CN209892189U - 一种用于非开挖工程中水平定向导钻仪的通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于非开挖工程中水平定向导钻仪的通信系统，其特征在于：包括导向仪探头、无线供电电源、井下发送转换电路、井下无线低频OFDM调制‑发送电路单元、地面无线低频OFDM调制‑接收电路单元、地面接收转换电路单元、导向仪主机，所述无线供电电源分别为井下发送转换电路、井下无线低频OFDM调制‑发送电路单元供电，所述井下发送转换电路的输入端与导向仪探头相连，输出端与井下无线低频OFDM调制‑发送电路单元无线连接，井下无线低频OFDM调制‑大功率发送电路单元与地面无线低频OFDM调制‑接收电路单元无线连接，地面接收转换电路单元的输入端与地面无线低频OFDM调制‑接收电路单元无线连接，输出端与导向仪主机电连接。本实用新型代替目前水平导向仪的地面控制台与钻头之间通过一根导线与钻钻杆够成的“有线通信”电路方案，解决了施工过程中导线连接的麻烦，提高了工程效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及非开挖工程技术领域中水平定向测控仪中地面控制台与探头之间的通信技术，尤其涉及一种用于非开挖工程中水平定向导钻仪的通信系统。
背景技术
非开挖技术是指利用岩土钻掘、定向测控等技术手段,在地表不挖槽和地层结构破坏极小的情况下,穿越河流、湖泊、重要交通干线、重要建筑物，实现对诸如供水、煤气、天然气、污水、电信电缆等公用管线的检测、铺设、修复与更换的施工技术。在城市化的过程中，非开挖技术是一种适时的、有力的、不可代替的先进手段，是完成城市水、气、电、通讯等生命线工程施工的必备技术，也是地下空间利用必须掌握的基本技术之一，是对地下工程施工常规工法的重要补充，有时也是唯一的选择，是我国建设部、美国、欧洲、日本和俄罗斯等国家鼓励和优先推广技术。
非开挖工程的主要过程是：根据市政管理部门提供的相关资料和地形勘测结果，画出钻进轨迹图，钻机控制钻头依据此轨迹图钻出一个接近水平的导向孔，然后在导向钻头后换上大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺设工作管线，然后进行反向扩孔，同时将待铺管线回拉入钻孔内，当全部钻杆被拖回时，铺管工作同时也就完成了。
非开挖工程的第一步是打导向孔，而确保导向孔与预定的管线轨迹图相符是通过具有定向测控功能的水平定向仪实现。
水平定向仪由地面控制台部分和装在导向钻头盒中的探头部分构成，探头是由一组磁场测量传感器和加速度传感器及信号处理、发送电路组成，以测量钻头的方位角、倾角等方位参数并发送给地面控制台。地面控制台则接收探头发送来的反映钻头方位角、倾角等方位参数的磁场和加速度等原始物理数据，并计算出转头的方位角、倾角等以供司钻人员控制调整钻头钻进方向，确保符合预定钻进轨迹图。
现有水平定向仪的地面控制台与装在钻头中的探头部分之间的通信，是通过钻杆和穿在钻杆中的一根导线构成通信信道，在此称为“有线通信”。此方案可以适应任何地质环境，但是有的一个缺点是每增加一根钻杆，就要接一节导线，长度大约为10米，即一个钻杆长度。一个1000米的管线大约需要100节导线串联，施工比较麻烦，并且存在接头处绝缘不良或导线被扭断的可能性，一但出现导线断开、扭断或绝缘破裂，可能导致无法通信的问题，就必须抽回钻头重新打导向孔，这会延迟工程进度，造成一定经济损失。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高工作效率的用于非开挖工程中水平定向导钻仪的通信系统。。
本实用新型所采用的技术方案为：一种用于非开挖工程中水平定向导钻仪的通信系统，其特征在于：包括导向仪探头、无线供电电源、井下发送转换电路、井下无线低频OFDM调制-发送电路单元、地面无线低频OFDM调制-接收电路单元、地面接收转换电路单元、导向仪主机，所述无线供电电源分别为井下发送转换电路、井下无线低频OFDM调制-发送电路单元供电，所述井下发送转换电路的输入端与导向仪探头相连，输出端与井下无线低频OFDM调制-发送电路单元无线连接，井下无线低频OFDM调制-大功率发送电路单元与地面无线低频OFDM调制-接收电路单元无线连接，地面接收转换电路单元的输入端与地面无线低频OFDM调制-接收电路单元无线连接，输出端与导向仪主机电连接。
按上述技术方案，导钻仪包括从上至下依次连接的钻杆、无磁钻铤、绝缘短节、无磁钻铤、无磁短节、螺杆钻具、钻头，所述导向仪探头安设在无磁钻铤内，无线供电电源、井下有线无线接口电路、井下发送转换电路、井下无线低频OFDM调制-发送电路单元安设在无磁钻铤内，所述两个无磁钻铤通过绝缘短节相连。
本实用新型所取得的有益效果为：本实用新型代替目前水平导向仪的地面控制台与钻头之间通过一根导线与钻钻杆够成的“有线通信”电路方案，解决了施工过程中导线连接的麻烦，提高了工程效率。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型井下部分的位置示意图.
