专利名称：一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩土工程勘探与治理的土木建筑领域，尤其是一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置。
背景技术：
钻孔是岩土工程中最常见和最重要的一项工程任务，可以分为工程勘察与地质勘探钻孔、岩土施工钻孔，如土钉、锚杆、钻孔桩或搅拌桩等，其中工程勘察与地质勘探是根据相关规范按照一定的间距布置孔位，其它部位依据场地情况和地区经验人为外推形成地质剖面，而场地不同力学强度岩土体的实际空间分布可能与理论推断结果存在一定差异，或者是严重的差异；岩土设计与施工是依据这种人为假设和推断的、不确定的地质资料进行的，其最终结果可能导致设计的不合理，施工偏差较大。目前的相关监测方法单，而且可能因为不同的操作手，或同一操作手的不良习惯操作，导致监测结果偏差较大，其可靠性无法保证，采集的数据不能直接反映岩土体的强度，需要通过计算和图形处理间接判断，从而人为的模糊了对实际地质体的准确判定。为此，需要一种可靠的方法，对实际地质体原位、连续的测量，并能同时利用多种途径、采集多种数据，再进行分析比较和综合判断，从而直接反映细观岩土体的空间分布和强度差异。
实用新型内容本实用新型的一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，其通过钻机改装自动化实现钻孔过程数据的自动采集功能，能够记录钻进过程中岩土体的强度变化规律，自动识别地质岩土体的界面，判断地质岩土体的空间分布。其可以进行原位、连续、多种方法测量，直接反映沿孔深的岩土体强度和空间分布，数据真实、准确、可靠；其岩土体的强度变化能够同时反映在钻杆上的转矩和转速的变化，从而划分沿孔深的不同岩土体的界面，使得钻孔过程直观；其仪器抗干扰能力强，抗强振动性能好，抗水和粉尘污染能力强，克服了施工环境的限制；其对钻孔过程进行全程记录，数据只能存储，不能修改，保证了钻孔数据的真实性，揭露或验证地下岩土体强度变化真实情况，完善了施工的监督管理；其实时分析正在钻孔的岩土体强度的变化规律，解决了原有勘探工作以点代面的缺陷，从而为无芯钻探和信息化施工提供了有效的解决方法。本实用新型所采用的技术方案是一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，其特征是包括数据采集控制系统、 数据采集系统、数据转换系统和数据处理系统；数据采集控制系统通过压力控制器输出受力信号，按照设定的受力范围值控制数据采集系统工作的开始与停止；数据采集系统包括转矩转速传感器、压力传感器和齿轮测速传感器，其中转矩转速传感器与回转马达通过连接滑块联成一体并置于导轨上，另一端与钻杆连接，钻杆通过钻头作业时输出钻杆的扭矩和转速；压力传感器包括推进压力传感器、回转压力传感器和冲击压力传感器，其分别通过压力管与推进操纵阀、回转操纵阀和冲击操纵阀相连；齿轮测速传感器通过连接铜板固定在外钢套上，外钢套嵌入导轨的开挖槽内并可通过拉杆前后调整；带动测试链条的链条齿轮固定在齿轮轴上，并通过内钢套与测速齿轮连接，齿轮轴与内钢套通过内轴承连接，内钢套与外钢套通过外轴承连接；数据转换系统包括微控制器和键盘；数据处理系统包括安装有数据处理软件的计算机装置。这样，打开推进操纵阀、回转操纵阀或冲击操纵阀的任何一个，其所连接的压力传感器会有相应的感应，即可以记录作业过程压力的变化；数据转换系统通过微控制器和键盘完成信号的转换、数据的存储等功能；数据处理系统通过计算机装置上安装的数据处理软件绘制成沿孔深方向的转矩和转速变化曲线、沿孔深方向的各种压力曲线，由此判断各地质岩土体的界面。所述的潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，数据采集系统设有位移传感器钢罩结构。这样，可以起到防尘防湿的作用。所述的潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，齿轮测速传感器为方向性结构， 即设定前进方向输出，反方向无输出，通过测试与链条齿轮相连接的测速齿轮的行程记录钻杆的进尺或孔深。所述的潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，推进操纵阀、回转操纵阀和冲击操纵阀固定于车架上，车架连接履带总成并通过行走操纵阀控制其行车驱动。