CN114543974A - 一种基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，涉及振动传感器领域；基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器包括：壳体、导向杆、振动体、第一铜电极和第二铜电极；导向杆设置在壳体内；第一铜电极和第二铜电极沿导向杆间隔设置在壳体内的底部，用于与外部电路连接；第一铜电极和第二铜电极的上表面贴合设置有第二摩擦层；振动体的底部可转动地设置有转动体；第一摩擦层环绕设置在转动体的外侧，且与第二摩擦层抵接；振动体的两端分别通过弹性件与壳体连接；振动体、导向杆和弹性件配合，使得振动体能够沿导向杆来回移动，从而带动转动体在第二摩擦层上来回滚动；本发明能够提高基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及振动传感器领域，尤其涉及一种基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器。
背景技术
随着表层能源的枯竭，人们对于深层资源的需求日益强烈，深井钻具的应用越来越广泛。但是钻具在使用过程中会产生振动，从地面很难对振动进行监测，因此需要在钻具头部进行监测。对振动的监测有利于实时反应井下工况信息，及时发现工作中的异常，调节钻具维持在较为优良的工作状态，防止钻具因振动造成损坏。
基于摩擦电效应的振动传感器在振动时，摩擦层接触会产生电势差，在摩擦层上外界电路便会产生交流电信号，通过对交流电信号的监测实现对井下钻具的振动信号监测；同时，可以解决振动传感器自身的供电问题。
申请人在试验中发现：现有基于摩擦电效应的振动传感器中摩擦层之间的摩擦为滑动摩擦，摩擦力较大，导致振动传感器的灵敏度较低。
发明内容
本发明旨在解决现有基于摩擦电效应的振动传感器中因摩擦层之间的摩擦为滑动摩擦，摩擦力较大，导致振动传感器灵敏度较低的技术问题。
本发明提供一种基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，包括：壳体、导向杆、振动体、第一铜电极和第二铜电极；
所述导向杆设置在所述壳体内，并与所述壳体固定连接；
所述第一铜电极和所述第二铜电极沿所述导向杆间隔设置在所述壳体内的底部，分别用于与外部电路连接；所述第一铜电极和所述第二铜电极的上表面贴合设置有第二摩擦层；
所述振动体的底部可转动地设置有转动体；所述第一摩擦层环绕设置在所述转动体的外侧，且与所述第二摩擦层抵接；所述振动体的两端分别通过弹性件与所述壳体连接；所述振动体、所述导向杆和所述弹性件配合，使得所述振动体能够沿所述导向杆来回移动，从而带动所述转动体在所述第二摩擦层上来回滚动；所述第一摩擦层与所述第二摩擦层配合，用于在所述外部电路中产生交流电信号。
进一步地，所述弹性件为弹簧；所述弹簧分别套设在所述导向杆的两端；所述振动体的两端分别通过所述弹簧与所述壳体弹性连接。
进一步地，所述振动体的顶部设置有与所述导向杆配合使用的导向槽；所述导向杆与所述导向槽配合，使得所述振动体能够沿所述导向杆移动。
进一步地，所述振动体的底部设置有安装槽；所述转动体设置在所述安装槽内。
进一步地，所述转动体的两侧分别设置有转轴；所述安装槽的内侧壁上相对设置有与所述转轴配合使用的轴承；所述转动体通过所述转轴与所述轴承配合，可转动地设置在所述安装槽内。
进一步地，所述第一摩擦层为电负性材料显负电；所述第二摩擦层为电负性材料显正电。
进一步地，所述第一摩擦层的材质包括聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氯烷或者聚四氟乙烯。
进一步地，所述第二摩擦层的材质包括铜、银、铝、铁、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯或者硅胶。
进一步地，所述壳体上设置有封盖；所述封盖与所述壳体配合形成封闭空间。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器包括壳体、导向杆、振动体、第一铜电极和第二铜电极；所述导向杆设置在所述壳体内，并与所述壳体固定连接；所述第一铜电极和所述第二铜电极沿所述导向杆间隔设置在所述壳体内的底部，分别用于与外部电路连接；所述第一铜电极和所述第二铜电极的上表面贴合设置有第二摩擦层；所述振动体的底部可转动地设置有转动体；所述第一摩擦层环绕设置在所述转动体的外侧，且与所述第二摩擦层抵接；所述振动体的两端分别通过弹性件与所述壳体连接；所述振动体、所述导向杆和所述弹性件配合，使得所述振动体能够沿所述导向杆来回移动，从而带动所述转动体在所述第二摩擦层上来回滚动；所述第一摩擦层与所述第二摩擦层配合，用于在所述外部电路中产生交流电信号；使用时，将所述基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器水平设