CN111608645A - 一种钻孔定向探地雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻孔定向探地雷达装置，该装置包括控制单元、绞盘测距系统、探地雷达天线系统、旋转逆补偿系统、电缆和可插拔式推杆；控制单元、绞盘测距系统和探地雷达天线系统通过电缆连接，绞盘测距系统安装在靠近控制单元一侧；旋转逆补偿系统由驱动电机、内管、外管及两个轴承组成，探地雷达天线系统固定安装在旋转逆补偿系统的内管；该装置可按照预先设定的角度在孔中进行数据采集，可应用于水平钻孔和竖向钻孔周围地质结构和隐伏灾害体的探测。

Description

一种钻孔定向探地雷达装置
技术领域
本发明涉及地球物理探测技术领域，具体涉及一种钻孔定向探地雷达装置。
背景技术
城市地质隐伏灾害体严重威胁地下工程的安全施工，当前在地面上作业的探测装备和技术仍然难以满足深部地质隐伏灾害体的高精度探测。因此，在地面上向下钻孔，将探测设备通过钻孔内的移动来实现对钻孔周围一定距离内的地质隐伏灾害体的探测成为当前的一个研究热点。传统的地球物理测井方法(如微电阻率扫描成像和核磁共振成像)只能获取井周有限范围内(径向小于0.3m)的地层信息，受限于井孔个数，该方法仅能覆盖有限的地下介质信息探测。钻孔探地雷达具有相对较大的探测范围及较高分辨率，通过孔中探测可以获取距离地面几千米深处的地层信息，已应用于水文地质学，温室气体探测，空洞和裂缝探测，矿藏勘探，喀斯特地形探测，盐丘调查和测井等诸多领域中。
当前的钻孔探地雷达技术还存在下面两个问题：(1)钻孔雷达在孔中探测时，在重力作用下，不可避免的产生自旋转，难以实现对特定方向的探测；(2)雷达天线会接收到钻孔外360°范围内的电磁波回波信号，难以确定信号来源的方位，对数据解释结果带来很大干扰。因此，为解决这一问题，本专利开发一种定向钻孔雷达，内部安装旋转逆补偿装置，避免了钻孔雷达在探测时发生旋转，实现特定角度的探测，提高数据和探测结果准确度。本发明可实现雷达对城市地质隐伏灾害体的探测，对城市地下工程施工有重大意义。
发明内容
针对上述存在的技术问题或不足，本发明提供了一种钻孔定向探地雷达装置。其主要目的在于钻孔的快速检测并准确确定地质体的方位。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种钻孔定向探地雷达装置，包括：控制单元、绞盘测距系统、旋转逆补偿系统、探地雷达天线系统、电缆和可插拔式推杆。
进一步地，所述的钻孔定向探地雷达装置可应用于水平钻孔和竖向钻孔周围地质结构和隐伏灾害体的探测，可快速准确获取钻孔周围地质结构和隐伏灾害体的位置信息。
进一步地，所述的控制单元为一便携式人机交互电脑，其内置电池组，为整个钻孔定向探地雷达装置提供电力；交互电脑实现对探地雷达天线系统参数和旋转逆补偿系统角度的设定，并控制整个数据采集过程。
进一步地，所述的所述的绞盘测距系统包括外围护板、手摇把、测距轮编码器、电缆线卷轴；手摇把通过人工摇动提供动力，带动电缆线卷轴进行电缆的收放，电缆线卷轴转动同时带动测距轮编码器工作，可以计算电缆收放的长度。竖向钻孔探测时，绞盘测距系统为探地雷达天线系统提供拉力并实现电缆线的收放，同时通过测距轮编码器记录电缆线的收放长度。
进一步地，所述的旋转逆补偿系统包括驱动电机、内管、外管及两个轴承；内外管通过轴承和电机进行固定，并且内外管可以分别独立地绕同一旋转轴进行旋转。在探测过程中，旋转逆补偿系统对内管进行旋转逆补偿，可实现内管按照预先设定的角度保持姿态不变。
