CN112113882B - 一种钻孔冲洗状态自动监测仪 - Google Patents

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Abstract

一种钻孔冲洗状态自动监测仪，涉及灌浆钻孔冲洗技术领域，所采用的技术方案包括测量容器，用于动态测定所述测量容器总重量的称重装置和控制系统；所述测量容器包括进浆口和出浆口；所述称重装置包括多个称重传感器；所述控制系统包括称重模块、密度计算模块和显示装置，所述称重模块和所述称重传感器、密度计算模块信号连接，所述显示装置和密度计算模块信号连接。本发明对测量容器中的返水重量进行动态测量，从而得到密度，通过密度来判断返水是否清澈，可以将冲洗作业的效果量化，简化判断标准，容易推广普及。

Description

一种钻孔冲洗状态自动监测仪
技术领域
本发明涉及灌浆钻孔冲洗技术领域，尤其涉及一种钻孔冲洗状态自动监测仪。
背景技术
地基处理过程中，钻孔步骤完成后在钻孔中残存有大量粉状碎屑，因此在灌浆施工前需利用清水将孔内的粉状碎屑和岩层裂缝中的充填物冲出钻孔，得到的清水和粉状碎屑的混合流体即为返水，返水是否清澈、不含泥沙是判断冲洗合格的一个重要依据。现有技术中是依靠肉眼观察来判断返水是否澄清，以及澄清状态的持续时间，严重依赖工人的工作经验，不仅无法将标准量化，统一、准确地把控施工质量，而且会产生水资源严重浪费的问题。
发明内容
针对现有技术方案中人工判断无法量化标准的问题，本发明提供了一种钻孔冲洗状态自动监测仪。
本发明提供如下的技术方案：一种钻孔冲洗状态自动监测仪，包括测量容器，用于动态测定所述测量容器总重量的称重装置和控制系统；所述测量容器包括进浆口和出浆口；所述称重装置包括多个称重传感器；所述控制系统包括称重模块、密度计算模块和显示装置，所述称重模块和所述称重传感器、密度计算模块信号连接，所述显示装置和密度计算模块信号连接。
优选地，所述测量容器为螺旋管道。
优选地，所述螺旋管道的外径为20~50mm。
作为一种具体实施方式，所述螺旋管道沿竖直方向延伸，所述进浆口设置在所述螺旋管道的底部，所述出浆口设置在所述螺旋管道的顶部。
优选地，所述称重装置还包括底座和用于固定所述螺旋管道的壳体，所述壳体外均匀设置有多个支撑件，所述底座设置有和所述支撑件对应的多个支柱，所述称重传感器设置在所述支柱和支撑件之间。
优选地，所述称重传感器顶部设置有安装板，所述安装板设置有向所述支柱延伸的凸圈，所述凸圈和所述支柱滑动连接；所述安装板和所述支撑件可拆连接。
作为一种具体实施方式，所述安装板顶部两侧均设置有限位块，所述支撑件卡接在两个所述限位块之间。
优选地，所述壳体包括顶盖、筒体和底板，所述顶盖和筒体转动连接，所述底板和所述筒体可拆连接；所述底板设置有多个下套管，所述筒体顶部设置有与所述下套管对应的上套管，所述上套管和下套管之间设置有固定柱，所述固定柱和所述螺旋管道之间设置有锁紧装置。
优选地，所述锁紧装置为卡箍。
优选地，所述控制系统还包括计时器和比较模块，所述比较模块和所述计时器、密度计算模块、显示装置信号连接。
本发明的有益效果是：1、本发明将返水接入对容积已知的测量容器的进浆口，返水充满测量容器后从出浆口溢出，再利用称重装置对测量容器的重量进行动态测量，根据现有的密度计算公式，可得到通过测量容器的返水的密度值，当此密度值与清水的密度相等时，可知此时返水为澄清状态，冲洗作业完成。通过密度来判断返水是否清澈，可以将冲洗作业的效果量化，简化判断标准，容易推广普及。2、普通的桶装容器容易产生涡流使粉状碎屑在桶内沉积，导致测定的密度值不准，使用螺旋管道作为测量容器则可避免此类问题，返水在螺旋管道中的流动状态比较规律，粉状碎屑难以沉积，对动态测量的干扰极小。