CN207689056U - 一种地应力测量探头以及地应力测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种地应力测量探头以及地应力测量系统，涉及岩体的地应力测量技术领域，包括探头本体、压力传感单元和无线数据单元；所述探头本体具有内腔，所述压力传感单元和所述无线数据单元设置在所述探头本体的内腔中；所述无线数据单元与所述压力传感单元电连接，用于将所述压力传感单元与预设的终端无线通讯连接。在上述技术方案中，为了提高地应力测量的工作效率，所以将现有的有线形式的地应力测量探头改进为利用无线数据传输方式的探头，这样的话，在进行地应力测量的时候，就不需要多个测量人员进行收放线的步骤了，这样将直接增加了单次测量的水平测量深度，也不必进行多次穿收电缆线，所以会显著的增加测量的工作效率。

Description

一种地应力测量探头以及地应力测量系统

技术领域

本实用新型涉及岩体的地应力测量技术领域，尤其是涉及一种地应力测量探头以及地应力测量系统。

背景技术

地应力是赋存于岩体中的一种应力，它不仅是地质环境与地壳稳定性评价的主要因素，也是地质工程设计和施工的重要资料之一。

目前工程上应用最广泛的应力测量方法是水压致裂法和套孔应力解除法，由于水压致裂法存在必须事先假定地应力张量的一个主方向与钻孔轴向一致的局限，因此，套孔应力解除法因其可靠性和稳定性被认为是获得空间三维应力的理想测试方法。

目前，工程中套孔解除法使用最多的是36-2型钻孔变形计，其传感器为钢环式传感器，套孔应力解除过程中将应力释放产生的钻孔变形转化为钢环的变形。

但是，这种36-2型钻孔变形计在进行地应测量的时候工作效率很低，已经不能够满足现有的工作需求，所以，如何提高地应力测量的工作效率已经成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种地应力测量探头以及地应力测量系统，以解决现有技术中存在的地应力测量工作效率低的技术问题。

经过对现有技术中的地应力测量探头进行研究，由于现有的地应力测量探头都是通过电缆线连接的，所以在进行地应力测量的时候都需要多个测量人员配合收放线，而由于电缆线长，并且重量大，所以一般在测量的过程中一次测量的水平测量深度一般只有20m左右，所以在套钻前后时，一般需要在钻杆、钻机中来回穿收电缆线4次，这样会费工费时，至少需要4人同时作业，导致所耗时间是整个测量时间的一半，所以整个测量的过程效率很低。

本实用新型提供的一种地应力测量探头，包括探头本体、压力传感单元和无线数据单元；

所述探头本体具有内腔，所述压力传感单元和所述无线数据单元设置在所述探头本体的内腔中；

所述无线数据单元与所述压力传感单元电连接，用于将所述压力传感单元与预设的终端无线通讯连接。

在上述技术方案中，为了提高地应力测量的工作效率，所以将现有的有线形式的地应力测量探头改进为利用无线数据传输方式的探头，这样的话，在进行地应力测量的时候，就不需要多个测量人员进行收放线的步骤了，地应力的测量可以不受电缆线的限制，这样将直接增加了单次测量的水平测量深度，也不必进行多次穿收电缆线，所以会显著的增加测量的工作效率。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述无线数据单元包括数据采集芯片和无线收发芯片；

所述数据采集芯片，用于获取测量数据；

所述无线收发芯片与所述数据采集芯片电连接，用于与预设的终端无线传递所述测量数据。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述无线数据单元还包括电子罗盘芯片；

所述电子罗盘芯片与所述数据采集芯片电连接。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述地应力测量探头还包括定向芯片；

所述定向芯片设置在所述探头本体的内腔内。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述压力传感单元包括多个环式传感器；

多个所述环式传感器沿所述探头本体的周向设置。

进一步的，在本实用新型的实施例中，多个所述环式传感器串联连接。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述地应力测量探头还包括传感器座；

所述环式传感器设置在所述传感器座上。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述无线数据单元与所述压力传感单元电连接包括：

所述无线数据单元与所述压力传感单元通过数据线通讯连接；

或者，所述无线数据单元与所述压力传感单元无线通讯连接。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述探头本体的尾部设置有锥形卡紧器。

本申请还提供了一种地应力测量系统，包括所述地应力测量探头。

在上述技术方案中，所述地应力测量系统采用了所述地应力测量探头，利用无线传输的方式替代了有线传输的方式，将电缆线去掉，这样的话，在进行地应力测量的时候，就不需要多个测量人员进行收放线的步骤了，地应力的测量可以不受电缆线的限制，这样将直接增加了单次测量的水平测量深度，也不必进行多次穿收电缆线，所以会显著的增加测量的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。

