CN205301598U - 扩张式地质探测贴壁耦合探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扩张式地质探测贴壁耦合探头，包括套筒，以及在套筒内安装的振荡波传感器，其特征在于：该套筒的前端安装有轴向的柔性机械式限位头，套筒中部空腔内安装有原动机构，该原动机构连接有径向膨胀机构；原动机构受原动力驱动后，带动所述径向膨胀机构从套筒的侧壁向外膨胀。本实用新型的显著效果是：安装方便，易于回收，既取缔了黄油作为耦合剂的方式，又保证了探头与孔壁之间长期保持过盈配合，确保了信号传递效果。

Description

扩张式地质探测贴壁耦合探头

技术领域

本实用新型涉及的是一种地质探测贴壁耦合探测装置，具体涉及一种扩张式地质探测贴壁耦合探头。

背景技术

现有的主要几种地质超前预报方法为：雷达法、地震法、钻探法、电磁法等，本实用新型是一个基于地震法的传感器。目前国内外主要采用两种方式：套管式耦合探头和黄油式耦合探头。

套管式传感器耦合方式是：在传感器套上套管后放入钻孔中接收地震信号，(刘宝忠.TSP203地质超前预报系统在隧道施工中的应用.山西建筑.2004年6月第30卷第11期)，采用黄油作耦合剂(刘云祯，梅汝吾.TGP隧道地质超前预报新技术.北京市水电物探研究所)等。使用套管这种方法，首先要在钻孔完毕，再对钻孔进行清洗，将浸水后的锚固剂或环氧树脂3一5节送入孔底，再在孔口位置塞入1节锚固剂或环氧树脂,使锚固剂或环氧树脂将套管和围岩牢固、密贴地胶结在一起，随后将传感器送入套管并安放在套管的底部；TGP隧道预报系统的传感器采用黄油作耦合剂，传感器通过黄油直接与钻孔围岩接触。

使用套管作为耦合装置时，套管的安装极其重要，套管接收器钻孔孔壁紧密牢固接触，套管与孔壁硬性接触，这种套管传递的信号差。使用套管作为耦合装置时，需要使用两根套管，由于套管价格昂贵，回收困难，探测成本高。使用黄油作为耦合剂时，在黄油分布不均匀的情况下，信号接收效果不佳，且黄油为一次性使用，成本高，探测完成后，由于黄油的原因，设备难以拔出，且难以清理。

两种现有探头都存在各自的缺点：

一、黄油式耦合探头的缺陷主要有：信号在黄油中传递时，衰减大，探测效果差；黄油与土层之间容易渗透，使用成本高；探测回收时，需要清洗黄油，清洗难度大。

二、套管式耦合探头的缺陷主要有：探头结构复杂，安装困难；探头回收困难，成本高；完全的刚性耦合结构，不能适应孔洞内岩土的物理变化，长期使用，探头与孔壁的贴合度难以保证，影响信号传递效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对上述不足，提供了一种安装方便，易于回收的扩张式地质探测贴壁耦合探头，既能够取缔黄油作为耦合剂的方式，消除黄油所带来的缺陷，又能够保证探头与孔壁之间长期保持柔性贴合，以确保信号传递效果。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种扩张式地质探测贴壁耦合探头，包括套筒，以及在套筒内安装的振荡波传感器，其关键在于：该套筒的前端安装有轴向的柔性机械式限位头，套筒中部空腔内安装有原动机构，该原动机构连接有径向膨胀机构；原动机构受原动力驱动后，带动所述径向膨胀机构从套筒的侧壁向外膨胀。

机械式膨胀机构通过套筒侧壁向孔壁扩张，实现耦合探头与侧壁间的过盈配合，通过全固体结构实现震荡波的传递，避免了震荡波因液态介质、胶态介质造成的衰减问题。

同时膨胀机构的可伸缩性，便于驱动膨胀机构收缩，探头与钻孔脱离，实现探头回收。

所述原动机构包括椭圆状的凸轮，该凸轮经电机驱动旋转，凸轮的外沿抵接有滑动挺柱，该滑动挺柱伸入所述套筒侧壁上的过孔，并被所述过孔限位。

限制滑动挺柱只能沿过孔伸出套筒的侧壁，向孔壁膨胀，直至形成挤压。达到探头装置与探测孔的刚性连接，利于震荡波的无衰减传递。

所述滑动挺柱上设置有凸台，该滑动挺柱上套有复位弹簧，该复位弹簧抵接在所述凸台与套筒内壁之间。

所述滑动挺柱的后端与所述凸轮抵接，滑动挺柱的前端安装有形变簧片。

形变簧片可以加大探头与孔壁之间的接触面积，且能够吸收二者之间的挤压力度，易于震荡波的长期传递。

所述凸轮抵接有至少两个滑动挺柱，所有滑动挺柱均匀分布在所述套筒侧壁。

所述凸轮连接有所述振荡波传感器。

所述原动机构包括叶轮状的转盘，该转盘经电机驱动旋转，转盘的外沿抵接有滑动挺柱，该滑动挺柱伸入所述套筒侧壁上的过孔，并被所述过孔限位。

所述滑动挺柱上设置有凸台，该滑动挺柱上套有复位弹簧，该复位弹簧抵接在所述凸台与套筒内壁之间。

所述滑动挺柱的后端与所述转盘抵接，滑动挺柱的前端安装有形变簧片。

所述叶轮状的转盘设置有至少二扇叶片，每扇叶片对应装配有一个滑动挺柱，所有滑动挺柱均匀分布在所述套筒侧壁。

所述转盘连接有所述振荡波传感器。

所述原动机构为直线驱动机构。

所述直线驱动机构包括螺杆、该螺杆经电机驱动旋转，螺杆上套装有滑动螺母、滑动螺母上固定有至少二个支耳，该支耳作为移动点连接在形变簧片的一端，形变簧片的另一端连接在所述套筒上。

滑动螺母沿螺杆轴向移动，迫使形变簧片弯曲，向外膨胀，形变簧片形变量越大，探头与孔壁的接触越紧密，挤压效果越好，即使长期使用，探头与孔壁之间也能保持可靠贴合。

所述套筒上设置有直线滑槽，所述支耳在直线滑槽内滑动。

所述滑动螺母连接有至少三片形变簧片，所有形变簧片均匀分布在套筒外壁上。

所述螺杆连接有所述振荡波传感器。

无论从形变簧片到滑动螺母、到螺杆、到振荡波传感器，还是从形变簧片到套筒、到振荡波传感器，都是刚性结构件在传递震荡波，其传递效果明显强于黄油的传递效果。

所述直线驱动机构包括螺杆、该螺杆经电机驱动旋转，螺杆上套装有滑块(8)、滑块(8)的斜面抵接有滑动挺柱，该滑动挺柱伸入所述套筒侧壁上的过孔，并被所述过孔限位，所述滑动挺柱上设置有凸台，该滑动挺柱上套有复位弹簧，该复位弹簧抵接在所述凸台与套筒内壁之间。

所述滑动挺柱的一端抵接在滑块上，滑动挺柱的另一端固定有形变簧片。

所述套筒包括固定套筒和活动套筒，所述原动机构包括固定在固定套筒上的电机，该电机经螺杆连接所述活动套筒；

所述固定套筒和活动套筒的外壳之间连接有形变簧片；

所述固定套筒和活动套筒还配合安装有防转机构，该防转机构防止活动套筒旋转。

防转机构限制活动套筒沿螺杆直线运动，防转技术非常成熟，在此不做赘述。

所述固定套筒呈哑铃状，所述螺杆和活动套筒位于哑铃中部，其中螺杆一端经电机与固定套筒前端连接，另一端经轴承与固定套筒尾端连接。

哑铃状结构可以保证固定套筒不会再探测孔内转动，保证固定套筒不会转动的结构方式较多。设置通过外力固定住固定套筒，再驱动活动套筒，都可以实现。

所述套筒外包裹有胶套。

膨胀机构的设计，难免探测孔内的细微砂砾落入探头内，在套筒外包裹有胶套，起到了隔离砂砾的效果。

所述柔性机械式限位头包括设置在所述套筒前部的空腔，该空腔内安装有T形的轴向顶紧头，该轴向顶紧头的小头端穿出所述套筒前端的通孔，所述轴向顶紧头的小头端穿出套筒通孔后，固定有压块，轴向顶紧头的大头端位于空腔内，并与空腔腔底之间抵接有压缩弹簧。

压缩弹簧推动轴向顶紧头长期与孔底紧密接触。

压块增大了探头前端与孔底间的接触面积，提高了探头与孔底间的抵接效果。

所述原动机构的动力原为直流减速电机，该直流减速电机的供电回路上设置有过流保护电路。

当膨胀机构膨胀到位后，直流减速电机会发生堵转，电机电流瞬间提高，过流保护电路启动，电机停止工作，并锁定住当前状态，避免膨胀机构收缩。

所述套筒尾部设置有过孔，控制、电源及数据线经过孔传出。

与现有技术相比较，本实用新型的显著效果：提供了一种安装方便，易于回收的扩张式地质探测贴壁耦合探头，消除了黄油所带来的缺陷，又能够保证探头与孔壁之间长期保持过盈配合，确保了信号传递效果。

附图说明

图1是实施例三的结构示意图；

图2是实施例一收缩时的工作原理图；

图3是实施例一膨胀时的工作原理图；

图4是实施例二的结构原理图；

图5是实施例四的结构示意图；

图6是实施例五收缩时的工作原理图；

图7是实施例五膨胀时的工作原理图；

图8是实施例六的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

本实用新型是采用机械式膨胀结构达到耦合探头与孔壁间长期过盈配合，保证震荡波信号传递效果。

实施例一、

如图1所示，一种扩张式地质探测贴壁耦合探头，包括套筒1，以及在套筒1内安装的振荡波传感器2，该套筒1的前端安装有轴向的柔性机械式限位头，套筒1中部空腔内安装有原动机构，该原动机构连接有径向膨胀机构；原动机构受原动力驱动后，带动所述径向膨胀机构从套筒1的侧壁向外膨胀。

振荡波传感器2为地震波传感器。

所述原动机构为旋转驱动机构。

如图2、3所示，所述原动机构包括椭圆状的凸轮3，该凸轮3经电机4驱动旋转，凸轮3的外沿抵接有滑动挺柱5，该滑动挺柱5伸入所述套筒1侧壁上的过孔1c，并被所述过孔1c限位。

所述原动机构的动力原为直流减速电机，该直流减速电机的供电回路上设置有过流保护电路。

电机过流保护电路属于常规电路设计，在此不做赘述。

所述滑动挺柱5上设置有凸台5a，该滑动挺柱5上套有复位弹簧5b，该复位弹簧5b抵接在所述凸台5a与套筒1内壁之间。

所述滑动挺柱5的后端与所述凸轮3抵接，滑动挺柱5的前端安装有形变簧片7。

所述凸轮3抵接有至少两个滑动挺柱5，所有滑动挺柱5均匀分布在所述套筒1侧壁。

所述凸轮3连接有所述振荡波传感器2。

所述套筒1外包裹有胶套10。

所述柔性机械式限位头包括设置在所述套筒1前部的空腔，该空腔内安装有T形的轴向顶紧头12，该轴向顶紧头12的小头端穿出所述套筒1前端的通孔后，并固定有压块。轴向顶紧头12的大头端位于空腔内，并与空腔腔底之间抵接有压缩弹簧11。

所述套筒1尾部设置有过孔，控制、电源及数据线经过孔传出。

实施例二、

实施例二与实施例一原理一致，但其原动机构也是旋转驱动机构。但其旋转驱动机构实叶轮：

如图4所示，所述原动机构包括叶轮状的转盘13，该转盘13经电机4驱动旋转，转盘13的外沿抵接有滑动挺柱5，该滑动挺柱5伸入所述套筒1侧壁上的过孔1c，并被所述过孔1c限位。

所述滑动挺柱5上设置有凸台5a，该滑动挺柱5上套有复位弹簧5b，该复位弹簧5b抵接在所述凸台5a与套筒1内壁之间。

所述滑动挺柱5的后端与所述转盘13抵接，滑动挺柱5的前端安装有形变簧片7。

所述叶轮状的转盘13设置有三扇叶片，每扇叶片对应装配有一个滑动挺柱5，所有滑动挺柱5均匀分布在所述套筒1侧壁。

所述转盘13连接有所述振荡波传感器2。

实施例三

实施例三与实施例一工作原理有所所差异，其原动机构为直线驱动机构。

如图1所示，所述直线驱动机构包括螺杆6、该螺杆6经电机4驱动旋转，螺杆6上套装有滑动螺母9、滑动螺母9上固定有至少二个支耳9a，该支耳9a作为移动点连接在形变簧片7的一端，形变簧片7的另一端连接在所述套筒1上。

所述套筒1上设置有直线滑槽，所述支耳9a在直线滑槽内滑动。

所述滑动螺母9连接有至少三片形变簧片7，所有形变簧片7均匀分布在套筒1外壁上。

所述螺杆6连接有所述振荡波传感器2。

实施例四

实施例四与实施例三原理一致，但其原动机构也是直线驱动机构。

如图5所示，但直线驱动机构包括螺杆6、该螺杆6经电机4驱动旋转，螺杆6上套装有滑块8、滑块8的斜面抵接有滑动挺柱5，该滑动挺柱5伸入所述套筒1侧壁上的过孔1c，并被所述过孔1c限位，所述滑动挺柱5上设置有凸台5a，该滑动挺柱5上套有复位弹簧5b，该复位弹簧5b抵接在所述凸台5a与套筒1内壁之间。

所述滑动挺柱5的一端抵接在滑块8上，滑动挺柱5的另一端固定有形变簧片7。

实施例五

实施例五的工作原理和实施例三原理一致，都是借助直线驱动机构启动，但其膨胀的执行部件却是套筒1外壳壁。

如图6、7所示，所述套筒1包括固定套筒1a和活动套筒1b，所述原动机构包括固定在固定套筒1a上的电机4，该电机经螺杆6连接所述活动套筒1b；

所述固定套筒1a和活动套筒1b的外壳之间连接有形变簧片7；

所述固定套筒1a和活动套筒1b还配合安装有防转机构，该防转机构防止活动套筒1b旋转。

实施例六、

实施例六是实施例五的一个变形，其可靠性比实施例五高。

如图8所示，所述固定套筒1a呈哑铃状，所述螺杆6和活动套筒1b位于哑铃中部，其中螺杆6一端经电机与固定套筒1a前端连接，另一端经轴承与固定套筒1a尾端连接。

实施例七、

前述实施例一到实施例六的膨胀方式都是无级变速，但也可以采用有级变速的方式向外膨胀。

其结构可是采用类似圆珠笔的阶梯壁结构，通过对耦合探头尾部的受力头施压，受力头推动主杆在固定套筒1a内直线运动，并受弹簧和阶梯壁影响，做一个小角度旋转并被固定，同时直线运动带动膨胀机构向固定套筒外壁扩张，其膨胀方式可借鉴实施例三。

Claims (10)

1.一种扩张式地质探测贴壁耦合探头，包括套筒(1)，以及在套筒(1)内安装的振荡波传感器(2)，其特征在于：该套筒(1)的前端安装有轴向的柔性机械式限位头，套筒(1)中部空腔内安装有原动机构，该原动机构连接有径向膨胀机构；原动机构受原动力驱动后，带动所述径向膨胀机构从套筒(1)的侧壁向外膨胀。

2.根据权利要求1所述的扩张式地质探测贴壁耦合探头，其特征在于：所述原动机构为旋转驱动机构。

3.根据权利要求2所述的扩张式地质探测贴壁耦合探头，其特征在于：所述原动机构包括椭圆状的凸轮(3)，该凸轮(3)经电机(4)驱动旋转，凸轮(3)的外沿抵接有滑动挺柱(5)，该滑动挺柱(5)伸入所述套筒(1)侧壁上的过孔(1c)，并被所述过孔(1c)限位。

4.根据权利要求2所述的扩张式地质探测贴壁耦合探头，其特征在于：所述原动机构包括叶轮状的转盘(13)，该转盘(13)经电机(4)驱动旋转，转盘(13)的外沿抵接有滑动挺柱(5)，该滑动挺柱(5)伸入所述套筒(1)侧壁上的过孔(1c)，并被所述过孔(1c)限位。

5.根据权利要求1所述的扩张式地质探测贴壁耦合探头，其特征在于：所述原动机构为直线驱动机构。

6.根据权利要求5所述的扩张式地质探测贴壁耦合探头，其特征在于：所述直线驱动机构包括螺杆(6)、该螺杆(6)经电机(4)驱动旋转，螺杆(6)上套装有滑动螺母(9)、滑动螺母(9)上固定有至少二个支耳(9a)，该支耳(9a)作为移动点连接在形变簧片(7)的一端，形变簧片(7)的另一端连接在所述套筒(1)上。

7.根据权利要求5所述的扩张式地质探测贴壁耦合探头，其特征在于：所述直线驱动机构包括螺杆(6)、该螺杆(6)经电机(4)驱动旋转，螺杆(6)上套装有滑块(8)、滑块(8)的斜面抵接有滑动挺柱(5)，该滑动挺柱(5)伸入所述套筒(1)侧壁上的过孔(1c)，并被所述过孔(1c)限位，所述滑动挺柱(5)上设置有凸台(5a)，该滑动挺柱(5)上套有复位弹簧(5b)，该复位弹簧(5b)抵接在所述凸台(5a)与套筒(1)内壁之间。

8.根据权利要求1所述的扩张式地质探测贴壁耦合探头，其特征在于：所述套筒(1)包括固定套筒(1a)和活动套筒(1b)，所述原动机构包括固定在固定套筒(1a)上的电机(4)，该电机经螺杆(6)连接所述活动套筒(1b)；

所述固定套筒(1a)和活动套筒(1b)的外壳之间连接有形变簧片(7)；

所述固定套筒(1a)和活动套筒(1b)还配合安装有防转机构，该防转机构防止活动套筒(1b)旋转。

9.根据权利要求1所述的扩张式地质探测贴壁耦合探头，其特征在于：所述套筒(1)外包裹有胶套(10)。

10.根据权利要求1所述的扩张式地质探测贴壁耦合探头，其特征在于：所述柔性机械式限位头包括设置在所述套筒(1)前部的空腔，该空腔内安装有T形的轴向顶紧头(12)，该轴向顶紧头(12)的小头端穿出所述套筒(1)前端的通孔，轴向顶紧头(12)的大头端位于空腔内，并与空腔腔底之间抵接有压缩弹簧(11)。