CN110906850B - 一种斜向深孔传感器精确定位装置及方法 - Google Patents

一种斜向深孔传感器精确定位装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种斜向深孔传感器精确定位装置及方法，属于测量器材技术领域。该装置包括操作盘、角度刻度盘、测量绳角度尺、测量绳、铅锤、支架、稳定底盘、铅锤拴绳、距离测量滑轮、测量绳限位滑轮和测量绳储存箱；通过角度刻度盘、测量绳角度尺和单片机计算出测量绳角度尺的角度，通过测量绳、距离测量滑轮和单片机计算出传感器下放斜向深孔的距离；通过单片机计算出传感器距离被测原点的水平距离a和垂直距离c，控制测量绳的下放速率将传感器下放至预设位置。本发明在斜向深测量孔定位传感器时，操作简单，减少工作量，具有结构简单、成本低、易操作、可重复使用、适用性强的特点。

Description

一种斜向深孔传感器精确定位装置及方法
技术领域
本发明涉及一种斜向深孔传感器精确定位装置，属于测量器材技术领域。
背景技术
工程爆破技术广泛应用于大型露天矿山、公路、铁路、桥梁、隧道、采石场、水电站、城市轨道交通等领域。工程爆破极大地加速了我国的基础设施建设，为我国经济建设做出贡献的同时，爆破有害效应也对爆区周围建筑物和构筑物造成危害。根据《爆破安全规程》(GB6722-2014)规定爆破有害效应监测涉及：爆破振动、空气或水中冲击波、动水压力、涌浪、爆破噪声、飞散物、有害气体、瓦斯以及可能引起次生灾害的危险源。
爆破振动作为一种爆破有害效应的重要监测项目，对爆破有害效应的控制发挥着不可忽视的作用。因此，为了减少爆破有害效应的危害，需要采集爆破振动信号，研究爆破振动信号的特征及传播规律，定量分析爆破振动对爆区周围仪器、构筑物和建筑物的危害，为工程爆破安全性评估提供数据支撑，为矿山的安全生产提供有力保证。
大型露天矿山、采石场、隧道等施工现场巷道底板不平整，有积水、粉尘、空间限制等因素限制，难以稳定地采集地下不同位置爆破振动信号，所以通常会打一个笔直的探测孔将传感器下放到特定位置，以测量爆破振动。
然而，目前很难实现对传感器的精确定位。
发明内容
针对斜向深孔传感器定位困难这一问题，本发明提供一种斜向深孔传感器精确定位装置及方法，本发明通过角度刻度盘、测量绳角度尺和单片机计算出测量绳角度尺的角度，通过测量绳、距离测量滑轮和单片机计算出传感器下放斜向深孔的距离；通过单片机计算出传感器距离被测原点的水平距离a和垂直距离c，控制测量绳的下放速率将传感器下放至预设位置。本发明在斜向深测量孔定位传感器时，操作简单，减少工作量，具有结构简单、成本低、易操作、可重复使用、适用性强的特点。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种斜向深孔传感器精确定位装置，包括操作盘1、角度刻度盘2、测量绳角度尺3、测量绳4、铅锤5、支架6、稳定底盘7、铅锤拴绳8、距离测量滑轮10、测量绳限位滑轮11和测量绳储存箱12，
支架6固定设置在稳定底盘7的中心，操作盘1固定设置在支架6的顶端，角度刻度盘2设置在操作盘1的外沿，操作盘1的底端中心为角度刻度盘2的0°刻度线，操作盘1的顶端中心为角度刻度盘2的180°刻度线，测量绳角度尺3为中空圆管，测量绳角度尺3的一端通过转动轴设置在操作盘1的中心且可绕操作盘1的中心的转动轴旋转，测量绳角度尺3的另一端与电阻丝14贴合，铅锤5通过铅锤拴绳8悬挂设置在操作盘1顶端；