图1为本实用新型一个实施例提供的探头本体的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例提供的压力传感单元和无线数据单元的电连接结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例提供的电子罗盘芯片的电连接结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例提供的探头本体的结构示意图。

附图标记：

1-探头本体；

21-环式传感器；

31-数据采集芯片；32-无线收发芯片；33-电子罗盘芯片；

41-定向芯片。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型一个实施例提供的探头本体的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例提供的压力传感单元和无线数据单元的电连接结构示意图。

首先，如图1和图2所示，本实施例提供的本实用新型提供的一种地应力测量探头，包括探头本体1、压力传感单元和无线数据单元。

在此，所述压力传感单元可进行地应力的测量，而当所述压力传感单元获得了地应力的测量数据以后，就可以与所述无线数据单元进行数据传输，将测得的测量数据传输给所述无线数据单元。

其中，所述探头本体1具有内腔，所述压力传感单元和所述无线数据单元设置在所述探头本体1的内腔中。

而所述无线数据单元与所述压力传感单元电连接，用于将所述压力传感单元与预设的终端无线通讯连接，这样便可以将所述无线数据单元从所述压力传感单元处获得的所述测量数据以无线传输的方式传送给预设的终端。

而其中，所述预设的终端包括计算机、手机、平板等多种形式的终端操作机器。

所以说，为了提高地应力测量的工作效率，本申请的技术方案将现有的有线形式的地应力测量探头改进为利用无线数据传输方式的探头，这样的话，在进行地应力测量的时候，就不需要多个测量人员进行收放线的步骤了，地应力的测量可以不受电缆线的限制，这样将直接增加了单次测量的水平测量深度，也不必进行多次穿收电缆线，所以会显著的增加测量的工作效率。

具体的，在一个具体的操作实施例中，如果采用电缆线的方式进行测量任务，1个测点(需完成3个15m～20m深钻孔，12段测量)平均需要8人14天，即1个班长，其中包括2个钻机操作手、3个机械手、1个记录员和1个电工。

而通过将有线的电缆线去掉，改为无线传输的方式，平均只需5人和7天即可完成原有的工作内容，对比之下提高工作效率是显著的，会减少约一半工时。

不仅如此，而在套钻过程中，对于信号记录的操作中，一般信号记录的工作人员需要3人，并且在进行信号记录的过程中全靠人喊、手记的传统方式。

其中，1人需要在钻机进尺杆旁边，由于钻机噪音太大，每钻进2cm会用喊声提示5m外的另外2个记录员，1人读数，1人手动记录，这种方式的采样频率为每进尺2cm读一次数，进尺2cm一般需要20s左右，即采样频率为20s/bit，这种信号记录的方式也无疑会降低工作效率。

而利用无线的方式进行数据传输以后，却可以很容易实现10

b it/s，与传统的方式相比，会大大提高工作效率。

而且，电缆线和数据采集仪(静态电阻应变仪)之间采用传统的手工接线方式，在测量的时候，每个数据采集通道要人工接3次线，4个通道至少接12次，单个孔段测量需要接线2次；在钻杆中来回穿收电缆线易进水，导致数据采集线路的电阻发生改变，影响数据质量，增加应变测量误差，这也是利用电缆线的弊端之一，而改用了无线数据传输的方式即能偶从根本上解决这种问题。

另外，在套钻过程中，电缆线易被高速旋转的钻头割断，为此必需1人在高速旋转的钻杆尾部拉直电缆线，十分危险(原技总勘测营曾发生因钻杆尾部和冷却水管相连的接头松弛导致水管被高速甩出伤人的事故)，所以，去掉又长又重的电缆线，钻机高速钻进过程中就不再需要人在钻机尾部拉紧电缆线，可以从根本上避免水管甩人这类施工事故的发生，对安全性也能够有所提高。

继续参考图2，在本实用新型的实施例中，所述无线数据单元包括数据采集芯片31和无线收发芯片32，无线传输的方式就是利用所述数据采集芯片31和所述无线收发芯片32来完成的。