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种用于非开挖工程中水平定向导钻仪的通信系统，包括导向仪探头、无线供电电源、井下发送转换电路、井下无线低频OFDM调制-发送电路单元(无线发射机)、地面无线低频OFDM调制-接收电路单元(无线接收机)、地面接收转换电路单元、导向仪主机，所述无线供电电源分别为井下发送转换电路、井下无线低频OFDM调制-发送电路单元、导向仪探头供电，所述井下发送转换电路的输入端与导向仪探头相连，输出端与井下无线低频OFDM调制-发送电路单元无线连接，井下发送转换电路用于将导向仪探头输出的FSK信号解调，转化为无线发射机的输入信号，实现由有线信道向无线信道的转换。井下无线低频OFDM调制-大功率发送电路单元与地面无线低频OFDM调制-接收电路单元无线连接，地面接收转换电路单元的输入端与地面无线低频OFDM调制-接收电路单元无线连接，输出端与导向仪主机相连，地面接收转换电路单元用于将本实用新型的无线接收机的输出信号调制，转化为水平定向导向仪地面控制台的FSK输入信号，实现由无线信道向有线信道的转换。所述地面无线有线接口电路与导向仪主机电连接。
本实用新型中，不仅钻杆-大地之间阻抗小，而且大地阻抗远远大于导线阻抗，所以信号衰减比较大，并且信道长度从数米到数千米，波动较大。本实用新型中的导向仪探头、无线供电电源、井下发送转换电路、无线发射机、无线接收机、地面接收转换电路单元、导向仪主机均可以在市场上购买得到，且采用了低频甚至极低频通信，信道频率在5～300Hz。
上述井下部分的安装位置如图2所示，其中导钻仪包括从上至下依次连接的钻杆8、无磁钻铤7、无磁钻铤4、无磁短节3、螺杆钻具2、钻头1，所述导向仪探头9安设在无磁钻铤4内，无线供电电源12、井下发送转换电路10、井下无线低频OFDM调制-发送电路单元11安设在无磁钻铤7的空腔内，导流器6安设在无磁钻铤7内。所述无磁钻铤7通过绝缘短节5与无磁钻铤4相连，构成非对称偶极子无线发射系统。
Claims (2)
1.一种用于非开挖工程中水平定向导钻仪的通信系统，其特征在于：包括导向仪探头、无线供电电源、井下发送转换电路、井下无线低频OFDM调制-发送电路单元、地面无线低频OFDM调制-接收电路单元、地面接收转换电路单元、导向仪主机，所述无线供电电源分别为井下发送转换电路、井下无线低频OFDM调制-发送电路单元、导向仪探头供电，所述井下发送转换电路的输入端与导向仪探头相连，输出端与井下无线低频OFDM调制-发送电路单元无线连接，井下无线低频OFDM调制-大功率发送电路单元与地面无线低频OFDM调制-接收电路单元无线连接，地面接收转换电路单元的输入端与地面无线低频OFDM调制-接收电路单元无线连接，输出端与导向仪主机电连接。
2.根据权利要求1所述的用于非开挖工程中水平定向导钻仪的通信系统，其特征在于：导钻仪包括从上至下依次连接的钻杆、无磁钻铤、无磁短节、无磁钻铤、螺杆钻具、钻头，所述导向仪探头安设在无磁钻铤内，无线供电电源、井下有线无线接口电路、井下发送转换电路、井下无线低频OFDM调制-发送电路单元安设在另一无磁钻铤内，所述两个无磁钻铤通过绝缘短节相连。
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