CN112467382A - 一种用于定向钻孔雷达的天线控向装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于定向钻孔雷达的天线控向装置，包括天线外管、天线内管、控向转动机构、支撑旋转机构；天线内管内置于天线外管中，天线内管中设置有主体控制单元、屏蔽蝶形天线和天线位姿探测单元；控向转动机构包括驱动电机、内管连接件和外管连接件，内管连接件与驱动电机的机身固连，外管连接件与驱动电机的转轴固连，内管连接件与天线内管固连，外管连接件与天线外管固连，驱动电机和天线位姿探测单元分别与主体控制单元电连接；支撑旋转机构包括导电滑环、法兰连接件和轴承，天线内管和轴承的内圈分别与法兰连接件固连，天线外管与轴承的外圈固连，主体控制单元通过导电滑环与远程雷达主机及电源电连接。本发明能够对钻孔雷达进行纠偏。
Description
技术领域
本发明涉及钻孔雷达技术领域，特别是涉及一种用于定向钻孔雷达的天线控向装置。
背景技术
由地质雷达发展而来的钻孔雷达和前者具有基本一致的探测原理，但与地质雷达相比，钻孔雷达的可探测深度更深，最大能够获取距孔口数千米深处的地层信息，可更好地理解钻孔周边的地层构造。作为一种新型的地球物理探测方式，钻孔雷达已深入应用于地形探测、水文地质、石油和矿藏勘探、隧道施工超前探测、盐丘调查等领域中。
钻孔雷达按照能否确定目标体方位分为非定向和定向钻孔雷达两种。非定向钻孔雷达由于天线发射与接收电磁波的全向性，可测得目标体的深度、距离和形态，无法确定方位；但定向钻孔雷达可实现目标体方位探测，因此成为钻孔雷达主要的发展方向。定向钻孔雷达实现方式包括：(1)阵列接收天线，通过处理接收数据提取目标方位；(2)旋转单个定向接收天线，目标体在定向天线接收方向，通过信号处理确定方位；(3)采用指向性屏蔽雷达天线，采集和分析单一方向上反馈信号。方式(1)、(3)的定位精度受数据处理算法、天线装配及旋转精度影响较大。相较而言，方式(3)的定位精度高、定位鲁棒性更强，后处理流程简单，但探测钻孔直径偏小对指向性天线的设计提出了更高要求。
随着指向性天线设计技术的不断成熟，由方式(3)实现的钻孔雷达成为井中定向探测的主流方法；但实际探测中，天线受孔中外力综合作用极易发生轴向旋转，偏移预设探测方向，而无法精确获得目标体方位。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于定向钻孔雷达的天线控向装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现对钻孔雷达探测发生轴向偏转时的纠偏，以保证探测方向的一致性，进而获得目标方向的准确信号。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种用于定向钻孔雷达的天线控向装置，包括天线外管、天线内管、控向转动机构、支撑旋转机构；所述天线内管内置于所述天线外管中，所述天线内管中设置有主体控制单元、屏蔽蝶形天线和天线位姿探测单元；所述控向转动机构包括驱动电机、内管连接件和外管连接件，所述内管连接件与所述驱动电机的机身固连，所述外管连接件与所述驱动电机的转轴固连，所述内管连接件与所述天线内管的一端固连，所述外管连接件与所述天线外管的一端固连，所述驱动电机和所述天线位姿探测单元分别与所述主体控制单元电连接；所述支撑旋转机构包括导电滑环、法兰连接件和轴承，所述天线内管和所述轴承的内圈分别与所述法兰连接件固连，所述天线外管与所述轴承的外圈固连，所述导电滑环固设在所述法兰连接件的内孔中，所述主体控制单元通过所述导电滑环与远程雷达主机及电源电连接。
优选的，所述驱动电机为偏心出轴减速电机；所述天线外管的材料为ABS塑料,所述天线内管为透明有机玻璃管。
优选的，所述内管连接件呈圆盘状，所述内管连接件的中心对应所述驱动电机的转轴设置有孔，所述驱动电机的转轴穿过所述孔，所述内管连接件的侧壁和所述外管连接件的侧壁上分别设置有若干个连接孔。
优选的，所述法兰连接件的凸台穿过所述轴承的内圈，所述法兰连接件的凸缘的侧面上设置有若干个连接孔。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明用于定向钻孔雷达的天线控向装置能够在钻孔雷达探测发生轴向偏转时对钻孔雷达进行纠偏，以保证探测方向的一致性，进而获得目标方向的准确信号。当钻孔雷达探测过程中产生轴向旋转时，主体控向单元能够根据钻孔雷达的偏移姿态信息完成自动纠偏，保证指向性天线的探测方向的唯一性。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于定向钻孔雷达的天线控向装置的结构示意图；
图2为图1中A处和B处的局部剖视图；
图3为本发明用于定向钻孔雷达的天线控向装置中控向转动机构的结构示意图一；
图4为本发明用于定向钻孔雷达的天线控向装置中控向转动机构的结构示意图二；
图5为本发明用于定向钻孔雷达的天线控向装置中支撑旋转机构的结构示意图一；
图6为本发明用于定向钻孔雷达的天线控向装置中支撑旋转机构的结构示意图二；
其中：10、天线外管；20、天线内管；30、控向转动机构；40、支撑旋转机构；210、屏蔽蝶形天线；220、天线位姿探测单元；230、主体控制单元；310、驱动电机；320、内管连接件；330、外管连接件；410、法兰连接件；420、导电滑环；430、轴承。
