一种可控制方向的孔内传感器底座的制作方法

本实用新型属于岩土工程测试领域，具体涉及一种可控制方向的孔内传感器底座，用于放置钻孔内测量岩土体动态参数的传感器。

背景技术：

跨孔法是岩土工程现场测试常用方法之一，其目的是测试钻孔间的岩土体动态力学特性。跨孔法基本步骤是：在一条直线上布置多个钻孔，分别为激振孔和测试孔，测试孔内放置传感器，传感器固定在孔壁上，测试激振孔产生的应力波经过钻孔间土体传播时的振动信息，再经过时域和频域的处理计算岩土体的动态参数，如波速、动模量、阻尼比等，为抗震设计提供依据。

岩土体中的体波可分为纵波和横波，纵波质点的振动方向和波的传播方向相同，横波质点振动方向和波的传播方向垂直。质点的振动参数，如速度和加速度，是与方向有关的物理量。计算岩土体的动态力学参数，如现场动弹性模量、动剪切模量和动泊松比要求分别测定纵波和横波的波速，有时还需要测定横波两正交方向的波速；现场阻尼比测试要求所有测点必须方向相同，此时传感器的方向必须与质点振动方向一致，测试结果才能保证准确可靠。

跨孔法测试岩土体动态参数所用孔内传感器要求测试时传感器能固定在孔壁上。实际操作时，先将传感器吊入钻孔指定深度，再将传感器固定在孔壁上。目前固定传感器的方式有气囊式和弹片式，气囊式传感器一侧为气囊，通过注入气体使其膨胀，将传感器挤压在孔壁上；弹片式传感器一侧安装弹片，通过弹片的张力将传感器固定在孔壁上。虽然两种方式均能将传感器固定在孔壁上，但由于传感器是通过吊入方式进入钻孔内，期间传感器将发生旋转，到达指定位置时，传感器的方向无法掌控，另外固定方式为非刚性固定，传感器和孔壁不能很好耦合，因此测试结果势必受到很大影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是在于提供了一种可控制方向的孔内传感器底座，它能够对传感器的方向进行测定，并根据需要对传感器方向进行调整，然后将传感器固定在孔壁上，实现传感器对岩土体任意方向的动态参数测试功能。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种可控制方向的孔内传感器底座，包括上底座和下底座，所述的上底座包括直流涡轮蜗杆电机、推杆、传感器巢、支撑靴、电子罗盘、螺杆、上底座盖帽、吊环和限位桩，直流涡轮蜗杆电机固定在上底座的底部，传感器巢固定在直流涡轮蜗杆电机的顶部，传感器固定放置在传感器巢的内部，电子罗盘固定在传感器巢的顶部，电子罗盘的X、Y方向与传感器的X、Y方向一致，推杆的轴与直流涡轮蜗杆电机的转轴连接，支撑靴位于上底座的两侧并与推杆的两端固定连接，直流涡轮蜗杆电机经过推杆推动支撑靴向两侧运动，螺杆位于上底座的中轴线上，螺杆的上端与上底座固定连接，其下端与下底座的直流低速电机的转轴固定连接，在上底座的底部中心设有连接孔，上底座盖帽位于上底座的顶部，上底座盖帽上设有吊环，在上底座的底部设有限位桩；所述的下底座包括直流低速电机、气囊、楔形截面圆环、下底座上盖帽、下底座底盖帽，直流低速电机固定在下底座的中部，直流低速电机的转轴位于下底座上盖帽的顶部，所述的转轴插入上底座的连接孔并套装在螺杆上；气囊包裹在下底座的侧壁，楔形截面圆环套在气囊的上下两端，下底座与气囊固定的部位为锥形斜面，所述的锥形斜面与楔形截面圆环的楔形相匹配，在下底座设有气孔，与气囊相通，在下底座上盖帽的顶部设有凹形的半圆环形槽，上底座的限位桩插入半圆环形槽中转动连接。

优选地，在直流涡轮蜗杆减速电机和直流低速电机外部包裹电磁屏蔽膜。

优选地，直流涡轮蜗杆电机与推杆具有自锁功能，并在推杆的两端设有O 型圈。

优选地，上底座的底部和下底座的上盖帽均设有圆形凹槽，在所述的凹槽中放置O型圈。

优选地，在上底座设有贯穿的穿线孔，与限位桩连通，限位桩插入下底座的半圆环形槽，电缆和气管由此进入上底座和下底座。

优选地，在上底座的顶部中心设有线缆孔，上底座的线缆通过线缆孔与上位机连接，并在线缆孔与线缆间灌注硅胶。

优选地，气囊为橡胶材料，其两端通过楔形截面圆环扣压在下底座上，下底座上盖帽、下底座底盖帽与楔形截面圆环之间具有匹配的内外螺纹，楔形截面圆环是通过所述的盖帽螺纹旋转推压从而固定气囊。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

其一，本实用新型通过电子罗盘能准确确定传感器的方向；

其二，本实用新型的采用的直流电机均为低速电机，调节传感器方位精度高；

其三，本实用新型将传感器底座分为上下两部分，下底座通过气囊固定在钻孔指定深度，为上底座传感器方向调整提供基础；上底座通过支撑靴将传感器固定在孔壁上，形成刚性连接使传感器接收的信息更加真实。

