CN108691531B - 一种基于电导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电导原理的工具面角传感器，包括底座和外壳，底座密封外壳侧端口形成密封腔，外壳内侧壁固定着第一电极，密封腔内装入导电溶液，外壳内端面上固定着环形电路舱，电路舱用密封盖密封，电路舱内设有电路板，电路板连接第一电缆一端，第一电缆另一端与第一电极连接，电路舱侧壁上设有至少24个第二电极，所有第二电极内端均连接电路板，且仅有位于最下方的一第二电极外端浸泡于导电溶液构成工作电极，与第一电极连通形成回路，电路板对所有第二电极编号并识别出传感器转动前后回路中工作电极的编号，计算出工具面角。本发明的有益效果：多个第二电极均匀分割转动区域，根据工作电极编号变化计算出工具面角，测量准确，精度高。
Description
技术领域
本发明涉及油气钻井非开挖技术领域，尤其涉及一种基于电导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电导原理的工具面角传感器。
本发明的实施例提供一种基于电导原理的工具面角传感器，包括底座和外壳，所述底座密封所述外壳侧端口并于所述外壳内形成密封腔，所述外壳内侧壁上固定着环形的第一电极，所述密封腔内装入导电溶液，所述第一电极的底部侵泡于所述导电溶液内，所述外壳内端面上固定着环形电路舱，所述电路舱用密封盖密封，所述电路舱内端面上设有电路板，所述电路板连接第一电缆一端，所述第一电缆另一端穿过所述密封盖与所述第一电极连接，所述电路舱侧壁上环绕所述电路舱一圈设有至少24个均匀分布的插孔，每一所述插孔上插入一第二电极，所有第二电极内端均连接所述电路板，位于最下方的一所述第二电极外端浸泡于所述导电溶液内构成工作电极，与所述第一电极连通形成回路，所述电路板对所有第二电极编号，所述工具面角传感器转动使所述导电溶液在所述密封腔中流动进而根据转动的角度选择不同的所述第二电极作为工作电极，所述电路板识别出所述工具面角传感器转动前后回路中工作电极的编号，从而计算出所述电路舱转动角度，即为工具面角。
进一步地，所述电路舱侧壁上环绕所述电路舱一圈设有24～60个均匀分布的插孔，每一所述插孔上插入一第二电极。
进一步地，位于最下方的三所述第二电极浸外端泡于所述导电溶液内，所述电路板选择中间的所述第二电极作为工作电极，当中间的第二电极故障时选择另外两所述第二电极之一作为工作电极。
进一步地，所述电路板还设有第二电缆，所述第二电缆一端连接所述电路板，另一端依次伸出所述电路舱和所述外壳，向外输出工具面角数据。
进一步地，所述电路舱的内端面设有两螺纹孔，所述电路板上设有两固定孔，将所述螺纹孔和所述固定孔一一对齐且在它们中间垫上支座，装入螺钉将所述电路板固定。
进一步地，所述外壳内侧壁上设有环形凹槽，所述第一电极安装于所述凹槽内。
进一步地，所述插孔为阶梯通孔，每一所述阶梯通孔内粘贴有一橡胶环，每一所述橡胶环内插入一所述第二电极，所述橡胶环将所述第二电极抱紧且将所述阶梯通孔密封。
进一步地，所述外壳内端面设有螺纹凹槽，所述电路舱外端面嵌入所述螺纹凹槽且螺纹连接。
进一步地，所述底座内端面设有外螺纹，所述外壳侧端口设有内螺纹，所述外壳与所述底座通过螺纹连接密封且连接端面上设有垫片。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的基于电导原理的工具面角传感器利用导电原理，使用多个第二电极对传感器全部转动区域均匀分割，电路板识别出传感器转动前后工作电极的编号，根据工作电极的编号变化计算出工具面角，测量部件简单，可靠性较高，第二电阻的数量越多精度较高，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是本发明基于电导原理的工具面角传感器的主视图；
图2是本发明基于电导原理的工具面角传感器的右视图；
图3是本发明基于电导原理的工具面角传感器图1中的F-F剖面示意图；
图4是本发明基于电导原理的工具面角传感器的工作原理示意图。
图中：1-外壳、2-底座、3-垫片、4-密封腔、5-第一电极、6-导电溶液、7-电路舱、8-密封盖、9-电路板、10-支座、11-螺钉、12-第一电缆、13-垫圈、14-防水接头、15-橡胶环、16-第二电极、17-第二电缆。
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4，本发明的实施例提供了一种基于电导原理的工具面角传感器，包括外壳1和底座2，所述外壳1侧端口设有内螺纹，所述底座2内端面设有外螺纹，所述外壳1与所述底座2通过螺纹连接密封且连接端面上设有垫片3，所述外壳内1形成密封腔4，所述外壳1内侧壁上设有环形凹槽，所述凹槽内安装有环形的第一电极5，所述密封腔4内装入导电溶液6，所述第一电极5的底部侵泡于所述导电溶液6内。