置在钻具上；当所述钻具振动时，带动所述振动体沿所述导向杆来回移动，从而带动所述转动体在所述第二摩擦层的上表面来回滚动摩擦，导致电荷重新分布，使得所述第一铜电极与所述第二铜电极之间产生电势差，从而在所述外部电路中产生交流电信号，通过监测所述外部电路中的交流电信号，即可实现对所述钻具水平方向振动频率的监测；同时，通过上述结构的协同配合，将所述第一摩擦层与所述第二摩擦层接触点之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，使得所述第二摩擦层与第一摩擦层接触点之间的摩擦力减小，从而提高所述基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器的灵敏度。
附图说明
图1为本发明某一实施例中基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器的立体结构示意图；
图2为图1中基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器的侧视图；
图3为图2基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器中A-A方向剖面结构示意图；
图4为图1中基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器的另一侧视图；
图5为图4基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器中B-B方向剖面结构示意图；
其中，1、壳体；101、封盖；2、导向杆；3、振动体；301、导向槽；302、安装槽；4、弹簧；5、转动体；501、转轴；6、第一摩擦层；7、第一铜电极；8、第二铜电极；9、第二摩擦层；10、轴承。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参考图1至图5，本发明的实施例提供了一种基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，包括：壳体1、导向杆2、振动体3、第一铜电极7和第二铜电极8；
导向杆2设置在壳体1内，并与壳体1固定连接；导向杆2的两端分别与壳体1内相对的两侧壁固定连接；
第一铜电极7和第二铜电极8沿导向杆2间隔设置在壳体1内的底部，分别用于与外部电路连接；第一铜电极7和第二铜电极8的上表面贴合设置有第二摩擦层9；第二摩擦层9通过胶水粘贴在第一铜电极7和第二铜电极8的上表面；第一铜电极7和第二铜电极8通过胶水粘贴在壳体1内的底部；
振动体3的底部可转动地设置有转动体5；第一摩擦层6环绕设置在转动体5的外侧，且与第二摩擦层9抵接；振动体3的两端分别通过弹性件与壳体1连接；振动体3、导向杆2和所述弹性件配合，使得振动体3能够沿导向杆2来回移动，从而带动转动体5在第二摩擦层9上来回滚动；第一摩擦层6与第二摩擦层9配合，用于在所述外部电路中产生交流电信号。
通过在振动体3的底部可转动地设置转动体5，将第一摩擦层6与第二摩擦层9接触点之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，使得第二摩擦层9与第一摩擦层6接触点之间的摩擦力减小，从而提高所述基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器的灵敏度。
示例性地，在本实施例中，转动体5的数量为三个，分别可转动地设置在振动体3的底部。
具体地，参考图3，所述弹性件为弹簧4；弹簧4分别套设在导向杆2的两端；振动体3的两端分别通过弹簧4与壳体1弹性连接。
振动体3的顶部设置有与导向杆2配合使用的导向槽301；导向杆2与导向槽301配合，使得振动体3能够沿导向杆2移动；振动体3的底部设置有安装槽302；转动体5设置在安装槽302内；导向槽301和安装槽302均沿导向杆2的长度方向设置。
作为本实施例的变形，导向槽301还可以设置为导向孔。
参考图5，为了进一步提高转动体5的转动效果，转动体5的两侧分别设置有转轴501；安装槽302的内侧壁上相对设置有与转轴501配合使用的轴承10；转动体5通过转轴501与轴承10配合，可转动地设置在安装槽302内。
进一步地，第一摩擦层6为电负性材料显负电；第二摩擦层9为电负性材料显正电；第一摩擦层6的材质包括聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氯烷或者聚四氟乙烯；第二摩擦层9的材质包括铜、银、铝、铁、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯或者硅胶。
示例性地，在本实施例中，第一摩擦层6的材质为聚氯乙烯；第二摩擦层9的材质为铁。