测量绳储存箱12设置在稳定底盘7上且位于支架6一侧，测量绳储存箱12的顶端固定设置有支撑杆Ⅰ，支撑杆Ⅰ顶端设置有限位定滑轮11，距离测量滑轮10通过支撑杆Ⅱ设置在限位定滑轮11上方且位于操作盘1的水平轴线上，距离测量滑轮10位于远离角度刻度盘2的一侧，测量绳4穿过测量绳储存箱12的出口依次绕过限位定滑轮11、距离测量滑轮10并从角度刻度盘2中心腔体穿出，测量绳4的末端与传感器连接。
所述斜向深孔传感器精确定位装置还包括显示屏9、单片机和半圆形电阻丝14，单片机内设置有角度计算模块和距离计算模块，半圆形电阻丝14固定设置在操作盘1的边缘且半圆形电阻丝14贴合角度刻度盘2内侧，半圆形电阻丝14的底端通过导线与单片机连接，测量绳角度尺3为导电中空圆管，设置在转动轴上的测量绳角度尺3端头也通过导线与单片机连接，显示屏9固定设置在单片机前端且与单片机电连接，显示屏9上设置有与单片机的角度计算模块连接的“角度归零”按钮和距离计算模块连接的“测量绳归零”按钮。
进一步地，所述斜向深孔传感器精确定位装置包括霍尔元件13和吸铁石，吸铁石均匀固定设置在距离测量滑轮10的边缘且相邻吸铁石之间的弧线段为1cm，霍尔元件13固定设置在支撑杆Ⅰ顶部且位于吸铁石正前方，霍尔元件13与单片机连接。
更进一步地，所述斜向深孔传感器精确定位装置还包括支撑横杆，支撑杆Ⅰ的顶端通过支撑横杆与支架6固定连接。
所述斜向深孔传感器精确定位装置还包括辅助绳，辅助绳与测量绳4长度相同，辅助绳穿过测量绳储存箱12的出口依次绕过限位定滑轮11、距离测量滑轮10并从角度刻度盘2中心腔体穿出，辅助绳的末端与测量绳4的末端连接。
进一步地，所述测量绳4为抗静电耐磨高强度的尼龙绳，测量绳角度尺3为低阻值的导电空心管；测量绳角度尺3转动时会紧贴在角度刻度盘2的耐磨电阻丝14上；通过电阻丝14底端与测量绳角度尺3交接处的阻值换算成此时测量绳角度尺3的角度并显示在显示屏9上。
进一步地，所述耐磨电阻丝14要做防水防漏电处理。
斜向深孔传感器精确定位方法，采用斜向深孔传感器精确定位装置，具体步骤如下：
(1)利用铅锤调平操作盘使铅锤拴绳与角度刻度盘下端的0°刻度线重合；
(2)将测量绳角度尺旋转至角度刻度盘下端的0°刻度线，通过显示屏上的“角度归零”按钮控制单片机的角度测量归零以校准角度计算模块；调节测量绳角度尺的角度使测量绳角度尺的中心轴线与斜向深孔的中心轴线位于同一直线上，单片机通过电路中半圆形电阻丝的实时电阻计算出测量绳角度尺的角度为∠A；
(3)将吸铁石均匀设置在距离测量滑轮的边缘并使相邻吸铁石之间的弧线段为1cm，将霍尔元件固定设置在支撑杆Ⅰ顶部且位于吸铁石正前方，霍尔元件与单片机的距离计算模块连接；
(3)将测量绳和辅助绳穿过测量绳储存箱的出口依次绕过限位定滑轮、距离测量滑轮并从角度刻度盘中心腔体穿出，将测量绳的末端通过活结(见图4)系在传感器上，再将辅助绳系在测量绳的末端；
(4)将传感器放在被测原点位置，通过显示屏上的“测量绳归零”按钮控制单片机的距离测量归零以校准距离计算模块；
(5)控制测量绳的下放速率，将传感器从斜向深孔顶端匀速沿斜向深孔下放，单片机通过霍尔元件检测到距离测量滑轮的边缘的磁场变化计算出传感器下放斜向深孔的距离b；
(6)单片机通过测量绳角度尺的角度为∠A、传感器下放斜向深孔的距离b计算出传感器距离被测原点的水平距离a和垂直距离c，控制测量绳的下放速率将传感器下放至预设位置；
(7)通过辅助绳松开测量绳与传感器的活结，回收测量绳。
所述传感器距离被测原点的水平距离a＝bsinA，传感器距离被测原点的垂直距离c＝bcosA；