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付出创造性劳动的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用于定向钻孔雷达的天线控向装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现对钻孔雷达探测发生轴向偏转时的纠偏，以保证探测方向的一致性，进而获得目标方向的准确信号。
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作进一步详细的说明。
如图1至图6所示：本实施例提供了一种用于定向钻孔雷达的天线控向装置，包括天线外管10、天线内管20、控向转动机构30、支撑旋转机构40；天线内管20内置于天线外管10中，天线内管20中设置有主体控制单元230、屏蔽蝶形天线210和天线位姿探测单元220，主体控制单元230采用STM32H743作为主控芯片，天线位姿探测单元220采用九轴运动传感器，可实时获取天线的位姿信息。所述主体控制单元实现了天线控制、电机驱动、各类数据采集与传输的功能；控向转动机构30包括驱动电机310、内管连接件320和外管连接件330，内管连接件320与驱动电机310的机身固连，外管连接件330与驱动电机310的转轴固连，内管连接件320与天线内管20的一端固连，外管连接件330与天线外管10的一端固连，驱动电机310、屏蔽蝶形天线210和天线位姿探测单元220分别与主体控制单元230电连接；支撑旋转机构40包括导电滑环420、法兰连接件410和轴承430，天线内管20和轴承430的内圈分别与法兰连接件410固连，天线外管10与轴承430的外圈固连，导电滑环420固设在法兰连接件410的内孔中，主体控制单元230通过导电滑环420与远程雷达主机及电源电连接。
驱动电机310为偏心出轴减速电机；天线外管10的材料为ABS塑料,天线内管20为透明有机玻璃管；天线外管1010为ABS材质，具有较强的耐磨性、刚度和硬度，长1m，内、外管径分别为68mm、75mm；天线内管20长0.9m，内、外管径分别为56mm、60mm。两管的底端与控向转动机构30连接，顶端与支撑旋转机构40连接。
内管连接件320为圆盘状，端面中心有一个电机转轴穿孔，四周有六个驱动电机310的安装限位通孔；外圆柱面上有三个天线内管20限位螺纹孔。外管连接件330为法兰件，凸台中心有驱动电机310的转轴安装沉孔，凸缘柱面有天线外管10限位螺纹孔。
法兰连接件410内孔中固装有导电滑环420，凸台穿过轴承430内圈，凸缘柱面上有三个天线内管20限位螺纹孔。导电滑环420为“4芯导线+单通道以太网”的过孔滑环，一端电线与天线内管20中的主体控制单元230连接，另一端电线与远程雷达主机和电源连接。轴承430为深沟球轴承，内、外径分别为40mm、68mm。
本实施例用于定向钻孔雷达的天线控向装置的工作原理如下：
定向钻孔雷达在孔中工作时，天线外管10受孔中复杂外力的综合作用，导致天线内管20中的屏蔽蝶形天线210辐射和接收方向与预定探测方向产生偏差。此时，天线位姿探测单元220监测到天线位姿变化，将信息反馈至所述主体控制单元230，后者依据位姿变换情况来控制控向转动机构30，后者驱动天线内管20和天线外管10绕轴向相对转动，补偿偏移角度，调整屏蔽蝶形天线210的辐射和方向，直至天线回归预设探测方向。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种用于定向钻孔雷达的天线控向装置，其特征在于：包括天线外管、天线内管、控向转动机构、支撑旋转机构；所述天线内管内置于所述天线外管中，所述天线内管中设置有主体控制单元、屏蔽蝶形天线和天线位姿探测单元；所述控向转动机构包括驱动电机、内管连接件和外管连接件，所述内管连接件与所述驱动电机的机身固连，所述外管连接件与所述驱动电机的转轴固连，所述内管连接件与所述天线内管的一端固连，所述外管连接件与所述天线外管的一端固连，所述驱动电机和所述天线位姿探测单元分别与所述主体控制单元电连接；所述支撑旋转机构包括导电滑环、法兰连接件和轴承，所述天线内管和所述轴承的内圈分别与所述法兰连接件固连，所述天线外管与所述轴承的外圈固连，所述导电滑环固设在所述法兰连接件的内孔中，所述主体控制单元通过所述导电滑环与远程雷达主机及电源电连接。
2.根据权利要求1所述的用于定向钻孔雷达的天线控向装置，其特征在于：所述驱动电机为偏心出轴减速电机；所述天线外管的材料为ABS塑料,所述天线内管为透明有机玻璃管。
3.根据权利要求1所述的用于定向钻孔雷达的天线控向装置，其特征在于：所述内管连接件呈圆盘状，所述内管连接件的中心对应所述驱动电机的转轴设置有孔，所述驱动电机的转轴穿过所述孔，所述内管连接件的侧壁和所述外管连接件的侧壁上分别设置有若干个连接孔。
4.根据权利要求1所述的用于定向钻孔雷达的天线控向装置，其特征在于：所述法兰连接件的凸台穿过所述轴承的内圈，所述法兰连接件的凸缘的侧面上设置有若干个连接孔。
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