CN112901153A - 一种可重复安装利用式深井地应力监测探头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可重复安装利用式深井地应力监测探头，涉及地应力监测技术领域。该可重复安装利用式深井地应力监测探头包括探头筒体以及内置于探头筒体中的驱动电机、传动机构和应力测量机构；传动机构包括依次啮合的蜗杆、蜗轮和丝杆；驱动电机与蜗杆连接；应力测量机构贯穿探头筒体的侧壁且与丝杆连接，丝杆用于驱动应力测量机构沿探头筒体的直径方向移动。本发明的深井地应力监测探头，通过蜗杆、蜗轮和丝杆组成的传动机构，能够将用于动态监测地应力的应力测量机构从探头筒体中推出，并且能够将应力测量机构收回至探头筒体中，利于地应力计在使用过程中的无损检修和二次安装利用。

Description

一种可重复安装利用式深井地应力监测探头

技术领域

本发明涉及地应力监测技术领域，具体而言，涉及一种可重复安装利用式深井地应力监测探头。

背景技术

现有技术中，用于地应力长期监测的深井地应力计一般通过钻杆等工具下放至深井的特定位置，再利用弹出预加应力机构将测量的传感器单元弹出接触井壁，该方法仅能够实现一次性固定安装，用于持续测量采集地应力数据。一旦出现数据异常，无法取回修复，这也是当前应力和应变监测设备的固有缺陷。

然而，现有的地应力计及其安装使用方法由于直接采用弹出扩张的方式进行固定，无法实现使用过程中的无损检修和维护，以及二次安装利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可重复安装利用式深井地应力监测探头，有助于解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种可重复安装利用式深井地应力监测探头，其包括探头筒体以及内置于所述探头筒体中的驱动电机、传动机构和应力测量机构；所述传动机构包括依次啮合的蜗杆、蜗轮和丝杆；所述驱动电机与所述蜗杆连接；所述应力测量机构贯穿所述探头筒体的侧壁且与所述丝杆连接，所述丝杆用于驱动所述应力测量机构沿所述探头筒体的直径方向移动。

上述可重复安装利用式深井地应力监测探头在使用前，将地应力计放置到深井的预定深度位置，通过驱动电机带动蜗杆旋转，蜗杆通过蜗轮带动丝杆旋转，最终丝杆将应力测量机构的从探头筒体中推出，实现在深井中的固定放置并持续测量地壳的应力。而在使用过程中，需要检修、更换零部件或者更新软件数据时，可再次启动驱动电机向相反的方向动作，利用丝杆的反向旋转将应力测量机构的从探头筒体的外侧回收，该过程不存在弹出、卡紧等安装机构的破坏性操作，能够无损地、重复地使用地应力计，大大延长了地应力计的使用寿命，提高了设备的使用效率并降低了工程项目的运营成本。

进一步地，所述蜗杆的长度方向与所述探头筒体的轴线方向平行。

进一步地，所述应力测量机构包括左滑块、中滑块、应力传感器和右滑块；所述左滑块、所述中滑块、所述应力传感器和所述右滑块沿所述探头筒体的直径方向依次设置，所述丝杆设置在所述左滑块和所述中滑块上，且所述丝杆的轴线沿所述探头筒体的直径方向延伸。

进一步地，所述应力测量机构还包括承托座；所述承托座设置在所述应力传感器和所述探头筒体之间，且所述承托座分别与所述中滑块、所述右滑块连接。

进一步地，所述承托座上设置有第一直槽和第二直槽；所述中滑块朝向所述应力传感器的端面上设置有第一环台，所述右滑块朝向所述应力传感器的端面上设置有第二环台；所述第一直槽的长度方向、第二直槽的长度方向均与所述丝杆的轴线垂直；所述第一环台、所述第二环台和所述丝杆同轴设置；所述第一环台与所述第一直槽卡接，所述第二环台与所述第二直槽卡接。

进一步地，所述应力传感器包括左罩体、右罩体和压力感应片；所述左罩体和所述右罩体连接形成容置腔，所述压力感应片位于所述容置腔内，所述左罩体和所述右罩体之间相向移动，能够挤压所述压力感应片。

