CN112796742B - 一种地质钻孔窥视镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地质钻孔窥视镜头，其包括：窥视镜头头部、窥视镜头尾部和用于调节窥视镜头头部与窥视镜头尾部相对角度的角度调节装置，窥视镜头头部和窥视镜头尾部铰接，角度调节装置的一端与窥视镜头头部连接，角度调节装置的另一端与窥视镜头尾部连接；角度调节装置包括牵引绳、第一导向轮、第二导向轮、牵引轮和角度调节驱动机构，牵引绳的一端固定在窥视镜头头部下端的一侧，所述牵引绳的另一端依次经过第一导向轮、牵引轮和第二导向轮固定在窥视镜头头部下端的另一侧，所述牵引绳的中部缠绕在牵引轮，牵引绳在牵引轮上的缠绕圈数至少为一圈。本发明质钻孔窥视镜头的前端可以进行偏转，当钻孔发生错位时，镜头可避开错位，完成窥视作业。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，特别是涉及一种地质钻孔窥视镜头。
背景技术
在地质勘探技术领域中施工地质钻孔的目的是探明该地点地下岩层的构造情况，用以探明各个地层的岩性、厚度、节理发育等情况，主要手段有两个：一是通过钻孔取芯方法，将地下岩石取样至地面，除了能直观的观察到岩石以外，还能通过实验的手段测得岩石的种种物理性质。但是这种方法工序繁琐、取芯时间长、反复提升钻头使得钻孔破坏的可能性增加。另一个是钻孔窥视的方法，即通过相机成像技术，将孔内四周岩石的情况通过照片、录像呈现出来。
目前地质钻孔窥视均采用较为传统的技术，主要为：电缆牵引带有录像功能的窥视镜头，由地面从孔内逐渐下放。地面的数据处理终端可获得实时视频，以及此时镜头下放的深度，由此可绘制或验证岩层柱状图。
但是由于地质钻孔往往深度较大，孔内情况越往下越复杂，尤其是煤矿在采空区上方进行钻孔窥视作业时，采空区破碎岩石往往容易造成钻孔错位。现有镜头只能沿竖直方向运动，当钻孔发生错位时，镜头无法避开，使得镜头无法继续下放。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种地质钻孔窥视镜头，该地质钻孔窥视镜头的前端可以进行偏转，当钻孔发生错位时，镜头可避开错位，完成窥视作业。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种地质钻孔窥视镜头，其特征在于，包括：窥视镜头头部、窥视镜头尾部和用于调节窥视镜头头部与窥视镜头尾部相对角度的角度调节装置，所述窥视镜头头部和窥视镜头尾部铰接，所述角度调节装置的一端与窥视镜头头部连接，所述角度调节装置的另一端与窥视镜头尾部连接；
所述角度调节装置包括牵引绳、第一导向轮、第二导向轮、牵引轮和角度调节驱动机构，所述第一导向轮、第二导向轮、牵引轮和角度调节驱动机构均安装在窥视镜头尾部上，所述牵引轮位于第一导向轮和第二导向轮之间，所述牵引绳的一端固定在窥视镜头头部下端的一侧，所述牵引绳的另一端依次经过第一导向轮、牵引轮和第二导向轮后固定在窥视镜头头部下端的另一侧，所述牵引绳的中部缠绕在牵引轮上，所述牵引绳在牵引轮上的缠绕圈数至少为一圈。
上述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述窥视镜头头部和窥视镜头尾部通过球形关节铰接。
上述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述窥视镜头头部包括：清洗液存储箱、微型水泵、清洗液连通管路、第一清洗喷头、前摄像头和头部壳体，所述前摄像头设置在头部壳体的上部内侧且用于拍摄地质钻孔窥视镜头前方的景象，所述第一清洗喷头的数量为多个，多少所述第一清洗喷头均匀设置在前摄像头外侧的头部壳体上，所述清洗液存储箱设置在头部壳体内部，所述微型水泵进入水口与清洗液存储箱相连通，所述微型水泵的出水口通过清洗液连通管路与第一清洗喷头相连通且用于通过第一清洗喷头喷出的清洗液冲洗遮挡前摄像头的污染物。
上述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述清洗液存储箱的侧部设置有进水口，所述进水口设置有单向快速注水接口。
