专利名称：一种用于工程地质钻探的随钻测量系统的制作方法
技术领域：
本发明属于勘探测量领域，尤其是一种用于工程地质钻探的随钻
背景技术：
普通的工程勘探钻机，除了液压给进钻机上有一块油压表外，没
有其他测量装置；而且大多为取芯钻探钻，由地质技术人员定性描述 芯样，据此判断粗颗粒土和岩石的特性；对粘性土在孔内取原状土样 品，再到室内做土工试验；对细颗粒土还可做孔内原位测试。因此钻 探过程中许多与岩土有关的信息最多只能由钻探记录员定性描述，要 么就是丢失不记录。 .
对于石油等大型钻机有随钻测量系统，这种钻机的动力装置大多 在孔内，其测量传感器都安装在钻头附近，主要用于测量与地层含油 性质有关的信息。其随钻测量系统很复杂，信息向地面实时传送更复 杂，甚至很困难。原位测试方法涉及静力触探和动力触探，测试数据 连续，但不能观察和采取岩芯；静力触探不适用于比砂粒更粗的地层， 因此勘探深度有限，适用范围有限。动力触探勘探深度一般很难超过 30米，且不适用于岩层。
除此之外，现有扭矩测量是采用在扭转轴上贴电阻应变片，或者 在扭转部件上串联电阻应变式扭矩传感器，用电缆线引到应变测量仪 器(或类似的仪器)上显示、记录。由于存在电缆线，容易产生绞绕 问题而导致无法测量转动部件的扭矩。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供可随钻连续测量并 记录钻探过程中与所钻岩土工程性质相关的信息以实现钻探信息的 数字化的一种用于工程地质钻探的随钻测量系统。
本发明的目的是这样实现的
一种用于工程地质钻探的随钻测量系统，包括动力机、传动轴、 减速箱、底盘、液压控制箱、六方钻杆、机头壳体、横梁、立轴、活 塞杆、液压缸，动力机、减速箱及液压控制箱固装在底盘上，减速箱 的输出横轴带动立轴旋转，液压控制箱控制液压缸并使其活塞杆驱动横梁上下导向位移，液压缸为两组并对称安装在立轴的两侧，六方钻 杆同轴套穿在立轴内并由夹持器实现六方钻杆随立轴的竖向移动，其 特征在于在立轴的下部同轴安装扭矩测量装置，在活动横梁上安装 转速测量装置及位移测量装置，在液压控制箱内安装油压测量装置， 扭矩、油压、转速以及位移测量装置均由相应的传感器和电路板组成， 电路板上均安装微处理器和蓝牙模块。
而且，所述扭矩、油压、转速以及位移测量装置均由相应的传感 器、电路板、充电电池、电源开关及充电插孔组成。
而且，所述扭矩测量装置包括扭矩输出端、扭矩输入端、弹性体 以及电阻应变片，扭矩输出端、弹性体及扭矩输入端一体同轴制成且 弹性体制在扭矩输出端与扭矩输入端之间，其中扭矩输出端及弹性体 同轴套装一外套，在弹性体上固装电阻应变片，在外套内安装有电路 板和蓝牙模块，在对应蓝牙模块的外套上制有一蓝牙通讯孔，在外套 内还安装有一充电电池。
而且，所述扭矩测量装置外套为钢制，其蓝牙通讯孔安装有一非 金属如尼龙或塑料封堵。
本发明的优点和积极效果是
1. 安装本测量系统的钻机与现有工程地质钻机相比，可将钻探过 程中与岩土工程性质有关的信息随钻记录下来，相当于原位测试手 段，且数据连续、精确、准确，实现了数字化以及无线控制和无线通 讯，进而实现了现场和办公室的远程数据通讯，由现有的机械化设备 进化到了信息化设备。
2. 安装本测量系统的钻机与现有石油钻机相比，实现了微型化。 安装上述系统没有增大钻机尺寸和体积，几乎没有改变原来钻机的外 貌。数字化测量系统总重量小于500克，几乎没有改变原来钻机的重 量；所有装置都在地面以上，不需要严格的耐压和防水措施，容易实 现，性能稳定可靠，并同时实现了数据的实时显示、存储，可视化程 度高，有利于实时监控。
3. 本发明中的油压测量、转速测量、位移测量以及扭矩测量与
现有技术相比，可记录传感器接收到的信息，并将模拟信号转换成数 字信号，然后通过蓝牙将数字信号用无线方式传送到现场有蓝牙装置 的仪器上接收显示和记录，具有体积小、移动灵活、测量方便的特点。