进一步地，所述驱动电机、所述传动机构和所述应力测量机构的数量分别为两个；两个所述丝杆沿所述探头筒体的轴线方向依次设置，且两个所述丝杆的轴线相互垂直。

进一步地，两个所述驱动电机、第一个所述丝杆和第二个所述丝杆沿所述探头筒体的轴线方向依次设置。

进一步地，第一个所述驱动电机、第一个所述丝杆、第二个所述丝杆和第二个驱动电机沿所述探头筒体的轴线方向依次设置。

进一步地，所述驱动电机、所述传动机构和所述应力测量机构的数量分别为四个；四个所述丝杆沿所述探头筒体的轴线方向依次设置。

本发明的有益效果是：

本发明的可重复安装利用式深井地应力监测探头，通过蜗杆、蜗轮和丝杆组成的传动机构，能够将用于动态监测地应力的应力测量机构从探头筒体中推出，并且能够将应力测量机构收回至探头筒体中，利于地应力计在使用过程中的无损检修和二次安装利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头的结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头中应力测量机构部分的结构示意图；

图4为本发明第二实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头中承托座的结构示意图；

图5为本发明第三实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头的结构示意图；

图6为本发明第四实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头的结构示意图；

图7为本发明第五实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头的结构示意图。

图标：100-探头筒体；200-驱动电机；310-蜗杆；320-蜗轮；330-丝杆；400-应力测量机构；410-左滑块；420-中滑块；421-第一环台；430-应力传感器；431-左罩体；432-右罩体；433-压力感应片；440-右滑块；441-第二环台；450-承托座；451-第一直槽；452-第二直槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和标注的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例：

图1为本发明第一实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头的结构示意图。请参照图1，本实施例提供一种可重复安装利用式深井地应力监测探头，其包括探头筒体100以及内置于探头筒体100中的驱动电机200、传动机构和应力测量机构400。

其中，传动机构包括蜗杆310、蜗轮320和丝杆330，且蜗杆310、蜗轮320和丝杆330依次相互啮合；而驱动电机200与蜗杆310连接，驱动电机200用于驱动蜗杆310转动；应力测量机构400贯穿探头筒体100的侧壁且与丝杆330连接，丝杆330用于驱动应力测量机构400沿探头筒体100的直径方向移动。

进一步地，如图1所示，蜗杆310的长度方向与探头筒体100的轴线方向平行。

在上述结构中，蜗杆310、蜗轮320和丝杆330组成的传动机构具有可逆向操作的功能，且操作过程可快可慢而载荷很大，完全能够满足应力测量机构400的顶推安装和无损回收。

另外，将蜗杆310设置成沿探头筒体100的长度方向延伸，能够尽量缩小整个传动机构在探头筒体100内的安装空间，且能够实现将多个驱动电机200、多个传动机构和多个应力测量机构400紧密地设置在探头筒体100中一段空间内。

本实施例的可重复安装利用式深井地应力监测探头的工作原理和操作方法如下：

可重复安装利用式深井地应力监测探头在使用前，将地应力计放置到深井的预定深度位置，通过驱动电机200带动蜗杆310旋转，蜗杆310通过蜗轮320带动丝杆330转动，最终通过丝杆330将应力测量机构400的从探头筒体100中推出，实现在深井中的固定放置并持续动态监测地壳的应力。而在使用过程中，需要检修、更换零部件或者更新软件数据时，可再次启动驱动电机200向相反的方向动作，利用丝杆330的反向旋转将应力测量机构400的从探头筒体100的外侧回收，该过程不存在弹出、预应力接触等安装机构的破坏性操作，能够无损地、可重复地使用地应力监测探头，大大延长了地应力计的使用寿命，提高了设备的使用效率并降低了工程项目的运营成本。

第二实施例：

图2为本发明第二实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头的结构示意图；图3为本发明第二实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头中应力测量机构400部分的结构示意图；图4为本发明第二实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头中承托座450的结构示意图。请参照图2、图3、图4，本实施例提供一种可重复安装利用式深井地应力监测探头，其与第一实施例的可重复安装利用式深井地应力监测探头大致相同，二者的区别在于本实施例的可重复安装利用式深井地应力监测探头中的应力测量机构400包括左滑块410、中滑块420、应力传感器430和右滑块440；左滑块410、中滑块420、应力传感器430和右滑块440沿探头筒体100的直径方向依次设置，丝杆330设置在左滑块410和中滑块420上，且丝杆330的轴线沿探头筒体100的直径方向延伸。