所述外壳1内端面上固定着环形电路舱7，所述外壳1内端面设有螺纹凹槽，所述电路舱7外端面嵌入所述螺纹凹槽且螺纹连接，所述电路舱7用密封盖8密封，所述电路舱7内端面上设有电路板9，所述电路舱7的内端面设有两螺纹孔，所述电路板9上设有两固定孔，将所述螺纹孔和所述固定孔一一对齐且在它们中间垫上支座10，装入螺钉11将所述电路板9固定，所述电路板9连接第一电缆12一端，所述第一电缆12另一端依次穿过所述密封盖8、一垫圈13和一防水接头14后与所述第一电极5连接，所述防水接头14将所述第一电缆12抱紧且压紧所述垫圈13将所述第一电缆12与所述密封盖8结合处密封。
所述电路舱7侧壁上环绕所述电路舱7一圈设有24个均匀分布的插孔，所述插孔为阶梯通孔，每一所述阶梯通孔内粘贴有一橡胶环15，每一所述橡胶环15内插入一所述第二电极16，所述橡胶环15将所述第二电极16抱紧且将所述阶梯通孔密封，所有第二电极16内端均连接所述电路板9，且仅有位于最下方的一所述第二电极16外端浸泡于所述导电溶液6内构成工作电极，与所述第一电极5连通形成回路，为了提高测量提高精度，防止工作电极故障，可选择设置位于最下方的三所述第二电极16浸外端泡于所述导电溶液6内，所述电路板9选择中间的所述第二电极16作为工作电极，当中间的第二电极16故障时选择另外两所述第二电极16之一作为工作电极，所述工具面角传感器转动使所述导电溶液6在所述密封腔4中流动进而根据转动的角度选择不同的所述第二电极16，与所述第一电极5连通作为工作电极。
所述电路板9对所有第二电极16按顺时针顺序编号1～24，所述电路板9识别出所述工具面角传感器转动前后回路中工作电极16的编号，相邻两所述第二电极16之间的夹角为360°/24＝15°，所述电路板9计算出编号差值并乘以15°，从而得到所述电路舱7转动角度，即为工具面角，所述第二电阻16的数量可根据实际测量需要进行设定，所述第二电阻16的数量越多精度较高，优选24～60个。
所述电路板9还设有第二电缆17，所述第二电缆17一端连接所述电路板9，另一端依次穿过所述电路舱7、所述外壳1、一垫圈13和一防水接头14，所述防水接头14将所述第二电缆17抱紧，并压紧所述垫圈13将所述第二电缆17与所述外壳1的结合处密封，所述第二电缆17用于向外输出工具面角数据。
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 (9)
1.一种基于电导原理的工具面角传感器，其特征在于：包括底座和外壳，所述底座密封所述外壳侧端口并与所述外壳内壁形成密封腔，所述外壳内侧壁上固定着环形的第一电极，所述密封腔内装入导电溶液，所述第一电极的底部侵泡于所述导电溶液内，所述外壳内端面上固定着环形电路舱，所述电路舱用密封盖密封，所述电路舱内端面上设有电路板，所述电路板连接第一电缆一端，所述第一电缆另一端穿过所述密封盖与所述第一电极连接，所述电路舱侧壁上环绕所述电路舱一圈设有至少24个均匀分布的插孔，每一所述插孔上插入一第二电极，所有第二电极内端均连接所述电路板，位于最下方的一所述第二电极外端浸泡于所述导电溶液内构成工作电极，与所述第一电极连通形成回路，所述电路板对所有第二电极编号，所述工具面角传感器转动使所述导电溶液在所述密封腔中流动进而根据转动的角度选择不同的所述第二电极作为工作电极，所述电路板识别出所述工具面角传感器转动前后回路中工作电极的编号，从而计算出所述电路舱转动角度，即为工具面角。
2.如权利要求1所述的一种基于电导原理的工具面角传感器，其特征在于：所述电路舱侧壁上环绕所述电路舱一圈设有24～60个均匀分布的插孔，每一所述插孔上插入一第二电极。
3.如权利要求1所述的一种基于电导原理的工具面角传感器，其特征在于：位于最下方的三所述第二电极浸外端泡于所述导电溶液内，所述电路板选择中间的所述第二电极作为工作电极，当中间的第二电极故障时选择另外两所述第二电极之一作为工作电极。
4.如权利要求1所述的一种基于电导原理的工具面角传感器，其特征在于：所述电路板还设有第二电缆，所述第二电缆一端连接所述电路板，另一端依次伸出所述电路舱和所述外壳，向外输出工具面角数据。
5.如权利要求1所述的一种基于电导原理的工具面角传感器，其特征在于：所述电路舱的内端面设有两螺纹孔，所述电路板上设有两固定孔，将所述螺纹孔和所述固定孔一一对齐且在它们中间垫上支座，装入螺钉将所述电路板固定。
6.如权利要求1所述的一种基于电导原理的工具面角传感器，其特征在于：所述外壳内侧壁上设有环形凹槽，所述第一电极安装于所述凹槽内。
7.如权利要求1所述的一种基于电导原理的工具面角传感器，其特征在于：所述插孔为阶梯通孔，每一所述阶梯通孔内粘贴有一橡胶环，每一所述橡胶环内插入一所述第二电极，所述橡胶环将所述第二电极抱紧且将所述阶梯通孔密封。
8.如权利要求1所述的一种基于电导原理的工具面角传感器，其特征在于：所述外壳内端面设有螺纹凹槽，所述电路舱外端面嵌入所述螺纹凹槽，且所述电路舱外端面与所述螺纹凹槽螺纹连接。
9.如权利要求1所述的一种基于电导原理的工具面角传感器，其特征在于：所述底座内端面设有外螺纹，所述外壳侧端口设有内螺纹，所述外壳与所述底座通过螺纹连接密封且连接端面上设有垫片。
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