图1为本发明的主视图；图2为图1的左视图3为扭矩测量器外形示意图4为图3的截面剖视图。
具体实施例方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施 例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种用于工程地质钻探的随钻测量系统，由动力机15、传动轴 16、减速箱8、底盘12、液压控制箱13、六方钻杆l、机头壳体9、 横梁4、立轴6、活塞杆7、液压缸10及扭矩测量装置11、油压测量 装置14、转速测量装置3、位移测量装置5构成。动力机、减速箱及 液压控制箱固装在底盘上，减速箱的输出横轴通过伞形齿轮带动立轴 旋转，液压控制箱控制液压缸并使其活塞杆驱动横梁上下导向位移， 液压缸为两组并对称安装在立轴的两侧，六方钻杆同轴套穿在立轴内 并由夹持器2实现六方钻杆随立轴的竖向移动，以上是现有技术，因 此没有完全标号并显示其结构。本发明的创新点是在立轴的下部同 轴安装扭矩测量装置，在横梁下底面的凹槽内安装转速测量装置及位 移测量装置，在液压控制箱内安装油压测量装置。本系统所安装的油 压测量装置、转速测量装置、位移测量装置以及扭矩测量装置的电路 板上均安装微处理器(CPU)和蓝牙模块，以实现将模拟信号转换成 数字信号，该数字信号再由蓝牙传送给现场的无限接收装置显示并存 储。
需要说明的是，四个测量装置的电路板以及所安装的微处理器 (CPU)和蓝牙模块为通用技术，因此没有给出电路构成；油压传感 器、转速传感器以及位移传感器为现有技术，是市售产品，其安装位 置根据需要设定，如油压传感器安装在油路中即可，转速传感器以及 位移传感器安装在横梁的可测量位置，本实施例中是安装在横梁下底 面，扭矩测量装置同轴安装在立轴下部。下面以扭矩测量装置为例进 行具体叙述
扭矩测量装置由扭矩输出端17、扭矩输入端20、外套19以及电 路板26、蓝牙模块23、充电电池28、电阻应变片25、弹性体27等 构成，扭矩输出端固装在负荷上，扭矩输入端固装在钻机动力上。扭 矩输出端、弹性体及扭矩输入端一体同轴制成，弹性体制在扭矩输出 端与扭矩输入端之间，外套同轴套装在扭矩输出端及弹性体上，该外 套为钢制。在弹性体上固装(一般采用粘贴方式)电阻应变片以测量扭转时的弹性应变，在外套内安装有电路板和蓝牙模块，电路板和蓝 牙模块安装在外套内的扭矩输出端及扭矩输入端的任意位置，本实施 例附图中电路板和蓝牙模块安装在外套内的扭矩输入端上。在对应蓝 牙模块的外套上制有一蓝牙通讯孔18，在外套内还安装有充电电池。 为避免外套内的电路部分受外界污染并正常通讯，该蓝牙通讯孔采用 非金属如塑料或尼龙封堵24进行密封。
本装置釆用在外套内安装充电电池的方式进行供电，并在外套上
制出该充电电池的充电插孔21以及电力开关22。
扭矩测量装置的工作原理是在钻机立轴与六方钻杆之间安装扭
矩测量装置，采用电阻应变测量方式，测量信息由微型电子装置测量， 并将模拟信号转换成数字信号，数字信号再由蓝牙传送给现场的无限 接收装置显示并存储。
在液压控制箱的油路上安装油压测量装置，该装置的传感器为电 阻应变式，其功能的实现方式同扭矩测量器。
在横梁上安装转速测量装置，其传感器为磁电式转速传感器，这 种传感器原本是和齿轮配合使用，而本装置省去了齿轮，而是利用转 轴上所制的轴向键槽。转动时键槽通过磁电传感器时产生脉冲信号，
信号经微处理器(CPU)处理后，通过蓝牙传送到记录仪器上。
在横梁上安装了位移测量装置，该装置的传感器为红外线传感 器，传感器发射红外线，遇到前方有目标时红外线反射回来被传感器