所述霍尔元件检测距离测量滑轮的边缘的磁场变化，由于相邻吸铁石之间的弧线段为1cm，因此霍尔元件每检测到一次磁场变化，其传感器下放斜向深孔的距离b增加1cm。
进一步地，所述测量绳的末端的活结为登山绳回收活结，打结方式见图4。
本发明的有益效果：
(1)本发明的斜向深孔传感器精确定位装置通过角度刻度盘、测量绳角度尺和单片机计算出测量绳角度尺的角度，通过测量绳、距离测量滑轮和单片机计算出传感器下放斜向深孔的距离；通过单片机计算出传感器距离被测原点的水平距离a和垂直距离c，控制测量绳的下放速率将传感器下放至预设位置；
(2)本发明的斜向深孔传感器精确定位装置可以通过调零校准以达到各种环境下的通用性；
(3)本发明的斜向深孔传感器精确定位装置测量绳的末端通过活结系在传感器上，再将辅助绳系在测量绳的末端，可以在不接触测量绳的绳结的情况下松开绳结，实现测量绳的回收。
(4)本发明的斜向深孔传感器精确定位装置可拆卸，便于携带、存放以及部件更换。
附图说明
图1为斜向深孔传感器精确定位装置结构示意图；
图2为附图1中A部分放大图；
图3为液晶显示屏面板图；
图4为测量绳末端活结的打结流程示意图；
图5为斜向深孔传感器精确定位装置定位状态图；
图中：1-操作盘、2-角度刻度盘、3-测量绳角度尺、4-测量绳、5-铅锤、6-支架、7-稳定底盘、8-铅锤拴绳、9-显示屏、10-距离测量滑轮、11-限位定滑轮、12-测量绳储存箱、13-霍尔元件、14-电阻丝。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种斜向深孔传感器精确定位装置，包括操作盘1、角度刻度盘2、测量绳角度尺3、测量绳4、铅锤5、支架6、稳定底盘7、铅锤拴绳8、距离测量滑轮10、测量绳限位滑轮11和测量绳储存箱12，
支架6固定设置在稳定底盘7的中心，操作盘1固定设置在支架6的顶端，角度刻度盘2设置在操作盘1的外沿，操作盘1的底端中心为角度刻度盘2的0°刻度线，操作盘1的顶端中心为角度刻度盘2的180°刻度线，测量绳角度尺3为中空圆管，测量绳角度尺3的一端通过转动轴设置在操作盘1的中心且可绕操作盘1的中心的转动轴旋转，测量绳角度尺3的另一端与电阻丝14贴合，铅锤5通过铅锤拴绳8悬挂设置在操作盘1顶端；
测量绳储存箱12设置在稳定底盘7上且位于支架6一侧，测量绳储存箱12的顶端固定设置有支撑杆Ⅰ，支撑杆Ⅰ顶端设置有限位定滑轮11，距离测量滑轮10通过支撑杆Ⅱ设置在限位定滑轮11上方且位于操作盘1的水平轴线上，距离测量滑轮10位于远离角度刻度盘2的一侧，测量绳4穿过测量绳储存箱12的出口依次绕过限位定滑轮11、距离测量滑轮10并从角度刻度盘2中心腔体穿出，测量绳4的末端与传感器连接。
实施例2：如图1～4所示，一种斜向深孔传感器精确定位装置与实施例1斜向深孔传感器精确定位装置基本一致，不同之处在于：斜向深孔传感器精确定位装置还包括显示屏9、单片机和半圆形电阻丝14，单片机内设置有角度计算模块和距离计算模块，半圆形电阻丝14固定设置在操作盘1的边缘且半圆形电阻丝14贴合角度刻度盘2内侧，半圆形电阻丝14的底端通过导线与单片机连接，测量绳角度尺3为导电中空圆管，设置在转动轴上的测量绳角度尺3端头也通过导线与单片机连接，显示屏9固定设置在单片机前端且与单片机电连接，显示屏9上设置有与单片机的角度计算模块连接的“角度归零”按钮和距离计算模块连接的“测量绳归零”按钮；
斜向深孔传感器精确定位装置包括霍尔元件13和吸铁石，吸铁石均匀固定设置在距离测量滑轮10的边缘且相邻吸铁石之间的弧线段为1cm，霍尔元件13固定设置在支撑杆Ⅰ顶部且位于吸铁石正前方，霍尔元件13与单片机连接；