所述的潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，数据采集控制系统、数据采集系统、数据转换系统和数据处理系统之间通过电路相连接。这样在工作时，本实用新型的一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，第一步打开电源开关，电源指示灯亮，时钟运行，输入工程编号；第二步各种操作阀固定于车架上，车架连接履带总成；打开行走操作阀，启动行车驱动，带动履带总成将设备就位；打开分组控制开关，输入钻孔号；第三步打开推进操纵阀，连接在压力管上的推进压力传感器运行，推进马达启动，钻杆向前推进；第四步推进压力传感器输出电信号，通过屏蔽电缆和操作台的输入口接入微控制器，转换成压力，形成随时间的推进压力曲线，然后采用SD 卡存储器存储；第五步对准孔位，打开回转操纵阀，连接于压力管上的回转压力传感器运行，回转马达启动，钻杆开始旋转；第六步回转压力传感器输出电信号，通过屏蔽电缆和操作台的输入口接入微控制器，转换成压力，形成随时间的回转压力曲线，然后采用SD卡存储器存储；第七步打开冲击操纵阀，连接于压力管上的冲击压力传感器运行，并同时命令转矩转速传感器和齿轮测速传感器运行，冲击器启动，带动钻头冲击破碎岩体，钻杆随冲击器跟进；第八步冲击压力传感器输出电信号，通过屏蔽电缆和操作台的输入口接入微控制器，转换成压力，形成随时间的冲击压力曲线，然后采用SD卡存储器存储；转矩转速传感器输出的电信号通过屏蔽电缆和操作台的输入口接入微控制器，转换成钻杆的转矩转速，形成随时间的转杆转矩转速曲线，在转矩转速突变处，界面识别警示灯亮红灯警示，并在LED显示器上记录某深度点的转矩转速突变值，操作手可以初步判别岩土层界面，然后采用SD卡存储器存储；齿轮测速传感器输出的电信号通过屏蔽电缆和操作台的输入口接入微控制器，转换成齿轮转速，形成随时间的齿轮转速曲线；第九步将SD卡存储的数据， 通过数据处理系统，形成沿深度方向的钻杆转矩转速曲线；通过设置曲线突变点的阀值， 系统自动识别岩土层界面，并形成报告；第十步关闭分组控制开关，将设备移动到下一孔位；第十一步重复上述第二步至第十一步；第十二步每天将SD卡存储器内的数据，通过输出口移存到计算机数据处理系统，形成数据库。[0011]本实用新型的一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，其通过钻机改装自动化实现钻孔过程数据的自动采集功能，能够记录钻进过程中岩土体的强度变化规律，自动识别地质岩土体的界面，判断地质岩土体的空间分布。其可以进行原位、连续、多种方法测量，直接反映沿孔深的岩土体强度和空间分布，数据真实、准确、可靠；其岩土体的强度变化能够同时反映在钻杆上的转矩和转速的变化，从而划分沿孔深的不同岩土体的界面，使得钻孔过程直观；其仪器抗干扰能力强，抗强振动性能好，抗水和粉尘污染能力强，克服了施工环境的限制；其对钻孔过程进行全程记录，数据只能存储，不能修改，保证了钻孔数据的真实性，揭露或验证地下岩土体强度变化真实情况，完善了施工的监督管理；即其实时分析正在钻孔的岩土体强度的变化规律，解决了原有勘探工作以点代面的缺陷，从而为无芯钻探和信息化施工提供了有效的解决方法。
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明
图1是本实用新型一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置结构示意图；图2是本实用新型压力传感器结构示意图；图3是本实用新型齿轮测速传感器结构示意图；图4是本实用新型转矩转速传感器结构示意图；图5是本实用新型操作台结构示意图。图中，1为履带总成，2为冲击操纵阀，3为回转操纵阀，4为推进操纵阀，5为行车驱动，6为油缸操纵阀，7为车架，8为行走操纵阀，9为导轨，10为回转马达，11为钻杆，12为冲击器，13为钻头，14为推进马达，15为冲击压力传感器，16为推进压力传感器，17为回转压力传感器，18为位移传感器钢罩，19为转矩转速传感器，20为压力管，21为链条齿轮，22 为连接铜板，23为测速齿轮，24为外钢套，25为拉杆，沈为内钢套，27为齿轮轴，观为内轴承，四为外轴承，30为齿轮测速传感器，31为连接滑块，32为转矩转速传感器输入口，33为位移传感器输入口，34为推进压力传感器输入口，35为回转压力传感器输入口，36为冲击压力传感器输入口，37为输出口，38为电源开关，39为分组开关，40为界面识别警示灯。
