CN109707372A - 一种基于六轴mems传感器的钻机开孔定向测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，包括定向仪及与定向仪通讯连接的巡检仪，定向仪与钻机钻杆的连接套可拆卸连接，巡检仪为设有显示模块及按键的手持端，所述定向仪设有两个相互垂直的开孔，所述开孔内设有激光模块，定向仪内还设有六轴MEMS传感器模块及主板，所述激光模块及六轴MEMS传感器模块连接主板。本发明设有两个终端，使用灵活，安装方便，定向仪为主要的测量部件，通过激光模块及六轴MEMS传感器模块获取所需角度等信息，巡检仪为手持端，可远程控制定向仪，并显示对应的数据。

Description

一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置

技术领域

本发明涉及矿山勘探钻孔测量定位技术领域，特别涉及一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置。

背景技术

矿山勘探、开采过程中，钻探作业是必不可少的的手段，勘探钻探可以确定矿体的储量状况，有没有开采价值，开采期间，钻探可以明确矿藏、岩石、含水层的分布状况，为矿山的地质分析、安全生产提供依据，钻孔的方位角、倾角是钻孔定位的重要因素。目前钻孔角度定位大部分还是采用现场吊线加角度尺对方位角、倾角进行调整，操作过程中角度对准、度数读取人为因素影响大，角度准确性难以得到保证，钻孔实时工况记录不够准确、完整，因此简便、实用、准确、安全、功能完善的矿用钻机开孔定向测量显示装置对钻孔定位效率准确性具备重要意义。

申请公布号CN104343437A的发明专利——基于激光陀螺的钻孔轨迹测量装置及方法，一种基于激光陀螺的钻孔轨迹测量装置及方法，涉及油气抽采、勘探、灾害防治等领域长深钻孔轨迹测量。所述的基于激光陀螺技术的钻孔轨迹测量装置由激光陀螺模组、监测主模组、电源模组、通讯接口以及钻杆式固定支架组成。钻孔轨迹测量装置安装于钻头和钻杆之间，在钻进和退钻过程中实时测量并记录倾角、方位角、位置参数，可据此计算钻孔轨迹、钻孔深度、钻进或退钻过程及速度参数，也可进行钻孔后期测量。

申请公布号CN106321074A的发明专利——基于光学引擎的随钻测斜仪器及其测量装置，一种基于光学引擎的随钻测斜仪器及其测量装置，该测量装置包括密封缸筒、固定支架、重力杆、光学引擎，光学引擎封装内固定有激光二极管、光学透镜组件和传感器。

受权公告号CN104088625B的发明专利——煤矿井下钻孔无线随钻轨迹和孔深测量装置及方法，一种煤矿井下钻孔无线随钻轨迹和孔深测量装置，它包括现场主机、钻杆、第一无磁钻杆、第二无磁钻杆、第三无磁钻杆、钻头、钻机、设置在第二无磁钻杆中的探头、第一应力波信号发射器和第一应力波信号接收器，现场主机连接第一应力波信号发射器和第一应力波信号接收器；探头包括探头壳体、设置在探头壳体内的第二应力波信号发射器、第二应力波信号发射器驱动模块、第二应力波信号接收器、第二应力波信号处理模块、单片机和三维罗盘，第一应力波信号发射器与第二应力波信号接收器无线通信，第一应力波信号接收器与第二应力波信号发射器无线通信。

申请公布号CN105239997A的发明专利——一种钻孔开孔方位角、倾角定位装置及其定位方法，一种钻孔开孔方位角、倾角定位装置及其定位方法，包括基座单元、调节单元、倾角测量单元和方位角测量单元，倾角测量单元用于测量钻孔开孔的倾角，方位角测量单元用于测量钻孔开孔的方位角。

上述矿用角度测量设备为随钻轨迹测量和测斜装置，受权公告号CN104088625B的发明专利——煤矿井下钻孔无线随钻轨迹和孔深测量装置及方法采用三维罗盘测角，引力波信号传输，三维罗盘测角存在井下测量受地磁影响大，申请公布号CN106321074A的发明专利——基于光学引擎的随钻测斜仪器及其测量装置和申请公布号CN104343437A的发明专利——基于激光陀螺的钻孔轨迹测量装置及方法，采用光学方式和激光陀螺仪进行测角测量，这2种方法成本高、安装调试复杂，申请公布号CN105239997A的发明专利——一种钻孔开孔方位角、倾角定位装置及其定位方法，角度采用光学机械装置调整、刻度盘读数的方式进行角度测量，测量精度低、人为影响因素大。

发明内容

针对现有技术抗干扰性差，成本高，精度低，人为影响因素较大的问题，本发明提供了一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，具有两个终端设备，使用灵活，安装方便，且通过激光模块及六轴MEMS传感器模块的配合使用，提高了测量精度及抗干扰性，且减少了人为因素的影响，同时成本较低。