其中，所述数据采集芯片31，用于获取测量数据，也就是利用所述数据采集芯片31与所述压力传感单元电连接，进而获取所述压力传感单元所测量到的测量数据。

而所述无线收发芯片32与所述数据采集芯片31电连接，用于与预设的终端无线传递所述测量数据。

图3为本实用新型一个实施例提供的电子罗盘芯片的电连接结构示意图。

如图3所示，在本实用新型的实施例中，所述无线数据单元还包括电子罗盘芯片33。

其中，所述电子罗盘芯片33与所述数据采集芯片31电连接，可以将获取到的测量数据通过电子罗盘芯片33进行数据转化，然后再传给所述数据采集芯片31。

图4为本实用新型另一实施例提供的探头本体的结构示意图。

如图4所示，在本实用新型的实施例中，所述地应力测量探头还包括定向芯片41，利用所述定向芯片41可以实时地测量地应力测量探头在钻孔切平面上方位角，误差在±0.1°。

而现有技术中，送进钻孔过程中探头转动不超过20°，且难以控制，有时在钻进过程中，钻头的高频振动会导致探头在孔中发生轻微转动，使其偏离钻进前定向器测量的探头位置，又增加了定向误差。

所以采用了所述定向芯片41以后可以大大降低误差，而且简单省事。

其中，所述定向芯片41设置在所述探头本体1的内腔内。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述压力传感单元包括多个环式传感器21，利用多个所述环式传感器21即能够对地应力进行准确的测量。

其中，多个所述环式传感器21沿所述探头本体1的周向设置。

优选的，在本实用新型的实施例中，多个所述环式传感器21串联连接，并且，可以依次相差45°相位。

每组环式传感器21上的两个感应触头的中心轴线在环形传感器外周圆上依次旋转相差45°。

这样的话，每组环式传感器21上的感应触头可以从所述变形计外壳上的检测孔中伸出，用于测量岩体。

优选的，采用四个环式传感器21，四个环式传感器21以上述方式安装。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述地应力测量探头还包括传感器座。

所述环式传感器21设置在所述传感器座上，可以使环式传感器21更加的牢靠。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述无线数据单元与所述压力传感单元电连接包括：

所述无线数据单元与所述压力传感单元通过数据线通讯连接；

或者，所述无线数据单元与所述压力传感单元无线通讯连接。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述探头本体1的尾部设置有锥形卡紧器。

本申请还提供了一种地应力测量系统，包括所述地应力测量探头。

由于所述地应力测量探头的具体结构、功能原理以及技术效果已经在前文详述，在此便不再赘述。

所以，任何有关于所述地应力测量探头的技术内容，均可参考前文的记载即可。

由上可知，所述地应力测量系统采用了所述地应力测量探头，利用无线传输的方式替代了有线传输的方式，将电缆线去掉，这样的话，在进行地应力测量的时候，就不需要多个测量人员进行收放线的步骤了，这样将直接增加了单次测量的水平测量深度，也不必进行多次穿收电缆线，所以会显著的增加测量的工作效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种地应力测量探头，其特征在于，包括探头本体(1)、压力传感单元和无线数据单元；

所述探头本体(1)具有内腔，所述压力传感单元和所述无线数据单元设置在所述探头本体(1)的内腔中；

所述无线数据单元与所述压力传感单元电连接，用于将所述压力传感单元与预设的终端无线通讯连接。

2.根据权利要求1所述的地应力测量探头，其特征在于，所述无线数据单元包括数据采集芯片(31)和无线收发芯片(32)；

所述数据采集芯片(31)，用于获取测量数据；

所述无线收发芯片(32)与所述数据采集芯片(31)电连接，用于与预设的终端无线传递所述测量数据。

3.根据权利要求2所述的地应力测量探头，其特征在于，所述无线数据单元还包括电子罗盘芯片(33)；

所述电子罗盘芯片(33)与所述数据采集芯片(31)电连接。

4.根据权利要求1所述的地应力测量探头，其特征在于，还包括定向芯片(41)；

所述定向芯片(41)设置在所述探头本体(1)的内腔内。

5.根据权利要求1所述的地应力测量探头，其特征在于，所述压力传感单元包括多个环式传感器(21)；

多个所述环式传感器(21)沿所述探头本体(1)的周向设置。

6.根据权利要求5所述的地应力测量探头，其特征在于，多个所述环式传感器(21)串联连接。

7.根据权利要求5所述的地应力测量探头，其特征在于，还包括传感器座；

所述环式传感器(21)设置在所述传感器座上。

8.根据权利要求1所述的地应力测量探头，其特征在于，所述无线数据单元与所述压力传感单元电连接包括：

所述无线数据单元与所述压力传感单元通过数据线通讯连接；

或者，所述无线数据单元与所述压力传感单元无线通讯连接。

9.根据权利要求1所述的地应力测量探头，其特征在于，所述探头本体(1)的尾部设置有锥形卡紧器。

10.一种地应力测量系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的地应力测量探头。