斜向深孔传感器精确定位装置还包括支撑横杆，支撑杆Ⅰ的顶端通过支撑横杆与支架6固定连接；测量绳的末端的活结为登山绳回收活结，打结方式见图4，斜向深孔传感器精确定位装置还包括辅助绳，辅助绳与测量绳4长度相同，辅助绳穿过测量绳储存箱12的出口依次绕过限位定滑轮11、距离测量滑轮10并从角度刻度盘2中心腔体穿出，辅助绳的末端与测量绳4的末端连接；
测量绳4为抗静电耐磨高强度的尼龙绳，测量绳角度尺3为低阻值的导电空心管；测量绳角度尺3转动时会紧贴在角度刻度盘2的耐磨电阻丝14上；通过电阻丝14底端与测量绳角度尺3交接处的阻值换算成此时测量绳角度尺3的角度并显示在显示屏9上；耐磨电阻丝14要做防水防漏电处理。
实施例3：如图5所示，斜向深孔传感器精确定位方法，采用斜向深孔传感器精确定位装置，具体步骤如下：
(1)利用铅锤调平操作盘使铅锤拴绳与角度刻度盘下端的0°刻度线重合；
(2)将测量绳角度尺旋转至角度刻度盘下端的0°刻度线，通过显示屏上的“角度归零”按钮控制单片机的角度测量归零以校准角度计算模块；调节测量绳角度尺的角度使测量绳角度尺的中心轴线与斜向深孔的中心轴线位于同一直线上，单片机通过电路中半圆形电阻丝的实时电阻计算出测量绳角度尺的角度为∠A；
(3)将吸铁石均匀设置在距离测量滑轮的边缘并使相邻吸铁石之间的弧线段为1cm，将霍尔元件固定设置在支撑杆Ⅰ顶部且位于吸铁石正前方，霍尔元件与单片机的距离计算模块连接；
(4)将测量绳和辅助绳穿过测量绳储存箱的出口依次绕过限位定滑轮、距离测量滑轮并从角度刻度盘中心腔体穿出，将测量绳的末端通过活结(见图4)系在传感器上，再将辅助绳系在测量绳的末端；
(5)将传感器放在被测原点位置，通过显示屏上的“测量绳归零”按钮控制单片机的距离测量归零以校准距离计算模块；
(6)控制测量绳的下放速率，将传感器从斜向深孔顶端匀速沿斜向深孔下放，单片机通过霍尔元件检测到距离测量滑轮的边缘的磁场变化计算出传感器下放斜向深孔的距离b；其中霍尔元件检测距离测量滑轮的边缘的磁场变化，由于相邻吸铁石之间的弧线段为1cm，因此霍尔元件每检测到一次磁场变化，其传感器下放斜向深孔的距离b增加1cm；
(7)单片机通过测量绳角度尺的角度为∠A、传感器下放斜向深孔的距离b计算出传感器距离被测原点的水平距离a和垂直距离c，传感器距离被测原点的水平距离a＝bsinA，传感器距离被测原点的垂直距离c＝bcosA；控制测量绳的下放速率将传感器下放至预设位置；
(8)通过辅助绳松开测量绳与传感器的活结，回收测量绳。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种斜向深孔传感器精确定位装置，其特征在于：包括操作盘(1)、角度刻度盘(2)、测量绳角度尺(3)、测量绳(4)、铅锤(5)、支架(6)、稳定底盘(7)、铅锤拴绳(8)、距离测量滑轮(10)、测量绳限位滑轮(11)和测量绳储存箱(12)，
支架(6)固定设置在稳定底盘(7)的中心，操作盘(1)固定设置在支架(6)的顶端，角度刻度盘(2)设置在操作盘(1)的外沿，操作盘(1)的底端中心为角度刻度盘(2)的0°刻度线，操作盘(1)的顶端中心为角度刻度盘(2)的180°刻度线，测量绳角度尺(3)为中空圆管，测量绳角度尺(3)的一端通过转动轴设置在操作盘(1)的中心且可绕操作盘(1)的中心的转动轴旋转，测量绳角度尺(3)的另一端与电阻丝(14)贴合，铅锤(5)通过铅锤拴绳(8)悬挂设置在操作盘(1)顶端；