3、施工场地一般条件复杂，安装板可保护称重传感器，并且与壳体之间的连接更为简单方便；壳体可固定并保护螺旋管道；壳体内设置有多根用于固定螺旋管道的固定柱，且固定柱与壳体的筒体、底板之间分别通过上、下套管可拆连接，使设备整体安装、维修更方便。4、采用计时装置和比较模块，可得到测量容器中返水密度与清洗水的密度差值随时间变化的曲线，当曲线波动的幅度在允许的范围内维持一定时间后，即可判断钻孔已冲洗干净。相对人工判断，本发明反应更为及时、准确，在水资源的节约使用上更具有优势。
附图说明
图1为本发明一个实施例的三维示意图。
图2为本发明一个实施例的剖面图。
图3为图2的A部放大图。
图4为本发明中螺旋管道的一个实施例的示意图。
附图标记：1-测量容器，11-进浆口，12-出浆口，2-称重装置，21-称重传感器，22-底座，221-支柱，23-壳体，231-支撑件，232-顶盖，233-筒体，2331-上套管，234-底板，2341-下套管，235-固定柱，236-锁紧装置，24-安装板，241-凸圈。
具体实施方式
以下结合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种如图1和图2所示的一种钻孔冲洗状态自动监测仪，包括容积确定的测量容器1，用于动态测定所述测量容器1总重量的称重装置2和控制系统；所述测量容器1包括进浆口11和出浆口12；所述称重装置2包括多个称重传感器21；所述控制系统包括称重模块、密度计算模块和显示装置，所述称重模块和所述称重传感器、密度计算模块信号连接，所述显示装置和密度计算模块信号连接。
所述测量容器的容积确定，且可通过方便快捷的方式进行计算和检验，比如形状规则的圆柱形或长方体容器，包括进浆口和出浆口，进浆口和返水管道连接，出浆口和出水管道连接，钻孔清洗时，返水在清洗水源的压力作用下从进浆口进入测量容器中，再从出浆口流出。返水中存在大量的粉状碎屑，长久冲刷在测量容器的内表面，容易造成磨损，使测量容器的体积发生变化，因此，测量容器可为耐磨材料制作的方形或圆形容器，耐磨材料包括但不限于内衬氧化铝陶瓷的复合钢材。
在返水从测量容器中流过时，所述称重装置用于对测量容器重量的增量进行动态测量，即可得到测量容器中返水的重量。称重装置包括多个称重传感器，所述称重传感器可采用SLP85xD 称重传感器，用于动态称重，量程可达20kg，分辨率可精确到2g，精度高。称重传感器至少有两个，均匀设置在称重装置的一个水平面上，提高精度，避免测量容器的重心位置变化对称量的影响。多个称重传感器测量的重量总和为测量容器中的返水重量。此外，进浆口和返水管道之间、出浆口和出水管道之间可采用柔性管道连接，以降低对称重装置的干扰。
控制系统包括称重模块、密度计算模块和显示装置。所述称重模块和密度计算模块可以程序的方式在计算机或者可编程控制器中运行，承载称重模块和密度计算模块的基础可为个人计算机或者S7-400型可编程控制器，并且具有输入设备。称重模块和称重传感器信号连接，用于处理称重传感器的重量信号，并且可基于现有的高斯和粒子滤波方法或卡尔曼滤波方法对动态称重数据进行滤波处理，以滤除测量噪声，提高动态称重的快速性和准确性。密度计算模块和称重模块、显示装置信号连接，根据返水的重量数据除以测量容器的体积，以此得到返水的密度，并将其在显示装置中显示出来。所述显示装置可采用LED显示屏。
本发明在工作时，将测量容器进浆口连接到返水管道、出浆口连接到出水管道后开始钻孔的冲洗作业。清洗水带着钻孔中的粉状碎屑从测量容器中经过，称重装置测定测量容器中重量的增量，控制系统根据重量数据得出此时返水的密度，并将其显示出来，供操作人员判断。当返水的密度与清洗水的密度相等时，可判断返水已澄清，钻孔被冲洗干净。通过密度来判断返水是否清澈，可以将冲洗作业的效果量化，简化判断标准，容易推广普及。