此时，通过三个滑块来承载丝杆330和应力测量机构400的重量并且起导向作用，能够将整个应力测量机构400形成一个整体，减少与探头筒体100之间的摩擦，提高应力传感器430的安装稳定性。且三个滑块组成的结构能够整体贯穿探头筒体100的两侧，故探头筒体100两边都承受并可用于测量深井侧壁的地应力。

进一步地，如图3、图4所示，应力测量机构400还包括承托座450；承托座450设置在应力传感器430和探头筒体100之间，且承托座450分别与中滑块420、右滑块440连接。

此时，承托座450能够起到承托应力传感器430的作用，并且，承托座450与应力传感器430一同沿探头筒体100的径向移动，避免了不必要的摩擦阻力，能够提高地应力计的测量准确性。

进一步地，如图4所示，承托座450上设置有第一直槽451和第二直槽452；中滑块420朝向应力传感器430的端面上设置有第一环台421，右滑块440朝向应力传感器430的端面上设置有第二环台441；第一直槽451的长度方向、第二直槽452的长度方向均与丝杆330的轴线垂直；第一环台421、第二环台441和丝杆330同轴设置；第一环台421与第一直槽451卡接，第二环台441与第二直槽452卡接。

此时，第一直槽451的槽宽应大于第一环台421的厚度，第二直槽452的槽宽应大于第二环台441的厚度，使得中滑块420和右滑块440之间相互挤压时，中滑块420和右滑块440之间的距离能够压缩，以实现对应力传感器430的挤压，继而促使应力传感器430获得深井地应力的数据。而当中滑块420远离右滑块440移动，对应力传感器430不存在挤压又能够带动右滑块440同时移动，实现测量端的回收。

进一步地，如图3所示，应力传感器430包括左罩体431、右罩体432和压力感应片433；左罩体431和右罩体432连接形成容置腔，压力感应片433位于容置腔内，左罩体431和右罩体432之间相向移动，能够挤压压力感应片433。

此时，左罩体431、右罩体432形成保护结构，并且在中滑块420和右滑块440相互挤压时，压力感应片433能够进行挤压应力的测量。

第三实施例：

图5为本发明第三实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头的结构示意图。请参照图5，本实施例提供一种可重复安装利用式深井地应力监测探头，其与第一实施例或者第二实施例的可重复安装利用式深井地应力监测探头大致相同，二者的区别在于本实施例的可重复安装利用式深井地应力监测探头中驱动电机200、传动机构和应力测量机构400的数量分别为两个；两个丝杆330沿探头筒体100的轴线方向依次设置，且两个丝杆330的轴线相互垂直。

进一步地，如图5所示，两个驱动电机200、第一个丝杆330和第二个丝杆330沿探头筒体100的轴线方向依次设置。

上述设计结构将两个电机设置在探头筒体100中的一侧，而另一侧依次设置两个丝杆330，整体比较紧凑，能够在较小的空间完成内部测量和驱动装置的安装。

第四实施例：

图6为本发明第四实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头的结构示意图。请参照图6，本实施例提供一种可重复安装利用式深井地应力监测探头，其与第一实施例或者第二实施例的可重复安装利用式深井地应力监测探头大致相同，二者的区别在于本实施例的可重复安装利用式深井地应力监测探头中第一个驱动电机200、第一个丝杆330、第二个丝杆330和第二个驱动电机200沿探头筒体100的轴线方向依次设置。

上述设计结构将两个电机分别设置在探头筒体100中的两侧，而两个电机之间设置两个丝杆330，整体控制范围较大，减少了两组驱动机构和测量机构之间存在的干涉。

第五实施例：

图7为本发明第五实施例提供的可重复安装利用式深井地应力监测探头的结构示意图。请参照图7，本实施例提供一种可重复安装利用式深井地应力监测探头，其与第一实施例或者第二实施例的可重复安装利用式深井地应力监测探头大致相同，二者的区别在于本实施例的可重复安装利用式深井地应力监测探头中驱动电机200、传动机构和应力测量机构400的数量分别为四个；四个丝杆330沿探头筒体100的轴线方向依次设置。