上述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述窥视镜头头部还包括侧摄像头和第二清洗喷头，所述侧摄像头设置在头部壳体中部内侧，所述侧摄像头与前摄像头垂直设置且用于拍摄地质钻孔窥视镜头侧方的景象，所述第二清洗喷头固定设置在侧摄像头外侧的头部壳体上，所述第二清洗喷头通过清洗液连通管路与微型水泵的出水口相连通。
上述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述窥视镜头尾部包括连接部、齿圈、齿轮、齿轮驱动装置和尾部壳体，所述连接部通过轴承可转动的安装在尾部壳体的顶部，所述齿圈固定安装在连接部的下部，所述齿轮驱动装置固定安装在尾部壳体的内壁上，所述齿轮与齿轮驱动装置的输出轴连接，所述齿轮与齿圈相啮合且所述齿轮能够通过齿圈带动连接部相对于尾部壳体转动，所述连接部的顶部与窥视镜头头部的底部球形关节铰接，所述第一导向轮、第二导向轮、牵引轮和角度调节驱动机构均安装在连接部上。
上述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述尾部壳体的下部为倒锥形结构。
上述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述窥视镜头尾部还包括分线盒，所述分线盒设置在尾部壳体内。
上述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述连接部的顶部与窥视镜头头部底部球形关节铰接处的外侧设置有用于保护球形关节的防护装置。
上述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述防护装置为伸缩橡胶管，所述伸缩橡胶管套装在球形关节铰的外侧，所述伸缩橡胶管的一端与连接部连接，所述伸缩橡胶管的另一端与头部壳体的下端连接。
上述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，前摄像头和侧摄像头的外侧均设置有补光灯；
所述角度调节驱动机构和齿轮驱动装置均为伺服电机。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明设计的新式窥视镜头，在现有窥视镜头的基础上，增加了角度调节装置，只要岩层的错位在一定范围内，镜头均可通过自身摆动避开，方便进行下一步窥视工作。
2、本发明设置了清洗液存储箱、第一清洗喷头和第二清洗喷头能够对前摄像头和侧摄像头沾染的污染物进行清洗，使得窥视作业顺序进行。
3、本发明地质钻孔窥视镜头尾部的圆锥形设计，也在很大程度上减少了镜头卡在孔内的可能性。
4、本发明设置的侧摄像头具有对焦及旋转功能，可以清楚看到孔内四周任意一点的情况，如裂缝发育宽度、破碎程度等。
下面通过附图和实施例，对发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的剖视图。
附图标记说明:
10—窥视镜头头部； 11—清洗液存储箱；
11-1—单向快速注水接口； 12—微型水泵；
13—清洗液连通管路； 14—第一清洗喷头；
15—前摄像头； 16—头部壳体； 17—侧摄像头；
18—第二清洗喷头； 19—补光灯； 20—窥视镜头尾部；
21—连接部； 22—齿圈； 23—齿轮驱动装置；
24—齿轮； 25—尾部壳体； 26—分线盒；
30—角度调节装置； 31—牵引绳； 32—第一导向轮；
33—第二导向轮； 34—牵引轮；
35—角度调节驱动机构； 40—防护装置。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
如图1和图2所示，本发明公开了一种地质钻孔窥视镜头，其包括：窥视镜头头部10、窥视镜头尾部20和用于调节窥视镜头头部10与窥视镜头尾部20相对角度的角度调节装置30，所述窥视镜头头部10和窥视镜头尾部20铰接，所述角度调节装置30的一端与窥视镜头头部10连接，所述角度调节装置30的另一端与窥视镜头尾部20连接；