进一步地，所述的探地雷达天线系统包括发射天线、接收天线、发射机、接收机和采集卡，硬件之间通过馈电线连接，且其全部放置于内管。发射天线和接收天线均为偶极子天线，采用末端电阻加载的方式，并带有屏蔽外壳，用以实现信号强度集中在探测方向；采集卡上集成了陀螺仪、旋转逆补偿系统的控制电路，可以实现雷达信号的数字化采集。
进一步地，所述的可插拔式推杆为多个轻质中空金属管，其分为头管和延长管，可实现便捷的安装与拆卸，主要应用于水平钻孔探测作业中为旋转逆补偿系统和探地雷达天线系统的移动提供推力；所述的电缆为抗拉电缆，在竖向钻孔探测时为装置提供拉力，并起到快速传输数据的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的钻孔定向探地雷达装置探测示意图；
图2是本发明的旋转逆补偿装置结构示意图；
图3是本发明的绞车示意图；
图4是本发明的推送杆结构示意图；
其中1为交互电脑，2为绞车，3为探地雷达装置，4为轴承，5为外管，6为内管，7为电机，8为手摇把，9为测距轮编码器，10为电缆线卷轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动之前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种钻孔定向探地雷达装置，用于研究并实现钻孔内的快速检测和异常地质体方位的确定。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
请参考图1至图4，本发明提供的一种钻孔定向探地雷达装置包括控制单元、绞盘测距系统、旋转逆补偿系统、探地雷达天线系统、电缆和可插拔式推杆。
控制单元为一便携式人机交互电脑，其内置电池组，可以为整个钻孔定向探地雷达装置提供电力；可以实现对探地雷达天线系统参数(时间窗口、采样点、延迟时间、增益等)和旋转逆补偿系统参数(角度)的设定，并控制整个数据采集过程。
绞盘测距系统包括外围护板、手摇把、测距轮编码器、电缆线卷轴，在竖向钻孔探测时，绞盘测距系统可以为探地雷达天线系统提供拉力并实现电缆线的收放，同时通过测距轮编码器记录电缆线的收放长度。
旋转逆补偿系统包括驱动电机、内管、外管及两个轴承；内管置于外管内，圆柱形驱动电机放置于内管，且固定于内管一端口；驱动电机转动轴上固定一块铁质圆环，其圆心与转动轴重合，且固定于外管同侧端口；在内外管的另一端口内外管通过轴承相连接；探测过程中，旋转逆补偿系统对内管(包括探地雷达天线系统)进行旋转逆补偿，即使外管在重力作用下产生自旋转，仍可实现内管(包括探地雷达天线系统)按照预先设定的角度保持姿态不变。
探地雷达天线系统包括发射天线、接收天线、发射机、接收机和采集卡，其依次排列放置于内管；发射天线通过同轴线与发射机相连，接收天线通过同轴线与接收机相连，接收机通过同轴线与采集卡连接；接收天线和发射天线采用末端电阻加载的方式，并带有屏蔽外壳，屏蔽外壳可以对天线背面干扰信号进行屏蔽，同时可在一定程度上实现探测方向的信号强度的增强；采集卡主要功能是实现雷达信号的数字化采集，同时在采集卡上还集成了陀螺仪、旋转逆补偿系统的控制电路。
可插拔式推杆为多个轻质中空金属管，其分为头管和延长管，头管的管头有三个凸起结构，该部分与旋转逆补偿系统的外管堵头接触，在外管发生自旋转情况下，凸起结构可以避免电缆因缠绕而发生损坏；延长管一端内置两个强力弹簧按钮，一端预制2个与弹簧按钮同直径的孔，可实现便捷的安装与拆卸。主要应用于水平钻孔探测作业中为旋转逆补偿系统和探地雷达天线系统的移动提供推力；电缆为抗拉电缆，在竖向钻孔探测时为装置提供拉力，并起到快速传输数据的作用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (7)