优选地，所述测量容器1为螺旋管道。
如果测量容器为一般的桶状容器，相对于进浆口和出浆口而言，容器本身的半径较大，容易产生涡流，使粉状物料在容器内沉积，从而影响到称重的精度。为避免此问题，测量容器可采用如图4所示的螺旋管道，螺旋管道的内径与返水管道、出水管道的内径相当，返水在经过螺旋管道时粉状碎屑不易沉积。所述螺旋管道可采用内衬氧化铝陶瓷层的复合钢管制作。
优选地，所述螺旋管道的外径为20~50mm。
为避免管径变化对流动状态产生大的影响，从而造成粉状碎屑的沉积，螺旋管道应与返水管道的尺寸相等，在施工作业中常用的返水管道的外径为20~50mm，在一些实施例中，常用的管道外径为32mm、40mm等。
作为一种具体实施方式，所述螺旋管道沿竖直方向延伸，所述进浆口11设置在所述螺旋管道的底部，所述出浆口12设置在所述螺旋管道的顶部。
在一个实施例中，如图4所示，螺旋管道沿竖直方向延伸，进浆口设置在底部，出浆口设置在顶部，返水流过时，螺旋管道中始终充满返水，使螺旋管道本身的容积与经过螺旋管道的返水的实际体积相等。
优选地，所述称重装置2还包括底座22和用于固定所述螺旋管道的壳体23，所述壳体23外均匀设置有多个支撑件231，所述底座22设置有和所述支撑件231对应的多个支柱221，所述称重传感器21设置在所述支柱221和支撑件231之间。
所述壳体可将螺旋管道固定，避免螺旋管道在返水流动时产生剧烈震动，尽量减小对称重传感器的干扰。所述底座用于支撑壳体和称重传感器，底座和壳体之间可通过多个支柱及支撑件互相连接，称重传感器设置在支柱和支撑件之间。支柱、支撑件分别均匀设置在底座和壳体上，使多个称重传感器受力均匀，提高测量的精确性。所述壳体、底座、支撑件及支柱均可采用304不锈钢制作。施工现场一般条件比较复杂，称重装置结构简单，方便维修，可提高适应性。
优选地，所述称重传感器21顶部设置有安装板24，所述安装板24设置有向所述支柱延伸的凸圈241，所述凸圈241和所述支柱221滑动连接；所述安装板24和所述支撑件231可拆连接。
如图3所示，所述安装板及凸圈与支柱滑动连接，将称重传感器笼罩在内，起到保护作用，并且安装板与支撑件之间可拆连接，方便了壳体与底座之间的安装和维修。所述安装板及凸圈可采用304不锈钢制作。
作为一种具体实施方式，所述安装板24顶部两侧均设置有限位块，所述支撑件231卡接在两个所述限位块之间。
在一个实施例中，安装板顶部两侧设置有限位块，两个限位块可将支撑件卡接在中间，则壳体可以直接放在底座上，壳体与底座之间的安装更为简便。在另一个实施例中，安装板与支撑件之间可螺栓连接。
优选地，所述壳体23包括顶盖232、筒体233和底板234，所述顶盖232和筒体233转动连接，所述底板234和所述筒体233可拆连接；所述底板234设置有多个下套管2341，所述筒体233顶部设置有与所述下套管2341对应的上套管2331，所述上套管2331和下套管2341之间设置有固定柱235，所述固定柱235和所述螺旋管道之间设置有锁紧装置236。
如图2所示，壳体包括顶盖、筒体和底板，顶盖和筒体转动连接，底板和筒体之间可拆连接，结构简单，拆装方便。为进一步使螺旋管道和壳体之间的连接便捷化，螺旋管道通过锁紧装置固定在固定柱上，固定柱和壳体之间通过上、下套管进行卡接，多个固定柱、上套管、下套管均匀设置在壳体上。进一步地，固定柱和上、下套管之间还可设置橡胶缓冲层，以减缓震动。固定柱和上、下套管均可采用304不锈钢制作。
优选地，所述锁紧装置236为卡箍。
优选地，所述控制系统还包括计时器和比较模块，所述比较模块和所述计时器、密度计算模块、显示装置信号连接。