在本实施例中，壳体1上设置有封盖101；封盖101与壳体1配合形成封闭空间；因为井下工作环境比较恶劣，通过封盖101与壳体1配合形成封闭空间是十分必要的；封盖101与壳体1可以通过现有技术中的连接方式进行连接，例如：卡接、胶接等。
本实施例中基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器的工作原理如下：
使用时，将所述基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器水平设置在钻具上；当所述钻具振动时，带动振动体3沿导向杆2来回移动，从而带动转动体5在第二摩擦层9的上表面来回滚动摩擦，导致电荷重新分布，使得第一铜电极7与第二铜电极8之间产生电势差，从而在所述外部电路中产生交流电信号，通过在第一铜电极7和第二铜电极8上外接静电计监测所述外部电路中的交流电信号，即可实现对所述钻具水平方向振动频率的监测；同时，将第一摩擦层6与第二摩擦层9接触点之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，使得第二摩擦层9与第一摩擦层6接触点之间的摩擦力减小，从而提高所述基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器的灵敏度；通过将滑动摩擦转变为滚动摩擦，减小第一摩擦层6与第二摩擦层9之间的摩擦力，还可以延长第一摩擦层6和第二摩擦层9的使用寿命。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (9)
1.一种基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，其特征在于，包括：壳体、导向杆、振动体、第一铜电极和第二铜电极；
所述导向杆设置在所述壳体内，并与所述壳体固定连接；
所述第一铜电极和所述第二铜电极沿所述导向杆间隔设置在所述壳体内的底部，分别用于与外部电路连接；所述第一铜电极和所述第二铜电极的上表面贴合设置有第二摩擦层；
所述振动体的底部可转动地设置有转动体；所述第一摩擦层环绕设置在所述转动体的外侧，且与所述第二摩擦层抵接；所述振动体的两端分别通过弹性件与所述壳体连接；所述振动体、所述导向杆和所述弹性件配合，使得所述振动体能够沿所述导向杆来回移动，从而带动所述转动体在所述第二摩擦层上来回滚动；所述第一摩擦层与所述第二摩擦层配合，用于在所述外部电路中产生交流电信号。
2.根据权利要求1所述的基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，其特征在于，所述弹性件为弹簧；所述弹簧分别套设在所述导向杆的两端；所述振动体的两端分别通过所述弹簧与所述壳体弹性连接。
3.根据权利要求1所述的基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，其特征在于，所述振动体的顶部设置有与所述导向杆配合使用的导向槽；所述导向杆与所述导向槽配合，使得所述振动体能够沿所述导向杆移动。
4.根据权利要求1所述的基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，其特征在于，所述振动体的底部设置有安装槽；所述转动体设置在所述安装槽内。
5.根据权利要求4所述的基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，其特征在于，所述转动体的两侧分别设置有转轴；所述安装槽的内侧壁上相对设置有与所述转轴配合使用的轴承；所述转动体通过所述转轴与所述轴承配合，可转动地设置在所述安装槽内。
6.根据权利要求1所述的基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，其特征在于，所述第一摩擦层为电负性材料显负电；所述第二摩擦层为电负性材料显正电。
7.根据权利要求1所述的基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，其特征在于，所述第一摩擦层的材质包括聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氯烷或者聚四氟乙烯。
8.根据权利要求1所述的基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，其特征在于，所述第二摩擦层的材质包括铜、银、铝、铁、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯或者硅胶。
9.根据权利要求1所述的基于摩擦电效应的井下水平钻具振动传感器，其特征在于，所述壳体上设置有封盖；所述封盖与所述壳体配合形成封闭空间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220527 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |