CN206016800U - 一种随钻测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种随钻测温装置，主要包括保护头、内置光纤的连杆、气垫导轨、红外线测距仪、主控电脑、光线信号采集器；光纤分布式铺设在保护头及连杆中，测量保护头直接接触的进给钻头及岩石材料的表面温度，通过刚性的连杆及气垫滑轨接入光线信号采集器，由红外测距仪控制收线速率以收集光纤，并由光纤信号采集器将温度信号转换为电信号接入主控电脑。本实用新型利用上述装置及光纤测温技术，将温度与时间、位置信息相关联，具有随钻测温与实时监控的功能及广泛的应用面。

Description

一种随钻测温装置

技术领域

本发明涉及钻头随钻测温技术领域，具体而言涉及一种随钻测温装置。

背景技术

在对岩石进行钻孔工作的过程中，钻头、钻头接触的岩石会产生热量并引起局部温度升高，这会引起钻头刀具的磨损，进而减小钻头寿命、加大单位钻进距离的消耗，因此，两者表面温度的测量工作具有较高的实验价值，所述的表面温度应同时包括单位面积的平均温度、特定点的瞬时温度及存在时间极短的闪温等一系列对钻头刀具钻进效果及磨损程度有关的温度-时间数据，方便对于上述问题的研究和改进。

然而现有的钻头随钻测温方法和装置缺失以时效性、高精确度以及以分布式取点为主的工作要求，往往被岩石内部的实验环境限制，温度传感器无法实现随钻测温，而红外线温度测量器则无法穿过岩石，丧失了高应力面的温度测量目的，因而，随钻测温方法和装置的更新迫在眉睫。被大量应用于管道及室内温度实时监控的分布式光纤可以同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，通过完整的回路和光纤的物理性质，采用先进的OTDR技术，可以轻易地探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现真正分布式的温度测量，这种测量方法和装置与主控电脑配套设施相连接，将温度信号与位置相关，以分布方式为媒介，实时体现测量结果。

发明内容

为解决现有技术所存在的技术问题，本实用新型提供了一种随钻测温装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种随钻测温装置包括保护头、内置光纤的连杆、气垫导轨、红外线测距仪、主控电脑、光纤信号采集器等。光纤分布式铺设在保护头及连杆中，测量保护头直接接触的进给钻头及岩石材料的表面温度，再通过刚性的连杆及气垫滑轨连入光纤信号采集器，由红外线测距仪控制以收线速率，保护头滑动距离由红外线测距仪实时测量以控制裸露光纤的长度保持不变，由光纤信号采集器收集并转换为电信号接入主控电脑，实现随钻测温与实时监控，所述的保护头呈中空的圆柱形，与钻头的贴合端有圆顶，内置密集分布的光纤，由具有良好导热性且耐磨的陶瓷前端及金属后端制成，于圆柱一侧端的中心位置安装支撑滚珠，在钻进过程中保持与钻头紧密贴合、随钻头的前进而同步后退；所述的保护头与内置光纤的连杆相连接，在气垫导轨上滑动，滑动距离由红外线测距仪实时测量以控制裸露光纤的长度保持不变；所述的气垫导轨前端的滑块与内置光纤的连杆相连，后端上置红外线测距仪及光纤信号采集器；所述的光纤信号采集器收束光纤、收集光纤内部信号并向主控电脑输出电信号数据。上述的一种分布式光纤随钻测温装置，其特征在于能够通过主控电脑、光纤和红外线测距仪的配合同步显示钻进距离、光纤分布情况及实时温度，从而实时测量保护头测温端各位置的温度。

本实用新型的优点在于：

1.分布式光纤铺设于中空的圆柱形的保护头及刚性连杆内部，保护头具有良好的硬度及导热性，与在岩石内部旋转切割的钻头高应力面相切，随着钻头的进给而后退，而后部相连的摩擦系数极低的气垫导轨以及保护头外端面设置的支撑滚珠则保证了以分布式光纤为主、具体包括保护头及连杆的测温核心装置能够随着钻进过程与钻头相贴合而不被绞断，这实现了位置与温度的信息关联，即随钻测温有关于应力差异的具体要求，保证了对于局部温度过高的监测。

2.分布式光纤可以同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，通过完整的回路和光纤的物理性质，采用先进的OTDR技术，可以轻易地探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化并体现在时间温度图像中，这实现了时间与温度信息的关联，即随钻测温有关于信息时效性的要求，保证了对于闪温现象的监测。

3.这种分布式光纤随钻测温方法和装置适用于多种钻头及岩石表面温度的测量，在大型钻机的钻进工作中，如TBM、盾构机等设备，可将本发明的保护头设置为相应尺寸并适当改变光纤的分布情况；对于极小端面则应在保证保护头内部光纤为完整回路及保护头形状的前提下布置光纤。

附图说明

图1是本实用新型的系统图。

图2是本实用新型的光纤布线图。

图3是本实用新型的结构示意图。

图中：1是保护头，2是内置光纤的连杆，3是气垫导轨，4是红外线测距仪，5是主控电脑，6是光纤信号采集器，7是导电线。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。

一种随钻测温装置包括保护头1、内置光纤的连杆2、气垫导轨3、红外线测距仪4、主控电脑5、光纤信号采集器6等；所述的设备相互连接形成功能各异的构件，以主控电脑5为核心实时测定钻头温度并完成收线工作。

所述的保护头1呈中空的圆柱形，与钻头的贴合端有圆顶，内置密集分布的光纤，具有良好的导热性及耐磨损的性质，前端为耐磨陶瓷材质，后部为金属材质，并于一侧安装支撑滚珠；所述的保护头1、内置光纤的连杆2及气垫导轨3相连接，组成了随钻头钻进而同步后退的刚性构件，光纤分布式铺设在保护头1及连杆2中，测量保护头1直接接触的进给钻头及岩石材料的表面温度；所述的气垫导轨3前端的滑块与内置光纤的连杆2相连，后端上置红外线测距仪及光纤信号采集器；所述的红外线测距仪4置于气垫导轨3上，时刻测量保护头1在滑轨上行进的距离，并反馈给光纤信号采集器6以控制收线速率；所述的光纤信号采集器6与主控电脑5相连，将光纤于钻头处获取的温度信号转换成电信号呈现出来，以此实现随钻测温与实时监控。

本实用新型所述的分布式光纤随钻测温方法和装置的工作过程如下:

推动气垫导轨上的连杆至保护头1与钻头正面贴合，钻进过程开始后，保护头1及内置光纤的连杆2、气垫导轨3将随钻头的旋进而同步后退，光纤内置于保护头1、连杆2，由束线孔连出并接入光纤信号采集器6中，将温度信号转换为电信号以显示。

以上所述为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进应包含在本实用新型的保护之内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及同等物界定。

Claims (2)

1.一种分布式光纤随钻测温装置，包括保护头、内置光纤的连杆、气垫导轨、红外线测距仪、主控电脑、光纤信号采集器；所述的保护头、内置光纤的连杆、红外线测距仪、光纤信号采集器及气垫导轨相互连接形成构件，以主控电脑为核心实现温度信号和电信号的转换以实时显示温度：所述的分布式光纤随钻测温装置其特征在于：

(a)所述的保护头呈中空的圆柱形，与钻头的贴合端有圆顶，内置密集分布的光纤，由具有良好导热性且耐磨的陶瓷前端及金属后端制成，于圆柱一侧端的中心位置安装支撑滚珠，在钻进过程中保持与钻头紧密贴合、随钻头的前进而同步后退；所述的保护头与内置光纤的连杆相连接，在气垫导轨上滑动，滑动距离由红外线测距仪实时测量以控制裸露光纤的长度保持不变；

(b)所述的气垫导轨前端的滑块与内置光纤的连杆相连，后端上置红外线测距仪及光纤信号采集器；

(c)所述的光纤信号采集器收束光纤、收集光纤内部信号并向主控电脑输出电信号数据。

2.根据权利要求1中所述的一种分布式光纤随钻测温装置，其特征是能通过主控电脑、光纤和红外线测距仪的配合同步显示钻进距离、光纤分布情况及实时温度，从而实时测量保护头测温端各位置的温度。