所述角度调节装置30包括牵引绳31、第一导向轮32、第二导向轮33、牵引轮34和角度调节驱动机构35，所述第一导向轮32、第二导向轮33、牵引轮34和角度调节驱动机构35均安装在窥视镜头尾部20上，所述牵引轮34位于第一导向轮32和第二导向轮33之间，所述牵引绳31的一端固定在窥视镜头头部10下端的一侧，所述牵引绳31的另一端依次经过第一导向轮32、牵引轮34和第二导向轮33后固定在窥视镜头头部10下端的另一侧，所述牵引绳31的中部缠绕在牵引轮34上，所述牵引绳31在牵引轮34上的缠绕圈数至少为一圈。
本发明的地质钻孔窥视镜头包括窥视镜头头部10和窥视镜头尾部20两个部分，且这两个部分铰接在一起。角度调节装置30通过牵引牵引绳31带动窥视镜头头部10绕着铰接点偏转。当孔洞错位时镜头能够在角度调节装置30的控制下避开错位部分，继续完成窥视作业。
本实施例中所述牵引绳31为钢绞线。
如图2所示，所述窥视镜头头部10和窥视镜头尾部20通过球形关节铰接。
本实施中窥视镜头头部10和窥视镜头尾部20通过球形关节铰接。关节间隙小，偏转灵活，允许窥视镜头头部10沿与窥视镜头尾部20中轴线垂直平面内的任意方向的偏转量。钢绞线牵引与旋转球配合，提高了旋转的流畅度与装置的稳定性。
如图2所示，所述窥视镜头头部10包括：清洗液存储箱11、微型水泵12、清洗液连通管路13、第一清洗喷头14、前摄像头15和头部壳体16，所述前摄像头15设置在头部壳体16的上部内侧且用于拍摄地质钻孔窥视镜头前方的景象，所述第一清洗喷头14的数量为多个，多少所述第一清洗喷头14均匀设置在前摄像头15外侧的头部壳体16上，所述清洗液存储箱11设置在头部壳体16内部，所述微型水泵12进入水口与清洗液存储箱11相连通，所述微型水泵12的出水口通过清洗液连通管路13与第一清洗喷头14相连通且用于通过第一清洗喷头14喷出的清洗液冲洗遮挡前摄像头15的污染物。
在窥视作业中地质钻孔往往深度较大，孔内有积水、渗水、情况复杂。往往镜头很容易沾染污染物，阻碍镜头的正常拍摄，本实施例中在窥视镜头头部10内的清洗液存储箱11内存储有清洗液或者水，当镜头沾染了污染物时，微型水泵12抽取清洗液存储箱11内存储的清洗液或者水，微型水泵12再通过清洗液连通管路13将清洗液或者水输送到第一清洗喷头14，下来通过第一清洗喷头14将清洗液或者水喷在前摄像头15上，用于清洗镜头上沾染的污染物。
如图2所示，所述清洗液存储箱11的侧部设置有进水口，所述进水口设置有单向快速注水接口11-1。
如图2所示，所述窥视镜头头部10还包括侧摄像头17和第二清洗喷头18，所述侧摄像头17设置在头部壳体16中部内侧，所述侧摄像头17与前摄像头15垂直设置且用于拍摄地质钻孔窥视镜头侧方的景象，所述第二清洗喷头18固定设置在侧摄像头17外侧的头部壳体16上，所述第二清洗喷头18通过清洗液连通管路13与微型水泵12的出水口相连通。
本实施例中的窥视镜头头部10还设置了侧摄像头17，使得该地质钻孔窥视镜头不仅能够拍摄地质钻孔窥视镜头前方的景象，还可以拍摄地质钻孔窥视镜头侧方的景象。
如图2所示，所述窥视镜头尾部20包括连接部21、齿圈22、齿轮24、齿轮驱动装置23和尾部壳体25，所述连接部21通过轴承可转动的安装在尾部壳体25的顶部，所述齿圈22固定安装在连接部21的下部，所述齿轮驱动装置23固定安装在尾部壳体25的内壁上，所述齿轮24与齿轮驱动装置23的输出轴连接，所述齿轮24与齿圈22相啮合且所述齿轮24能够通过齿圈22带动连接部21相对于尾部壳体25转动，所述连接部21的顶部与窥视镜头头部10的底部球形关节铰接，所述第一导向轮32、第二导向轮33、牵引轮34和角度调节驱动机构35均安装在连接部21上。
本实施例中连接部21通过轴承可转动的安装在尾部壳体25的顶部，使得与中连接部21连接的窥视镜头头部10能够相对于尾部壳体25相对转动，进而使得侧摄像头17能够拍摄到地质钻孔窥视镜头侧方整个圆周的景象。
如图2所示，所述尾部壳体25的下部为倒锥形结构。将整个镜头的尾端设计为近似圆锥形，并且使圆锥母线的斜率大于2，在绝大多数的情况下，镜头提升时能避开围岩破碎的影响，很大程度上减少了镜头卡在孔内的可能性。
