CN108661624A - 一种基于分布电阻的工具面角传感器 - Google Patents

一种基于分布电阻的工具面角传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于分布电阻的工具面角传感器，包括底座和环形导轨，底座设有延伸部，导轨固定于底座侧面，且导轨与延伸部之间形成环形腔，导轨内壁设有相对的两导槽，两导槽内壁均由若干均匀分布的弧槽连接构成，一导槽为导电槽，另一导槽为绝缘槽，绝缘槽的每一弧槽底部嵌有一电极，每一电极连接连接一精密电阻，所有精密电阻阻值相同且串联，环形腔内安放导电棒，底座内侧壁设有电路板，电路板连接导电槽和一精密电阻构成回路，电路板测量出传感器转动前后回路中接入的精密电阻的数量变化并计算出导电棒绕导轨轴心转动的角度，即为工具面角。本发明的有益效果：利用倍增电阻原理进行测量工具面角，测量准确，环境适应性强。

Description

一种基于分布电阻的工具面角传感器
技术领域
本发明涉及油气钻井非开挖施技术领域，尤其涉及一种基于分布电阻的工具面角传感器。
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分布电阻的工具面角传感器。
本发明的实施例提供一种基于分布电阻的工具面角传感器，包括底座、导轨和外壳，底座设有横向的环形延伸部，所述导轨为环形，所述导轨一侧固定于所述底座侧面，且所述导轨内壁与所述延伸部外壁之间形成环形腔，所述导轨内壁设有相对的两导槽，两导槽内壁均由若干均匀分布的弧槽连接构成，一导槽为导电槽，另一导槽为绝缘槽，所述绝缘槽的每一弧槽底部嵌有一电极，每一所述电极连接一导线一端，所述导线另一端穿过所述绝缘槽连接一精密电阻，所有精密电阻阻值相同且串联，所述环形腔内安放导电棒，所述导电棒一端支撑于所述导电槽最下方弧槽，另一端支撑于所述绝缘槽最下方的所述电极，所述导轨的外侧壁固定着电阻卡槽，所述电阻卡槽卡住所有精密电阻将其固定，所述底座内侧壁设有电路板，所述电路板分别连接所述导电槽和一所述精密电阻构成回路，所述外壳内壁与所述导轨外壁螺纹连接，且所述外壳右侧端口被所述底座密封，所述电路板测量出所述工具面角传感器转动前后回路中接入的精密电阻的个数，根据数量变化计算出所述导电棒滚动过的弧槽的个数从而计算出所述导电棒绕所述导轨轴心转动的角度，即为工具面角。
进一步地，所述电路板分别连接所述导电槽和与最下方所述电极连接的所述精密电阻构成回路。
进一步地，所述电路板还连接电缆一端，所述电缆另一端依次穿过所述外壳侧端面、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电缆且压紧所述垫片，将所述外壳密封。
进一步地，所述导电槽为铜质长条，一侧面由若干均匀分布的弧槽连接构成，另一相对侧面沿着所述导轨内壁圆周粘贴。
进一步地，所述绝缘槽为长条状，一侧面由若干均匀分布的弧槽连接构成，另一相对侧面沿着所述导轨内壁圆周粘贴。
进一步地，所述导轨内壁设有相对的两环形凹槽，一所述凹槽内安装所述导电槽，另一所述凹槽内安装所述绝缘槽。
进一步地，所述电阻卡槽为环形，内壁一端与所述导轨外壁螺纹连接，另一端沿着圆周设有若干均匀分布的固定槽，每一所述固定槽内粘贴一所述精密电阻，且使所有精密电阻与所有电极一一对应。
进一步地，所述底座内侧壁设有电路板，所述底座内侧壁设有两螺纹孔，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：本发明的基于分布电阻的工具面角传感器利用倍增电阻原理进行测量工具面角，将钻杆偏移的工具面角通过回路中接入的精密电阻的个数进行反映，进行测量，测量部件简单，可靠性较高，可根据需要设置精密电阻的个数，个数越多精度越高，不存在温漂过大对非开挖特殊工况环境的适应性较强。
附图说明
图1是本发明基于分布电阻的工具面角传感器主视图；
图2是本发明基于分布电阻的工具面角传感器左视图；
图3是本发明基于分布电阻的工具面角传感器图1中A-A剖面示意图；
图4是图1中绝缘槽2的示意图；
图5是图1中导电槽12的示意图；
图6是本发明基于分布电阻的工具面角传感器的工作原理图。
图中：1-外壳、2-绝缘槽、3-电缆、4-防水接头、5-垫片、6-精密电阻、7-电阻卡槽、8-导轨、9-支座、10-螺钉、11-电路板、12-导电槽、13-底座、14-垫圈、15-导电棒、16-电极。
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分布电阻的工具面角传感器，包括外壳1、导轨8和底座13，
底座13设有横向的环形延伸部，所述导轨8为环形，所述导轨8一侧固定于所述底座13侧面，且所述导轨8内壁与所述延伸部外壁之间形成环形腔，所述导轨8内壁设有相对的两导槽，一导槽为导电槽12，所述导电槽12为铜质长条，一侧面由若干均匀分布的弧槽连接构成，另一相对侧面沿着所述导轨8内壁圆周粘贴，另一导槽为绝缘槽2，所述绝缘槽2为长条状，一侧面由若干均匀分布的弧槽连接构成，另一相对侧面沿着所述导轨8内壁圆周粘贴。
两所述导槽的另一种安装方式为：所述导轨8内壁设有相对的两环形凹槽，一所述凹槽内安装所述导电槽12，另一所述凹槽内安装所述绝缘槽2。
请参考图4和图5，所述绝缘槽2的每一弧槽底部嵌有一电极16，每一所述电极16连接一导线一端，所述导线另一端穿过所述绝缘槽2连接一精密电阻6，所有精密电阻6阻值相同且串联，所述环形腔内安放导电棒15，所述导电棒15一端支撑于所述导电槽12最下方弧槽，另一端支撑于所述绝缘槽2最下方的所述电极16，所述导电棒15在滑动时两端同步运动，所述导轨8的外侧壁固定着电阻卡槽7，所述电阻卡槽7为环形，内壁一端与所述导轨8外壁螺纹连接，另一端沿着圆周设有若干均匀分布的固定槽，将每一所述精密电阻6粘贴于一所述固定槽内，且使所有精密电阻6与所有电极16一一对应，所述电阻卡槽7卡住所有精密电阻6将其固定。
所述底座13内侧壁设有电路板11，所述底座13内侧壁设有两螺纹孔，所述电路板11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9，螺钉依次穿过所述穿孔和所述支座9旋入所述螺纹孔将所述电路板11固定，所述外壳1内壁与所述导轨8外壁螺纹连接，且所述外壳1右侧端口被所述底座13密封且封口处设有加强密封效果的垫圈14。
请参考图6，所述电路板11分别连接所述导电槽12和一所述精密电阻6构成回路，图中虚线框部分，这里所述电路板11连接的精密电阻6优先选择连接最下方所述电极16连接的所述精密电阻6，图中VCC和GND均从所述电路板11中引出，其中VCC表示电源正极，GND表示电源负极，所述电路板11测量出所述工具面角传感器转动前后回路中电阻阻值，由于回路中所有精密电阻6的阻值相同，可由回路中电阻阻值的差值计算出新接入的精密电阻6的数量，从而判断出所述导电棒15滚动过的弧槽的个数，计算出所述导电棒15绕所述导轨8轴心转动的角度，即为工具面角。
所述电路板11还连接电缆3一端，所述电缆3另一端依次穿过所述外壳1侧端面、垫片5和防水接头4，向外输出工具面角数据，所述防水接头4抱紧所述电缆3且压紧所述垫片5，将所述外壳1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)