接收，在0.07m-1.2m范围内，接受信号随目标到传感器距离的增加 而减弱，因此根据接受信号的强弱判定距离，将模拟信号转换成数字 信号，然后通过蓝牙将信号传送到记录仪器上，并将信号换算成机头 移动的距离。
此外，钻探过程与岩土力学性质相关的4个参数扭矩、钻压、转 速和距离通过记录仪和控制装置按一定的时间间隔进行采集、记录和 显示。记录仪器采用智能手机(Pocket PC)作为掌中电脑，工作中 掌中电脑可以向4个测量装置发送指令，控制4个测量装置的工作， 可以设置测量采样时间间隔。钻探中的其他定性信息，如钻头类型 和规格、冲洗液、取样、孔内试验、岩心描述等均可记录在掌中电脑 中，掌中电脑成为钻探日志的电子手簿，上述记录过程可以和随钻测 量系统同时工作，记录过程不会影响4个测量装置数据的正常接收和 存储。
上述距离测量装置可以测量机头的相对位置，用相临2个距离数据的差值除以其采样时间间隔即可得到钻进速度。钻进速度是一个与 岩土力学性质密切相关的参数。
向下钻进时，油压测量装置得到了机头位置的钻压，机头连同钻 具向上提升时，油压反映了钻具总重，通过标定，可用钻具总重得到 钻具总长。向下钻进时孔底压力等于测量油压数据加钻具总重。
钻探过程中的信息以文件方式存储在掌中电脑里(智能手机)， 掌中电脑具有移动通讯功能，可通过发电子邮件的方式实现钻探资料 的远程传送。
权利要求
1. 一种用于工程地质钻探的随钻测量系统，包括动力机、传动轴、减速箱、底盘、液压控制箱、六方钻杆、机头壳体、横梁、立轴、活塞杆、液压缸，动力机、减速箱及液压控制箱固装在底盘上，减速箱的输出横轴带动立轴旋转，液压控制箱控制液压缸并使其活塞杆驱动横梁上下导向位移，液压缸为两组并对称安装在立轴的两侧，六方钻杆同轴套穿在立轴内并由夹持器实现六方钻杆随立轴的竖向移动，其特征在于在立轴的下部同轴安装扭矩测量装置，在活动横梁上安装转速测量装置及位移测量装置，在液压控制箱内安装油压测量装置，扭矩、油压、转速以及位移测量装置均由相应的传感器和电路板组成，电路板上均安装微处理器和蓝牙模块。
2. 根据权利要求1所述的一种用于工程地质钻探的随钻测量系统，其特征在于所述扭矩、油压、转速以及位移测量装置均由相应的传感器、电路板、充电电池、电源开关及充电插孔组成。
3. 根据权利要求2所述的一种用于工程地质钻探的随钻测量系统，其特征在于所述扭矩测量装置包括扭矩输出端、扭矩输入端、弹性体以及电阻应变片，扭矩输出端、弹性体及扭矩输入端一体同轴制成且弹性体制在扭矩输出端与扭矩输入端之间，其中扭矩输出端及弹性体同轴套装一外套，在弹性体上固装电阻应变片，在外套内安装有电路板和蓝牙模块，在对应蓝牙模块的外套上制有一蓝牙通讯孔，在外套内还安装有一充电电池。
4. 根据权利要求3所述的一种用于工程地质钻探的随钻测量系统，其特征在于所述扭矩测量装置外套为钢制，其蓝牙通讯孔安装有一非金属如尼龙或塑料封堵。
全文摘要
本发明涉及一种用于工程地质钻探的随钻测量系统，包括动力机、传动轴、减速箱、底盘、液压控制箱、六方钻杆、机头壳体、横梁、立轴、活塞杆、液压缸，其中在立轴的下部同轴安装扭矩测量装置，在横梁上安装转速测量装置及位移测量装置，在液压控制箱内安装油压测量装置，扭矩、油压、转速以及位移测量装置均由相应的传感器和电路板组成，电路板上均安装微处理器(CPU)和蓝牙模块。安装本测量系统的钻机与现有工程地质钻机相比，可将钻探过程中的力学信息以数字方式随钻记录下来，相当于原位测试手段，且数据连续、精确、准确，实现了数字化以及无线控制和无线通讯，进而实现了现场和办公室的远程数据通讯，由现有的机械化设备进化到了信息化设备。
文档编号E21B47/12GK101476462SQ20081015431
公开日2009年7月8日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者别红霞, 尹银轩, 杨怀玉 申请人:铁道第三勘察设计院集团有限公司