1.一种钻孔定向探地雷达装置，其特征在于，所述钻孔雷达包括控制单元、绞盘测距系统、旋转逆补偿系统、探地雷达天线系统、电缆和可插拔式推杆；控制单元、绞盘测距系统和探地雷达天线系统通过电缆连接，绞盘测距系统安装在靠近控制单元一侧；探地雷达天线系统与旋转逆补偿系统固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔定向地质雷达装置，其特征在于：所述的钻孔定向探地雷达装置可应用于水平钻孔和竖向钻孔周围地质结构和隐伏灾害体的探测，探地雷达天线系统可按照预先设定的角度在孔中进行数据采集，从而可快速准确获取钻孔周围地质结构和隐伏灾害体的位置信息。
3.根据权利要求1所述的一种钻孔定向地质雷达装置，其特征在于：所述的控制单元为一便携式人机交互电脑，其内置电池组，可以为整个钻孔定向探地雷达装置提供电力；主要功能是实现对探地雷达天线系统参数(时间窗口、采样点、延迟时间、增益等)和旋转逆补偿系统参数(角度)的设定，并控制整个数据采集过程。
4.根据权利要求1所述的一种钻孔定向地质雷达装置，其特征在于：所述的绞盘测距系统包括外围护板、手摇把、测距轮编码器、电缆线卷轴；手摇把与电缆线卷轴由轴承连接，电缆线卷轴通过齿轮与测距轮编码器连接。手摇把可以进行人工摇动，带动电缆线卷轴进行电缆的收放，电缆线卷轴转动同时带动测距轮编码器工作；其功能是在竖向钻孔探测时为探地雷达天线系统提供拉力并实现电缆线的收放，同时通过测距轮编码器记录电缆线的收放长度。
5.根据权利要求1所述的一种钻孔定向地质雷达装置，其特征在于：所述的旋转逆补偿系统包括驱动电机、内管、外管及两个轴承；内管置于外管内，圆柱形驱动电机放置于内管，且固定于内管一端口；驱动电机转动轴上固定一块铁质圆环，其圆心与转动轴重合，且固定于外管同侧端口；在内外管的另一端口内外管通过轴承相连接；探测过程中，旋转逆补偿系统对内管(包括探地雷达天线系统)进行旋转逆补偿，即使外管在重力作用下产生自旋转，仍可实现内管(包括探地雷达天线系统)按照预先设定的角度保持姿态不变。
6.根据权利要求1所述的一种钻孔定向地质雷达装置，其特征在于：所述的探地雷达天线系统包括发射天线、接收天线、发射机、接收机和采集卡，其依次排列放置于内管；发射天线通过同轴线与发射机相连，接收天线通过同轴线与接收机相连，接收机通过同轴线与采集卡连接；接收天线和发射天线采用末端电阻加载的方式，并带有屏蔽外壳，屏蔽外壳可以对天线背面干扰信号进行屏蔽，同时可在一定程度上实现探测方向的信号强度的增强；采集卡主要功能是实现雷达信号的数字化采集，同时在采集卡上还集成了陀螺仪、旋转逆补偿系统的控制电路。
7.根据权利要求1所述的一种钻孔定向地质雷达装置，其特征在于：可插拔式推杆为多个轻质中空金属管，主要应用于水平钻孔探测作业中为旋转逆补偿系统和探地雷达天线系统的移动提供推力；其分为头管和延长管，头管的管头有三个凸起结构，该部分与旋转逆补偿系统的外管堵头接触，在外管发生自旋转情况下，凸起结构可以避免电缆因缠绕而发生损坏；延长管一端内置两个强力弹簧按钮，一端预制2个与弹簧按钮同直径的孔，可实现便捷的安装与拆卸。电缆为抗拉电缆，在竖向钻孔探测时为装置提供拉力，并起到快速传输数据的作用。
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