CN108896005A - 一种基于电阻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阻原理的工具面角传感器，包括壳体、右端盖和左端盖，壳体内壁设有两环形凹槽，两凹槽内分别安装第一电阻条和第二电阻条，右端盖设有轴向的环形延伸部，右端盖密封壳体右端口，且延伸部外壁与壳体内壁之间形成环形腔，环形腔的最底部放置导电棒，导电棒一端支撑于第一电阻条上，另一端支撑于第二电阻条上，左端盖密封壳体左端口且内端面上固定有电路板，电路板连接第一电阻条一端和第二电阻条相对的一端形成电阻回路，电路板测量出导电棒滚动前后电阻变化从而计算出导电棒绕着环形腔的轴线转动的角度，即为工具面角。本发明的有益效果：利用电阻原理中电阻阻值与电阻长度的正比关系，可准确测量出工具面角。

Description

一种基于电阻原理的工具面角传感器
技术领域
本发明涉及油气钻井非开挖施技术领域，尤其涉及一种基于电阻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阻原理的工具面角传感器。
本发明的实施例提供一种基于电阻原理的工具面角传感器，包括壳体、右端盖和左端盖，所述壳体内壁设有两环形凹槽，两所述凹槽内分别安装第一电阻条和第二电阻条，所述第一电阻条与所述第二电阻条相对设置且均为断开的环状结构，所述右端盖设有轴向的环形延伸部，所述右端盖密封所述壳体右端口，且所述延伸部外壁与所述壳体内壁之间形成环形腔，所述环形腔的最底部放置导电棒，所述导电棒一端支撑于所述第一电阻条上，另一端支撑于所述第二电阻条上，所述左端盖密封所述壳体左端口且内端面上固定有电路板，所述电路板连接所述第一电阻条一端，并连接所述第二电阻条与所述第一电阻条相对应的一端，而形成电阻回路，所述导电棒滚动时两端同步运动，所述电路板测量出所述导电棒滚动前后所述电阻回路中所述第一电阻条和所述第二电阻条接入的电阻阻值，并计算出电阻阻值的改变量，根据改变量计算出所述导电棒滚动的距离，从而计算出所述导电棒绕着所述环形腔的轴线转动的角度，即为工具面角。
进一步地，所述壳体内壁设有直流电源，所述直流电源两极分别连接所述第一电阻条一端和所述第二电阻条相对的一端形成电阻回路。
进一步地，所述工具面角传感器还包括输出电缆，所述左端盖中部设有阶梯螺纹孔，所述阶梯螺纹孔的阶梯轴上安放垫片，所述输出电缆一端连接所述电路板，另一端穿过所述阶梯螺纹孔和防水接头，向外输出工具面角数据，所述防水接头压紧所述垫片将所述阶梯螺纹孔密封。
进一步地，所述左端盖的内端面和所述电路板上均设有多个螺纹孔，将所有螺纹孔对齐并用螺栓锁紧。
进一步地，所述第一电阻条与所述第二电阻条长度相等。
进一步地，所述第一电阻条和所述第二电阻条分别粘接于两所述凹槽内，且所述第一电阻条的中点与其所在凹槽的最低点重合，所述第二电阻条的中点与其所在凹槽的最低点重合。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的基于电阻原理的工具面角传感器利用电阻原理中电阻阻值与电阻长度的正比关系，将钻杆偏移的工具面角转移到电阻长度的变化，进行测量，测量部件简单，可靠性较高，利用电阻条的阻值不同进行电阻的测量，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是本发明基于电阻原理的工具面角传感器主视图；
图2是本发明基于电阻原理的工具面角传感器左视图；
图3是图1中第二电阻条6的安装示意图；
图4本发明基于电阻原理的工具面角传感器的工作原理示意图。
图中：1-壳体、2-右端盖、3-左端盖、4-凹槽、5-第一电阻条、6-第二电阻条、7-延伸部、8-第一O形圈、9-导电棒、10-第二O形圈、11-电路板、12-输出电缆、13-防水接头。
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阻原理的工具面角传感器，包括壳体1、右端盖2和左端盖3。
所述壳体1内壁设有两环形凹槽4，两所述凹槽4内分别安装圆弧形的第一电阻条5和第二电阻条6，所述第一电阻条5与所述第二电阻条6相对设置且均为断开的环状结构，所述第一电阻条5与所述第二电阻条6长度相等，且所述第一电阻条5的中点与其所在凹槽4的最低点重合，所述第二电阻条6的中点与其所在凹槽4的最低点重合，所述第一电阻条5的两端与所述第二电阻条6的两端分别对应。
所述右端盖2设有轴向的环形延伸部7，所述右端盖2通过螺纹连接所述壳体1右端口进行密封，连接处设有第一O形圈8加强密封效果，且所述延伸部7外壁与所述壳体1内壁之间形成环形腔，所述环形腔的最底部放置导电棒9，所述导电棒9一端支撑于所述第一电阻条5上，另一端支撑于所述第二电阻条6上。
所述左端盖3通过螺纹连接所述壳体1左端口进行密封，连接处设有第二O形圈10加强密封效果，所述左端盖3的内端面上设有电路板11，所述左端盖3的内端面和所述电路板11上均设有多个螺纹孔，将所有螺纹孔对齐并，在相对的两所述螺纹孔之间垫上支座12，然后螺栓旋入将所述电路板11锁紧，所述电路板11上设有输出电缆12，所述左端盖3中部设有阶梯螺纹孔，所述阶梯螺纹孔的阶梯轴上安放垫片，所述输出电缆12一端连接所述电路板11，另一端穿过所述阶梯螺纹孔和防水接头13，向外输出工具面角数据，所述防水接头13压紧所述垫片将所述阶梯螺纹孔密封，所述壳体1内壁上设有直流电源，所述直流电源两极分别连接所述第一电阻条5一端和所述第二电阻条6与所述第一电阻条5相对的一端形成电阻回路，所述电路板11连接所述电阻回路。
所述工具面角传感器安装于钻杆上，钻孔前，所述电路板11测量电阻回路中所述第一电阻条5和所述第二电阻条6接入的电阻阻值，作为初始值，钻孔时所述导电棒9在滚动时两端同步运动，所述电路板11再次测量出电阻回路中所述第一电阻条5和所述第二电阻条6接入的电阻阻值，作为即时值，比较初始值和即时值计算出电阻阻值的改变量，由于电阻阻值与电阻长度的正比关系，因此根据改变量计算出所述导电棒9在所述第一电阻条5和所述第二电阻条6上滚动的距离，即弧长，从而计算出所述导电棒9绕着所述环形腔的轴线转动的角度，即为工具面角。
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 (6)