具体实施方式
实施例如
图1至图5所示，一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，其特征是包括数据采集控制系统、数据采集系统、数据转换系统和数据处理系统；数据采集控制系统通过压力控制器输出受力信号，按照设定的受力范围值控制数据采集系统工作的开始与停止; 数据采集系统包括转矩转速传感器19、压力传感器和齿轮测速传感器30，其中转矩转速传感器19与回转马达10通过连接滑块31联成一体并置于导轨9上，另一端与钻杆11连接， 钻杆11通过钻头13作业时输出钻杆11的扭矩和转速；压力传感器包括推进压力传感器 16、回转压力传感器17和冲击压力传感器15，其分别通过压力管20与推进操纵阀4、回转操纵阀3和冲击操纵阀2相连；齿轮测速传感器30通过连接铜板22固定在外钢套M上， 外钢套M嵌入导轨9的开挖槽内并可通过拉杆25前后调整；带动测试链条的链条齿轮21 固定在齿轮轴27上，并通过内钢套沈与测速齿轮23连接，齿轮轴27与内钢套沈通过内轴承观连接，内钢套沈与外钢套M通过外轴承四连接；数据转换系统包括微控制器和键盘；数据处理系统包括安装有数据处理软件的计算机装置。这样，打开推进操纵阀4、回转操纵阀3或冲击操纵阀2的任何一个，其所连接的压力传感器会有相应的感应，即可以记录作业过程压力的变化；数据转换系统通过微控制器和键盘完成信号的转换、数据的存储等功能；数据处理系统通过计算机装置上安装的数据处理软件绘制成沿孔深方向的转矩和转速变化曲线、沿孔深方向的各种压力曲线，由此判断各地质岩土体的界面；数据采集系统设有位移传感器钢罩18结构。这样，可以起到为防尘防湿的作用；齿轮测速传感器30为方向性结构，即设定前进方向输出，反方向无输出，通过与测试链条相连接并通过其行程记录钻杆11的进尺或孔深；各种操作阀固定于车架7上，车架7连接履带总成1并通过行走操纵阀8控制其行车驱动5 ；数据采集控制系统、数据采集系统、数据转换系统和数据处理系统之间通过电路相连接。这样在工作时，本实用新型的一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，第一步打开电源开关38，电源指示灯亮，时钟运行，输入工程编号；第二步打开行走操作阀8， 启动行车驱动5，带动履带总成1将设备就位；打开分组控制开关，输入钻孔号；第三步打开推进操纵阀4，连接在压力管20上的推进压力传感器16运行，推进马达14启动，钻杆11 向前推进；第四步推进压力传感器16输出电信号，通过屏蔽电缆和操作台的输入口接入微控制器，转换成压力，形成随时间的推进压力曲线，然后采用SD卡存储器存储；第五步 对准孔位，打开回转操纵阀3，连接于压力管20上的回转压力传感器17运行，回转马达10 启动，钻杆11开始旋转；第六步回转压力传感器17输出电信号，通过屏蔽电缆和操作台的输入口接入微控制器，转换成压力，形成随时间的回转压力曲线，然后采用SD卡存储器存储；第七步打开冲击操纵阀2，连接于压力管20上的冲击压力传感器15运行，并同时命令转矩转速传感器19和齿轮测速传感器30运行，冲击器12启动，带动钻头13冲击破碎岩体，钻杆11随冲击器12跟进；第八步冲击压力传感器15输出电信号，通过屏蔽电缆和操作台的输入口接入微控制器，转换成压力，形成随时间的冲击压力曲线，然后采用SD卡存储器存储；转矩转速传感器19输出的电信号通过屏蔽电缆和操作台的输入口接入微控制器，转换成钻杆11的转矩转速，形成随时间的转杆转矩转速曲线，在转矩转速突变处，界面识别警示灯40亮红灯警示，并在LED显示器上记录某深度点的转矩转速突变值，操作手可以初步判别岩土层界面，然后采用SD卡存储器存储；齿轮测速传感器30输出的电信号通过屏蔽电缆和操作台的输入口接入微控制器，转换成齿轮转速，形成随时间的齿轮转速曲线； 第九步将SD卡存储的数据，通过数据处理系统，形成沿深度方向的钻杆11转矩转速曲线； 通过设置曲线突变点的阀值，系统自动识别岩土层界面，并形成报告；第十步关闭分组控制开关，将设备移动到下一孔位；第十一步重复上述第二步至第十一步；第十二步每天将SD卡存储器内的数据，通过输出口 37移存到计算机数据处理系统，形成数据库。