以下是本发明的技术方案。

一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，包括定向仪及与定向仪通讯连接的巡检仪，定向仪与钻机钻杆的连接套可拆卸连接，巡检仪为设有显示模块及按键的手持端，所述定向仪设有两个相互垂直的开孔，所述开孔内设有激光模块，定向仪内还设有六轴MEMS传感器模块及主板，所述激光模块及六轴MEMS传感器模块连接主板。本发明设有两个终端，使用灵活，安装方便，定向仪为主要的测量部件，通过激光模块及六轴MEMS传感器模块获取所需角度等信息，巡检仪为手持端，可远程控制定向仪，并显示对应的数据。

进一步的，所述定向仪为长方体，第一开孔设置在长方体一端的底面，第二开孔设置在长方体的一侧面，开孔方向均与其所在的平面垂直，定向仪的另一端与钻杆连接套可拆卸连接。

进一步的，所述定向仪的激光模块包括轴线激光定位模块及十字线激光定位模块，所述轴线激光定位模块对准第一开孔，所述十字线激光定位模块对准第二开孔。十字线激光定位模块与矿井坑道顶部基准线对准，进行方位角初始化定位，初始化定位结束后，将定向仪安装在连接套上，轴线激光定位模块的光点与矿井工作面钻孔点向重合，获取准确的钻孔角度，该模块抗干扰性强，精度高，成本低。

进一步的，所述十字线激光定位模块包括发射端以及全反射镜，所述发射端连接主板，发射端的发射方向与轴线激光定位模块的发射方向相反，全反射镜位于发射端前，全反射镜的出射方向对准第二开孔。由于定向仪的内部空间有限，如直接将十字线激光定位模块的发射端发射方向对准第二开孔，会导致无法容纳或容纳后整个定向仪体积过大，因此在设计时，使其发射端的发射方向与轴线激光定位模块发射方向一致，再通过全反射镜的方式射出，可以有效利用内部空间且不影响实际使用。

进一步的，所述定向仪还设有显示模块及按键模块，所述显示模块及按键模块设置在第二开孔所在的侧面，显示模块及按键模块连接主板。定向仪也设有显示模块及按键模块，可以在一些情况下脱离巡检仪独立操作，方便快捷，提高了适用性。

进一步的，所述定向仪内设有若干支柱，所述主板通过支柱固定。定向仪的工作环境具有一定的不确定性，通过支柱架空主板，支柱能够吸收一定的振动，可以有效保护主板，防止因为碰撞等原因损坏。

进一步的，所述定向仪及巡检仪均设有蓝牙模块，定向仪蓝牙模块连接主板，巡检仪蓝牙模块连接显示模块及按键，定向仪及巡检仪通过蓝牙模块通讯连接。

进一步的，所述定向仪的第一开孔所在的底面厚度大于等于其他面的厚度。第一开孔在使用时是对准矿井工作面钻孔点的，因此更厚的底面可以提高定向仪的可靠性。

进一步的，所述定向仪以及巡检仪的显示模块为OLED屏幕。

进一步的，所述定向仪的按键模块及巡检仪的按键均为薄膜按键。

本发明的有益效果为：使用灵活，安装方便，精确度高，可靠性高，抗干扰性强，成本低。

附图说明

图1为本发明实施例的整体示意图；

图2为本发明实施例的定向仪结构示意图；

图中包括：1-定向仪、2-巡检仪、3-显示模块、4-按键、5-六轴MEMS传感器模块、6-轴线激光定位模块、7-十字线激光定位模块、8-主板、9-按键模块、10-蓝牙模块、11-全反射镜、12-第一开孔、13-第二开孔。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

实施例：如图1所示为一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，包括定向仪1及与定向仪1通讯连接的巡检仪2，定向仪1与钻机钻杆的连接套可拆卸连接，巡检仪2为设有显示模块3及按键4的手持端，所述定向仪1设有两个相互垂直的开孔，所述开孔内设有激光模块，定向仪1内还设有六轴MEMS传感器模块5及主板8，所述激光模块及六轴MEMS传感器模块5连接主板8。本实施例设有两个终端，使用灵活，安装方便，定向仪1为主要的测量部件，通过激光模块及六轴MEMS传感器模块5获取所需角度等信息，巡检仪2为手持端，可远程控制定向仪1，并显示对应的数据。

如图2所示，所述定向仪1为长方体，第一开孔12设置在长方体一端的底面，第二开孔13设置在长方体的一侧面，开孔方向均与其所在的平面垂直，定向仪1的另一端与钻杆连接套可拆卸连接。

