路板还连接输出电缆一端，所述输出电缆另一端依次穿过所述支架、所述外壳侧端面、垫片和防水接头，向外输出工具面角数据，所述防水接头抱紧所述输出电缆且压紧所述垫片，将所述外壳密封。
5.如权利要求1所述的一种基于光纤原理的工具面角传感器，其特征在于：所述橡胶座粘贴于所述环形槽内。
6.如权利要求1所述的一种基于光纤原理的工具面角传感器，其特征在于：所述环形槽的深度大于所述球体的直径。
7.如权利要求1所述的一种基于光纤原理的工具面角传感器，其特征在于：所述弧形槽为半圆槽，所述半圆槽的直径与所述同轴电缆的直径相等。
8.如权利要求1所述的一种基于光纤原理的工具面角传感器，其特征在于：所述支架内端面设有两螺纹孔，所述电路板上设有两穿孔，将所述穿孔与所述螺纹孔一一对齐并在它们之间垫上支座，螺钉依次穿过所述穿孔和所述支座旋入所述螺纹孔将所述电路板固定。
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