测量绳储存箱(12)设置在稳定底盘(7)上且位于支架(6)一侧，测量绳储存箱(12)的顶端固定设置有支撑杆Ⅰ，支撑杆Ⅰ顶端设置有限位定滑轮(11)，距离测量滑轮(10)通过支撑杆Ⅱ设置在限位定滑轮(11)上方且位于操作盘(1)的水平轴线上，距离测量滑轮(10)位于远离角度刻度盘(2)的一侧，测量绳(4)穿过测量绳储存箱(12)的出口依次绕过限位定滑轮(11)、距离测量滑轮(10)并从角度刻度盘(2)中心腔体穿出，测量绳(4)的末端与传感器连接。
2.根据权利要求1所述斜向深孔传感器精确定位装置，其特征在于：还包括显示屏(9)、单片机和半圆形电阻丝(14)，单片机内设置有角度计算模块和距离计算模块，半圆形电阻丝(14)固定设置在操作盘(1)的边缘且半圆形电阻丝(14)贴合角度刻度盘(2)内侧，半圆形电阻丝(14)的底端通过导线与单片机连接，测量绳角度尺(3)为导电中空圆管，设置在转动轴上的测量绳角度尺(3)端头也通过导线与单片机连接，显示屏(9)固定设置在单片机前端且与单片机电连接，显示屏(9)上设置有与单片机的角度计算模块连接的“角度归零”按钮和距离计算模块连接的“测量绳归零”按钮。
3.根据权利要求2所述斜向深孔传感器精确定位装置，其特征在于：还包括霍尔元件(13)和吸铁石，吸铁石均匀固定设置在距离测量滑轮(10)的边缘且相邻吸铁石之间的弧线段为1cm，霍尔元件(13)固定设置在支撑杆Ⅰ顶部且位于吸铁石正前方，霍尔元件(13)与单片机连接。
4.根据权利要求3所述斜向深孔传感器精确定位装置，其特征在于：还包括支撑横杆，支撑杆Ⅰ的顶端通过支撑横杆与支架(6)固定连接。
5.根据权利要求1所述斜向深孔传感器精确定位装置，其特征在于：还包括辅助绳，辅助绳与测量绳(4)长度相同，辅助绳穿过测量绳储存箱(12)的出口依次绕过限位定滑轮(11)、距离测量滑轮(10)并从角度刻度盘(2)中心腔体穿出，辅助绳的末端与测量绳(4)的末端连接。
6.斜向深孔传感器精确定位方法，其特征在于，采用斜向深孔传感器精确定位装置，具体步骤如下：
(1)利用铅锤调平操作盘使铅锤拴绳与角度刻度盘下端的0°刻度线重合；
(2)将测量绳角度尺旋转至角度刻度盘下端的0°刻度线，通过显示屏上的“角度归零”按钮控制单片机的角度测量归零以校准角度计算模块；调节测量绳角度尺的角度使测量绳角度尺的中心轴线与斜向深孔的中心轴线位于同一直线上，单片机通过电路中半圆形电阻丝的实时电阻计算出测量绳角度尺的角度为∠A；
(3)将吸铁石均匀设置在距离测量滑轮的边缘并使相邻吸铁石之间的弧线段为1cm，将霍尔元件固定设置在支撑杆Ⅰ顶部且位于吸铁石正前方，霍尔元件与单片机的距离计算模块连接；
(3)将测量绳和辅助绳穿过测量绳储存箱的出口依次绕过限位定滑轮、距离测量滑轮并从角度刻度盘中心腔体穿出，将测量绳的末端通过活结系在传感器上，再将辅助绳系在测量绳的末端；
(4)将传感器放在被测原点位置，通过显示屏上的“测量绳归零”按钮控制单片机的距离测量归零以校准距离计算模块；
(5)控制测量绳的下放速率，将传感器从斜向深孔顶端匀速沿斜向深孔下放，单片机通过霍尔元件检测到距离测量滑轮的边缘的磁场变化计算出传感器下放斜向深孔的距离b；
(6)单片机通过测量绳角度尺的角度为∠A、传感器下放斜向深孔的距离b计算出传感器距离被测原点的水平距离a和垂直距离c，控制测量绳的下放速率将传感器下放至预设位置；
(7)通过辅助绳松开测量绳与传感器的活结，回收测量绳。
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