在冲洗作业后期，返水中粉状碎屑的含量大为减少，而且容易出现波动，造成工作人员对清洗效果的误判。因此，可设置计时器和比较模块，与密度计算模块配合，将判断范围扩展到一个连续的时段。所述计时器可采用555计时器芯片；比较模块以程序的方式运行，从密度计算模块得到返水密度数据，与清洗水的密度做比较，得到差值，并与计时器配合得到差值与时间的变化曲线，当曲线波动幅度在允许的范围之内并连续维持一段时间后，即可判断返水已清澈，冲洗作业完成；曲线波动幅度一旦超过范围，则重新开始判断。差值曲线允许的波动范围可提前输入比较模块中；在一个实施例中，清洗水的密度可为1kg/L，此波动范围可为0~20g/L，维持的时间段可为5~10min。差距曲线、波动幅度及判断结果可在显示装置上显示出来。相对于人工判断，本发明反应更为及时、准确，从水资源的节约使用的角度上来说更具有优势。
以上为本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种钻孔冲洗状态自动监测仪，其特征在于：包括测量容器（1），用于动态测定所述测量容器（1）总重量的称重装置（2）和控制系统；
所述测量容器（1）包括进浆口（11）和出浆口（12）；所述测量容器（1）为螺旋管道，所述螺旋管道沿竖直方向延伸，所述进浆口（11）设置在所述螺旋管道的底部，所述出浆口（12）设置在所述螺旋管道的顶部；
所述称重装置（2）包括多个称重传感器（21）；
所述控制系统包括称重模块、密度计算模块和显示装置，所述称重模块和所述称重传感器、密度计算模块信号连接，所述显示装置和密度计算模块信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔冲洗状态自动监测仪，其特征在于：所述螺旋管道的外径为20~50mm。
3.根据权利要求1所述的一种钻孔冲洗状态自动监测仪，其特征在于：所述称重装置（2）还包括底座（22）和用于固定所述螺旋管道的壳体（23），所述壳体（23）外均匀设置有多个支撑件（231），所述底座（22）设置有和所述支撑件（231）对应的多个支柱（221），所述称重传感器（21）设置在所述支柱（221）和支撑件（231）之间。
4.根据权利要求3所述的一种钻孔冲洗状态自动监测仪，其特征在于：所述称重传感器（21）顶部设置有安装板（24），所述安装板（24）设置有向所述支柱延伸的凸圈（241），所述凸圈（241）和所述支柱（221）滑动连接；所述安装板（24）和所述支撑件（231）可拆连接。
5.根据权利要求4所述的一种钻孔冲洗状态自动监测仪，其特征在于：所述安装板（24）顶部两侧均设置有限位块，所述支撑件（231）卡接在两个所述限位块之间。
6.根据权利要求3所述的一种钻孔冲洗状态自动监测仪，其特征在于：所述壳体（23）包括顶盖（232）、筒体（233）和底板（234），所述顶盖（232）和筒体（233）转动连接，所述底板（234）和所述筒体（233）可拆连接；所述底板（234）设置有多个下套管（2341），所述筒体（233）顶部设置有与所述下套管（2341）对应的上套管（2331），所述上套管（2331）和下套管（2341）之间设置有固定柱（235），所述固定柱（235）和所述螺旋管道之间设置有锁紧装置（236）。
7.根据权利要求6所述的一种钻孔冲洗状态自动监测仪，其特征在于：所述锁紧装置（236）为卡箍。
8.根据权利要求1~7任意一项所述的一种钻孔冲洗状态自动监测仪，其特征在于：所述控制系统还包括计时器和比较模块，所述比较模块和所述计时器、密度计算模块、显示装置信号连接。
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