如图2所示，所述窥视镜头尾部20还包括分线盒26，所述分线盒26设置在尾部壳体25内。
如图2所示，所述连接部21的顶部与窥视镜头头部10底部球形关节铰接处的外侧设置有用于保护球形关节的防护装置40。
如图2所示，所述防护装置为伸缩橡胶管，所述伸缩橡胶管套装在球形关节铰的外侧，所述伸缩橡胶管的一端与连接部21连接，所述伸缩橡胶管的另一端与头部壳体16的下端连接。
如图2所示，前摄像头15和侧摄像头17的外侧均设置有补光灯19；
本实施例中，所述角度调节驱动机构35和齿轮驱动装置23均为伺服电机。
本发明的工作原理为：本发明的地质钻孔窥视镜头可实现窥视镜头头部10的摆动和旋转；镜头的清洗和补光照明。
窥视镜头头部10的摆动：首先所述窥视镜头头部10和窥视镜头尾部20铰接在一起，窥视镜头尾部20上安装有一个牵引轮34，牵引轮34缠绕有牵引绳31，牵引绳31的一端通过第一导向轮32的导向后与窥视镜头头部10下侧的一端固定连接；牵引绳31的另一端通过第二导向轮33的导向后与窥视镜头头部10下侧的另一端固定连接；牵引轮34沿第一方向转动，通过牵引轮34上的牵引绳31拉动窥视镜头头部10绕着窥视镜头头部10和窥视镜头尾部20的交接点沿第一方向偏转。窥视镜头头部10和窥视镜头尾部20通过球形关节铰接，该球形关节沿其中心轴线方向设置有用于穿设摄像头数据线的通孔。结合实际情况，窥视镜头头部10相对于窥视镜头尾部20左右最大转动角度均为30°。同时，在球形关节的外侧设置有防护装置40，该防护装置40采用伸缩橡胶管，其不仅保护了球形关节，保证了窥视镜头头部10的正常摆动，还能很好的与窥视镜头头部10和窥视镜头尾部20密封连接，防止污水进入地质钻孔窥视镜头内。
窥视镜头头部10的旋转：连接部21通过轴承可转动的安装在尾部壳体25的顶部，连接部21的下端固定安装有一个齿圈22，齿轮24与齿圈22啮合，齿轮24在齿轮驱动装置23带动下转动，带动齿圈22和与齿圈22的连接部21转动，连接部21带动与它连接的窥视镜头头部10转动，使得窥视镜头头部10可实现360°的旋转。
通过窥视镜头头部10的摆动和旋转的配合，可实现窥视镜头头部10向任意方向摆动30°。
该地质钻孔窥视镜头安装有前摄像头15和侧摄像头17。一个位于地质钻孔窥视镜头最前端，用来观测地质钻孔窥视镜头前方的情况；一个位于地质钻孔窥视镜头的侧壁，可沿水平方向360°旋转，实现孔内的环视功能。
前摄像头15主要功能是粗略地观察孔内四周及前方的地质情况，实时观测孔内的窥视条件。当孔内窥视条件较好时，镜头提升/下降速度可相对加大，提高窥视的工作效率。
侧摄像头17具有对焦及旋转功能，可以清楚看到孔内四周任意一点的情况，如裂缝发育宽度、破碎程度等等。
镜头的补光照明：前摄像头15和侧摄像头17周围均有若干个LED补光灯进行照明。
镜头的清洗：两个镜片周围均留有一个小的环形水仓，在镜头中部设置较大的圆环形清洗液存储箱11，清洗液存储箱11内注满玻璃水，清洗液存储箱11出水口安装微型水泵。当镜头需要清洗时，清洗液存储箱11的微型水泵工作，将清洗液存储箱11内的玻璃水通过水管输送至小水仓，由于水泵的压力，玻璃水从小水仓的若干个第一清洗喷头14和第二清洗喷头18喷出，达到清洗淤泥的目的。
最后，将整个镜头的尾端设计为近似圆锥形，并且使圆锥母线的斜率大于2，在绝大多数的情况下，镜头提升时能避开围岩破碎的影响，能够顺利提起。
以上所述，仅是发明的较佳实施例，并非对发明作任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种地质钻孔窥视镜头，其特征在于，包括：窥视镜头头部(10)、窥视镜头尾部(20)和用于调节窥视镜头头部(10)与窥视镜头尾部(20)相对角度的角度调节装置(30)，所述窥视镜头头部(10)和窥视镜头尾部(20)铰接，所述角度调节装置(30)的一端与窥视镜头头部(10)连接，所述角度调节装置(30)的另一端与窥视镜头尾部(20)连接；