本实用新型的一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，其通过钻机改装自动化实现钻孔过程数据的自动采集功能，能够记录钻进过程中岩土体的强度变化规律，自动识别地质岩土体的界面，判断地质岩土体的空间分布。其可以进行原位、连续、多种方法测量，直接反映沿孔深的岩土体强度和空间分布，数据真实、准确、可靠；其岩土体的强度变化能够同时反映在钻杆上的转矩和转速的变化，从而划分沿孔深的不同岩土体的界面，使得钻孔过程直观；其仪器抗干扰能力强，抗强振动性能好，抗水和粉尘污染能力强，克服了施工环境的限制；其对钻孔过程进行全程记录，数据只能存储，不能修改，保证了钻孔数据的真实性，揭露或验证地下岩土体强度变化真实情况，完善了施工的监督管理；其实时分析正在钻孔的岩土体强度的变化规律，解决了原有勘探工作以点代面的缺陷，从而为无芯钻探和信息化施工提供了有效的解决方法。 显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。 凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
权利要求1.一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，其特征是包括数据采集控制系统、 数据采集系统、数据转换系统和数据处理系统；数据采集控制系统通过压力控制器输出受力信号，按照设定的受力范围值控制数据采集系统工作的开始与停止；数据采集系统包括转矩转速传感器、压力传感器和齿轮测速传感器，其中转矩转速传感器与回转马达通过连接滑块联成一体并置于导轨上，另一端与钻杆连接，钻杆通过钻头作业时输出钻杆的扭矩和转速；压力传感器包括推进压力传感器、回转压力传感器和冲击压力传感器，其分别通过压力管与推进操纵阀、回转操纵阀和冲击操纵阀相连；齿轮测速传感器通过连接铜板固定在外钢套上，外钢套嵌入导轨的开挖槽内并可通过拉杆前后调整；带动测试链条的链条齿轮固定在齿轮轴上，并通过内钢套与测速齿轮连接，齿轮轴与内钢套通过内轴承连接，内钢套与外钢套通过外轴承连接；数据转换系统包括微控制器和键盘；数据处理系统包括计算机装置。
2.根据权利要求1所述的潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，其特征是数据采集系统设有位移传感器钢罩结构。
3.根据权利要求1所述的潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，其特征是齿轮测速传感器为方向性结构，即设定前进方向输出，反方向无输出，通过测试与链条齿轮相连接的测速齿轮的行程记录钻杆的进尺或孔深。
4.根据权利要求1所述的潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，其特征是推进操纵阀、回转操纵阀和冲击操纵阀固定于车架上，车架连接履带总成并通过行走操纵阀控制其行车驱动。
5.根据权利要求1所述的潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置，其特征是数据采集控制系统、数据采集系统、数据转换系统和数据处理系统之间通过电路相连接。
专利摘要本实用新型涉及岩土工程勘探与治理的土木建筑领域，尤其是一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置。其通过钻机改装自动化实现钻孔过程数据的自动采集功能，能够记录钻进过程中岩土体的强度变化规律，自动识别地质岩土体的界面，判断地质岩土体的空间分布。其数据真实、准确、可靠；钻孔过程直观；其仪器抗干扰能力强，抗强振动性能好，抗水和粉尘污染能力强，克服了施工环境的限制；其对钻孔过程进行全程记录，数据只能存储，不能修改，保证钻孔数据的真实性，验证地下岩土体强度变化真实情况，完善施工的监督管理；实时分析正在钻孔的岩土体强度的变化规律，解决原有勘探工作以点代面的缺陷，为无芯钻探和信息化施工提供有效解决方法。
文档编号E21B44/00GK202000991SQ201120047999
公开日2011年10月5日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者刘来勇, 林广义, 赵民, 闫强刚 申请人:青岛市勘察测绘研究院