在该结构中，驱动电机200应该分成两组，每组两个驱动电机200，一组驱动电机200分别带动两个丝杆330旋转。两组驱动电机200分别设置在探头筒体100中的两侧，而四个丝杆330位于两组驱动电机200之间。

为了减少干涉，每组驱动电机200对应的两个丝杆330应沿各自的轴线相互垂直。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种可重复安装利用式深井地应力监测探头，其特征在于，包括探头筒体(100)以及内置于所述探头筒体(100)中的驱动电机(200)、传动机构和应力测量机构(400)；

所述传动机构包括依次啮合的蜗杆(310)、蜗轮(320)和丝杆(330)；所述驱动电机(200)与所述蜗杆(310)连接；

所述应力测量机构(400)贯穿所述探头筒体(100)的侧壁且与所述丝杆(330)连接，所述丝杆(330)用于驱动所述应力测量机构(400)沿所述探头筒体(100)的直径方向移动。

2.根据权利要求1所述的可重复安装利用式深井地应力监测探头，其特征在于，所述蜗杆(310)的长度方向与所述探头筒体(100)的轴线方向平行。

3.根据权利要求1所述的可重复安装利用式深井地应力监测探头，其特征在于，所述应力测量机构(400)包括左滑块(410)、中滑块(420)、应力传感器(430)和右滑块(440)；所述左滑块(410)、所述中滑块(420)、所述应力传感器(430)和所述右滑块(440)沿所述探头筒体(100)的直径方向依次设置，所述丝杆(330)设置在所述左滑块(410)和所述中滑块(420)上，且所述丝杆(330)的轴线沿所述探头筒体(100)的直径方向延伸。

4.根据权利要求3所述的可重复安装利用式深井地应力监测探头，其特征在于，所述应力测量机构(400)还包括承托座(450)；所述承托座(450)设置在所述应力传感器(430)和所述探头筒体(100)之间，且所述承托座(450)分别与所述中滑块(420)、所述右滑块(440)连接。

5.根据权利要求4所述的可重复安装利用式深井地应力监测探头，其特征在于，所述承托座(450)上设置有第一直槽(451)和第二直槽(452)；所述中滑块(420)朝向所述应力传感器(430)的端面上设置有第一环台(421)，所述右滑块(440)朝向所述应力传感器(430)的端面上设置有第二环台(441)；

所述第一直槽(451)的长度方向、第二直槽(452)的长度方向均与所述丝杆(330)的轴线垂直；所述第一环台(421)、所述第二环台(441)和所述丝杆(330)同轴设置；所述第一环台(421)与所述第一直槽(451)卡接，所述第二环台(441)与所述第二直槽(452)卡接。

6.根据权利要求3所述的可重复安装利用式深井地应力监测探头，其特征在于，所述应力传感器(430)包括左罩体(431)、右罩体(432)和压力感应片(433)；所述左罩体(431)和所述右罩体(432)连接形成容置腔，所述压力感应片(433)位于所述容置腔内，所述左罩体(431)和所述右罩体(432)之间相向移动，能够挤压所述压力感应片(433)。

7.根据权利要求1所述的可重复安装利用式深井地应力监测探头，其特征在于，所述驱动电机(200)、所述传动机构和所述应力测量机构(400)的数量分别为两个；两个所述丝杆(330)沿所述探头筒体(100)的轴线方向依次设置，且两个所述丝杆(330)的轴线相互垂直。

8.根据权利要求7所述的可重复安装利用式深井地应力监测探头，其特征在于，两个所述驱动电机(200)、第一个所述丝杆(330)和第二个所述丝杆(330)沿所述探头筒体(100)的轴线方向依次设置。

9.根据权利要求7所述的可重复安装利用式深井地应力监测探头，其特征在于，第一个所述驱动电机(200)、第一个所述丝杆(330)、第二个所述丝杆(330)和第二个驱动电机(200)沿所述探头筒体(100)的轴线方向依次设置。

10.根据权利要求1所述的可重复安装利用式深井地应力监测探头，其特征在于，所述驱动电机(200)、所述传动机构和所述应力测量机构(400)的数量分别为四个；四个所述丝杆(330)沿所述探头筒体(100)的轴线方向依次设置。

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