1.一种基于分布电阻的工具面角传感器，其特征在于：包括底座、导轨和外壳，所述底座设有横向的环形延伸部，所述导轨为环形，所述导轨一侧固定于所述底座侧面，且所述导轨内壁与所述延伸部外壁之间形成环形腔，所述导轨内壁设有相对的两导槽，两导槽内壁均由若干均匀分布的弧槽连接构成，一导槽为导电槽，另一导槽为绝缘槽，所述绝缘槽的每一弧槽底部嵌有一电极，每一所述电极连接一导线一端，所述导线另一端穿过所述绝缘槽连接一精密电阻，所有精密电阻阻值相同且串联，所述环形腔内安放导电棒，所述导电棒一端支撑于所述导电槽最下方弧槽，另一端支撑于所述绝缘槽最下方的所述电极，所述导轨的外侧壁固定着电阻卡槽，所述电阻卡槽卡住所有精密电阻将其固定，所述底座内侧壁设有电路板，所述电路板分别连接所述导电槽和一所述精密电阻构成回路，所述外壳内壁与所述导轨外壁螺纹连接，且所述外壳右侧端口被所述底座密封，所述电路板测量出所述工具面角传感器转动前后回路中接入的精密电阻的数量变化，根据数量变化计算出所述导电棒滚动过的弧槽个数从而计算出所述导电棒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所述的一种基于分布电阻的工具面角传感器，其特征在于：所述电路板分别连接所述导电槽和与最下方所述电极连接的所述精密电阻构成回路。
3.如权利要求1所述的一种基于分布电阻的工具面角传感器，其特征在于：所述电路板还连接电缆一端，所述电缆另一端依次穿过所述外壳侧端面、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电缆且压紧所述垫片，将所述外壳密封。
4.如权利要求1所述的一种基于分布电阻的工具面角传感器，其特征在于：所述导电槽为铜质长条，一侧面由若干均匀分布的弧槽连接构成，另一相对侧面沿着所述导轨内壁圆周粘贴。
5.如权利要求1所述的一种基于分布电阻的工具面角传感器，其特征在于：所述绝缘槽为长条状，一侧面由若干均匀分布的弧槽连接构成，另一相对侧面沿着所述导轨内壁圆周粘贴。
6.如权利要求1所述的一种基于分布电阻的工具面角传感器，其特征在于：所述导轨内壁设有相对的两环形凹槽，一所述凹槽内安装所述导电槽，另一所述凹槽内安装所述绝缘槽。
7.如权利要求1所述的一种基于分布电阻的工具面角传感器，其特征在于：所述电阻卡槽为环形，内壁一端与所述导轨外壁螺纹连接，另一端沿着圆周设有若干均匀分布的固定槽，每一所述固定槽内粘贴一所述精密电阻，且使所有精密电阻与所有电极一一对应。
8.如权利要求1所述的一种基于分布电阻的工具面角传感器，其特征在于：所述底座内侧壁设有电路板，所述底座内侧壁设有两螺纹孔，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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