所述角度调节装置(30)包括牵引绳(31)、第一导向轮(32)、第二导向轮(33)、牵引轮(34)和角度调节驱动机构(35)，所述第一导向轮(32)、第二导向轮(33)、牵引轮(34)和角度调节驱动机构(35)均安装在窥视镜头尾部(20)上，所述牵引轮(34)位于第一导向轮(32)和第二导向轮(33)之间，所述牵引绳(31)的一端固定在窥视镜头头部(10)下端的一侧，所述牵引绳(31)的另一端依次经过第一导向轮(32)、牵引轮(34)和第二导向轮(33)后固定在窥视镜头头部(10)下端的另一侧，所述牵引绳(31)的中部缠绕在牵引轮(34)上，所述牵引绳(31)在牵引轮(34)上的缠绕圈数至少为一圈；
所述窥视镜头头部(10)和窥视镜头尾部(20)通过球形关节铰接；
清洗液存储箱(11)、微型水泵(12)、清洗液连通管路(13)、第一清洗喷头(14)、前摄像头(15)和头部壳体(16)，所述前摄像头(15)设置在头部壳体(16)的上部内侧且用于拍摄地质钻孔窥视镜头前方的景象，所述第一清洗喷头(14)的数量为多个，多少所述第一清洗喷头(14)均匀设置在前摄像头(15)外侧的头部壳体(16)上，所述清洗液存储箱(11)设置在头部壳体(16)内部，所述微型水泵(12)进入水口与清洗液存储箱(11)相连通，所述微型水泵(12)的出水口通过清洗液连通管路(13)与第一清洗喷头(14)相连通且用于通过第一清洗喷头(14)喷出的清洗液冲洗遮挡前摄像头(15)的污染物；
所述清洗液存储箱(11)的侧部设置有进水口，所述进水口设置有单向快速注水接口(11-1)；
所述窥视镜头头部(10)还包括侧摄像头(17)和第二清洗喷头(18)，所述侧摄像头(17)设置在头部壳体(16)中部内侧，所述侧摄像头(17)与前摄像头(15)垂直设置且用于拍摄地质钻孔窥视镜头侧方的景象，所述第二清洗喷头(18)固定设置在侧摄像头(17)外侧的头部壳体(16)上，所述第二清洗喷头(18)通过清洗液连通管路(13)与微型水泵(12)的出水口相连通；
所述窥视镜头尾部(20)包括连接部(21)、齿圈(22)、齿轮(24)、齿轮驱动装置(23)和尾部壳体(25)，所述连接部(21)通过轴承可转动的安装在尾部壳体(25)的顶部，所述齿圈(22)固定安装在连接部(21)的下部，所述齿轮驱动装置(23)固定安装在尾部壳体(25)的内壁上，所述齿轮(24)与齿轮驱动装置(23)的输出轴连接，所述齿轮(24)与齿圈(22)相啮合且所述齿轮(24)能够通过齿圈(22)带动连接部(21)相对于尾部壳体(25)转动，所述连接部(21)的顶部与窥视镜头头部(10)的底部球形关节铰接，所述第一导向轮(32)、第二导向轮(33)、牵引轮(34)和角度调节驱动机构(35)均安装在连接部(21)上。
2.按照权利要求1所述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述尾部壳体(25)的下部为倒锥形结构。
3.按照权利要求1或2所述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述窥视镜头尾部(20)还包括分线盒(26)，所述分线盒(26)设置在尾部壳体(25)内。
4.按照权利要求1所述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述连接部(21)的顶部与窥视镜头头部(10)底部球形关节铰接处的外侧设置有用于保护球形关节的防护装置(40)。
5.按照权利要求1所述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，所述防护装置为伸缩橡胶管，所述伸缩橡胶管套装在球形关节铰的外侧，所述伸缩橡胶管的一端与连接部(21)连接，所述伸缩橡胶管的另一端与头部壳体(16)的下端连接。
6.按照权利要求1所述的地质钻孔窥视镜头，其特征在于，前摄像头(15)和侧摄像头(17)的外侧均设置有补光灯(19)；
所述角度调节驱动机构(35)和齿轮驱动装置(23)均为伺服电机。
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