本实施例中，所述定向仪1的激光模块包括轴线激光定位模块6及十字线激光定位模块7，所述轴线激光定位模块6对准第一开孔12，所述十字线激光定位模块7对准第二开孔13。十字线激光定位模块7与矿井坑道顶部基准线对准，进行方位角初始化定位，初始化定位结束后，将定向仪1安装在连接套上，轴线激光定位模块6的光点与矿井工作面钻孔点向重合，获取准确的钻孔角度，该模块抗干扰性强，精度高，成本低。

本实施例中，所述十字线激光定位模块7包括发射端以及全反射镜11，所述发射端连接主板8，发射端的发射方向与轴线激光定位模块6的发射方向相反，全反射镜11位于发射端前，全反射镜11的出射方向对准第二开孔13。由于定向仪1的内部空间有限，如直接将十字线激光定位模块7的发射端发射方向对准第二开孔13，会导致无法容纳或容纳后整个定向仪1体积过大，因此在设计时，使其发射端的发射方向与轴线激光定位模块6发射方向一致，再通过全反射镜11的方式射出，可以有效利用内部空间且不影响实际使用。

本实施例中，所述定向仪1还设有显示模块3及按键模块9，所述显示模块3及按键模块9设置在第二开孔13所在的侧面，显示模块3及按键模块9连接主板8。定向仪1也设有显示模块3及按键模块9，可以在一些情况下脱离巡检仪2独立操作，方便快捷，提高了适用性。

本实施例中，所述定向仪1内设有若干支柱，所述主板8通过支柱固定。定向仪1的工作环境具有一定的不确定性，通过支柱架空主板8，支柱能够吸收一定的振动，可以有效保护主板8，防止因为碰撞等原因损坏。

本实施例中，所述定向仪1及巡检仪2均设有蓝牙模块10，定向仪1蓝牙模块10连接主板8，巡检仪2蓝牙模块10连接显示模块3及按键，定向仪1及巡检仪2通过蓝牙模块10通讯连接。

本实施例中，所述定向仪1的第一开孔12所在的底面厚度大于其他面的厚度。第一开孔12在使用时是对准矿井工作面钻孔点的，因此更厚的底面可以提高定向仪1的可靠性。

本实施例中，所述定向仪1以及巡检仪2的显示模块3为OLED屏幕。

进一步的，所述定向仪1的按键模块9及巡检仪2的按键均为薄膜按键。

本实施例的有益效果为：使用灵活，安装方便，精确度高，可靠性高，抗干扰性强，成本低。

应当说明的是，该具体实施例仅用于对技术方案的进一步阐述，不用于限定该技术方案的范围，任何基于此技术方案的修改、等同替换和改进等都应视为在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，其特征在于，包括定向仪及与定向仪通讯连接的巡检仪，定向仪与钻机钻杆的连接套可拆卸连接，巡检仪为设有显示模块及按键的手持端，所述定向仪设有两个相互垂直的开孔，所述开孔内设有激光模块，定向仪内还设有六轴MEMS传感器模块及主板，所述激光模块及六轴MEMS传感器模块连接主板。

2.根据权利要求1所述的一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，其特征在于，所述定向仪为长方体，第一开孔设置在长方体一端的底面，第二开孔设置在长方体的一侧面，开孔方向均与其所在的平面垂直，定向仪的另一端与钻杆连接套可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，其特征在于，所述定向仪的激光模块包括轴线激光定位模块及十字线激光定位模块，所述轴线激光定位模块对准第一开孔，所述十字线激光定位模块对准第二开孔。

4.根据权利要求3所述的一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，其特征在于，所述十字线激光定位模块包括发射端以及全反射镜，所述发射端连接主板，发射端的发射方向与轴线激光定位模块的发射方向相反，全反射镜位于发射端前，全反射镜的出射方向对准第二开孔。

5.根据权利要求3所述的一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，其特征在于，所述定向仪还设有显示模块及按键模块，所述显示模块及按键模块设置在第二开孔所在的侧面，显示模块及按键模块连接主板。

6.根据权利要求3或4所述的一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，其特征在于，所述定向仪内设有若干支柱，所述主板通过支柱固定。

7.根据权利要求1或5所述的一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，其特征在于，所述定向仪及巡检仪均设有蓝牙模块，定向仪蓝牙模块连接主板，巡检仪蓝牙模块连接显示模块及按键，定向仪及巡检仪通过蓝牙模块通讯连接。

8.根据权利要求3所述的一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，其特征在于，所述定向仪的第一开孔所在的底面厚度大于等于其他面的厚度。

9.根据权利要求5所述的一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，其特征在于，所述定向仪以及巡检仪的显示模块为OLED屏幕。

10.根据权利要求5所述的一种基于六轴MEMS传感器的钻机开孔定向测量装置，其特征在于，所述定向仪的按键模块及巡检仪的按键均为薄膜按键。