1.一种基于电阻原理的工具面角传感器，其特征在于：包括壳体、右端盖和左端盖，所述壳体内壁设有两环形凹槽，两所述凹槽内分别安装第一电阻条和第二电阻条，所述第一电阻条与所述第二电阻条相对设置且均为断开的环状结构，所述右端盖设有轴向的环形延伸部，所述右端盖密封所述壳体右端口，且所述延伸部外壁与所述壳体内壁之间形成环形腔，所述环形腔的最底部放置导电棒，所述导电棒一端支撑于所述第一电阻条上，另一端支撑于所述第二电阻条上，所述左端盖密封所述壳体左端口且内端面上固定有电路板，所述电路板连接所述第一电阻条一端，并连接所述第二电阻条与所述第一电阻条相对应的一端，而形成电阻回路，所述导电棒滚动时两端同步运动，所述电路板测量出所述导电棒滚动前后所述电阻回路中所述第一电阻条和所述第二电阻条接入的电阻阻值，并计算出电阻阻值的改变量，根据改变量计算出所述导电棒滚动的距离，从而计算出所述导电棒绕着所述环形腔的轴线转动的角度，即为工具面角。
2.如权利要求1所述的一种基于电阻原理的工具面角传感器，其特征在于：所述壳体内壁设有直流电源，所述直流电源两极分别连接所述第一电阻条一端和所述第二电阻条相对的一端形成电阻回路。
3.如权利要求1所述的一种基于电阻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输出电缆，所述左端盖中部设有阶梯螺纹孔，所述阶梯螺纹孔的阶梯轴上安放垫片，所述输出电缆一端连接所述电路板，另一端穿过所述阶梯螺纹孔和防水接头，向外输出工具面角数据，所述防水接头压紧所述垫片将所述阶梯螺纹孔密封。
4.如权利要求1所述的一种基于电阻原理的工具面角传感器，其特征在于：所述左端盖的内端面和所述电路板上均设有多个螺纹孔，将所有螺纹孔对齐并用螺栓锁紧。
5.如权利要求1所述的一种基于电阻原理的工具面角传感器，其特征在于：所述第一电阻条与所述第二电阻条长度相等。
6.如权利要求1所述的一种基于电阻原理的工具面角传感器，其特征在于：所述第一电阻条和所述第二电阻条分别粘接于两所述凹槽内，且所述第一电阻条的中点与其所在凹槽的最低点重合，所述第二电阻条的中点与其所在凹槽的最低点重合。
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