本实用新型设计合理，结构简单，使用方便，适用于进行跨孔法岩土动态参数测试的三向加速度或速度传感器。

附图说明

图1为一种可控制方向的孔内传感器底座的结构示意图。

图2A为一种可控制方向的孔内传感器底座上底座结构示意图。

图2B为一种可控制方向的孔内传感器底座上底座A-A剖面图。

图2C为一种可控制方向的孔内传感器底座上底座B-B剖面图。

图3A为一种可控制方向的孔内传感器底座下底座结构示意图。

图3B为一种可控制方向的孔内传感器底座下底座俯视图。

图3C为一种可控制方向的孔内传感器底座下底座C-C剖面图。

其中：1－直流蜗轮蜗杆电机、2－推杆、3－传感器巢、4－支撑靴、5－电子罗盘、6－螺杆、7－连接孔、8－上底座盖帽、9－吊环、10－线缆孔、11－限位桩、12－直流低速电机、13－气囊、14－楔形截面圆环、15－下底座上盖帽、16－半圆环形槽、17－下底座底盖帽、18－气孔、19－下底座电机固定螺栓、20 －O型圈。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应该理解为对本实用新型的限制。

如图2A、图2B、图2C和图3A、图3B、图3C所示，一种可控制方向的孔内传感器底座，包括上底座和下底座。如图2所示，上底座包括直流涡轮蜗杆电机1(ASLONG A58SW31ZY)、推杆2、传感器巢3、支撑靴4、电子罗盘5 (DCM220B)、螺杆6、上底座盖帽8、吊环9和限位桩11。直流涡轮蜗杆电机 1固定在上底座的底部，传感器巢3固定在直流涡轮蜗杆电机1的顶部，传感器固定放置在传感器巢3的内部，电子罗盘5固定在传感器巢3的顶部，电子罗盘 5的X、Y方向与传感器的X、Y方向一致；推杆2的轴与直流涡轮蜗杆电机1 的转轴连接，支撑靴4位于上底座的两侧并与推杆2的两端固定连接，上底座通过直流涡轮蜗杆电机1经过推杆2推动支撑靴4向左右两侧运动，使上底座固定在钻孔孔壁；螺杆6位于上底座的中轴线上，螺杆6的上端与上底座固定连接，其下端与下底座的直流低速电机12的转轴固定连接；在上底座的底部中心设有连接孔7；上底座盖帽8位于上底座的顶部，对上底座起密封作用；上底座盖帽 8上设有吊环9，用于安装传感器底座进出钻孔时的钢丝绳；在上底座的底部设有限位桩11。

如图3所示，下底座包括直流低速电机12、气囊13、楔形截面圆环14、下底座上盖帽15、下底座底盖帽17。直流低速电机12通过固定螺栓19固定在下底座的中部，直流低速电机12的转轴位于下底座上盖帽15的顶部，所述的转轴插入上底座的连接孔7并套装在螺杆6上，直流低速电机12通过螺杆6与上底座连接，上底座在直流低速电机12的带动下转动方向；下底座与气囊13固定的部位为锥形斜面，所述的锥形斜面与楔形截面圆环14的楔形相匹配，，气囊13 包裹在下底座的侧壁，楔形截面圆环14套在气囊13的上下两端，将气囊13与下底座固定，在下底座设有气孔18，气孔18与气囊13相连，连接充气管，下底座通过气囊13充气膨胀固定在钻孔孔壁；在下底座上盖帽15的顶部设有凹形的半圆环形槽16，上底座的限位桩11插入半圆环形槽16中，使上下底座间相对转动在﹣90°～+90°之间。

为了避免直流涡轮蜗杆电机1和直流低速电机12运行时产生的磁场可能对电子罗盘产生影响，可以在直流涡轮蜗杆减速电机1和直流低速电机12外部包裹电磁屏蔽膜。

直流涡轮蜗杆电机与推杆具有自锁功能，在推杆2的两端设有O型圈，以防止泥水从侧边进入上底座中。

为防止泥水进入下底座，上底座的底部和下底座的上盖帽15均设有圆形凹槽，在凹槽中放置O型圈20。

在上底座设有贯穿的穿线孔10，与限位桩11连通，下底座低速直流电机12 的电缆和充气管穿过下底座的半圆环形槽16，进入下底座。在上底座的顶部中心设有线缆孔，上底座和下底座的线缆通过线缆孔与上位机连接，并在线缆孔与线缆间灌注硅胶，防止泥水进入底座内部。

气囊13为橡胶材料制成的，下底座上盖帽15、下底座底盖帽17与楔形截面圆环之间具有匹配的内外螺纹，通过所述的盖帽螺纹旋转推压楔形截面圆环 14从而固定气囊13。

本实用新型工作时，先通过钢丝绳将底座送入钻孔预定深度，通过充气管使气囊13充气膨胀，将下底座固定在预定深度；通过电子罗盘5测定传感器方位，并通过直流低速电机12调整传感器方向；当传感器方向满足要求后，启动直流蜗轮蜗杆电机1，将支撑靴4支撑在孔壁上。测试完成后，先收回支撑靴4，再将气囊13泄气，通过钢丝绳将底座提出钻孔。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。