一种可调轮距的分体式测斜仪的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种可调轮距的分体式测斜仪，包括测斜管，和用于安装在所述测斜管内部的：轮距调节杆，由多节可相互固定连接的子杆组成；导轮组，包括分别安装在所述轮距调节杆两端的前导轮和后导轮；传感头，安装在所述轮距调节杆与所述前导轮连接的一端，用于通过传感器获取各种地质信息并通过线缆传送至地面；以及数据接收装置，用于接收和记录所述传感头发送的数据。本发明中连接前导轮和后导轮的轮距调节杆可以根据不同的轮距需要进行长度调节，从而使一套分体式侧斜仪可以应用于多个不同轮距要求的测量场合，大大提高了分体式测斜仪的应用范围。此外，采用组合式的结构，也可以降低分本式测斜仪携带时的整体尺寸，使提供更方便。
【专利说明】
一种可调轮距的分体式测斜仪
技术领域
[0001] 本发明涉及地质测量领域，特别是涉及一种能够分拆并组装成不同长度轮距的、 测量钻孔倾角和方向的测斜仪。
【背景技术】
[0002] 测斜仪是一种测定钻孔倾角和方位角的仪器。用于检测钻孔的倾斜度和走向，在 变形监测领域，则通过不同时间的多次测量，来计算钻孔的变形量。
[0003] 测量时，在已成形的钻孔内安装测斜管，测斜管内径上有两组互成90°的轴向导向 槽，测斜仪的导轮放入某一组导向槽内可上下自由活动。通过逐段测量钻孔倾斜度即可绘 制出钻孔的形状。
[0004] 为了提高测量速度，就要加大轮距，减少测量点数，但传统的测斜仪均为一体式， 轮距在出厂时已经固定，不可调节，导致有大轮距测量需求时需要定制购买。再者，对于轮 距经常变化的实际应用需求，则需要购买多个不同轮距规格的测斜仪，携带不便，费用增 加。
[0005] 此外，在获取测斜仪数据方面，通常是由人工利用采集仪根据测斜仪的进度，逐步 记录，耗时费力。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是要提供一种能够分拆并组装成不同长度轮距的、测量钻孔倾角和 方向的测斜仪。
[0007] 特别地，本发明提供一种可调轮距的分体式测斜仪，包括内部管壁带有十字形轴 向分布凹槽的测斜管，和用于安装在所述测斜管内部的：
[0008] 轮距调节杆，由多节可相互固定连接的子杆组成；
[0009] 导轮组，包括分别安装在所述轮距调节杆两端的前导轮和后导轮，所述前导轮和 所述后导轮分别卡入所述测斜管内壁上相对的两个凹槽中，以自动调节所述轮距调节杆的 位置；
[0010]传感头，安装在所述轮距调节杆与所述前导轮连接的一端，用于通过传感器获取 各种地质信息并通过线缆传送至地面；以及
[0011]数据接收装置，用于接收和记录所述传感头发送的数据。
[0012] 进一步地，所述子杆的相互连接结构为:在每根所述子杆的两端分别设置截面为 半圆形的固定台，相邻所述子杆通过同时径向穿过两个扣合后固定台的螺栓进行固定，在 两个所述固定台相互接触的连接面上，分别设置有限制所述子杆轴向移动的卡合结构。
[0013] 进一步地，所述子杆的长度相同或不同。
[0014]进一步地，所述卡合结构包括设置在其中一个连接面上的凸柱，和设置在另一个 连接面上可容纳所述凸柱的凹坑。
[0015]进一步地，所述卡合结构包括分别设置在两个连接面上且形成交错咬合的锯齿状 横条。
[0016] 进一步地，所述螺栓的螺帽为圆锥形，所述固定台上设置有容纳所述螺帽的锥形 凹坑。
[0017] 进一步地，所述传感头内安装有测量倾斜角度的角度传感器、测量地下压力的压 力传感器、测量地下温度的温度传感器、和测量地下水压的水压传感器、以及指示当前方位 的电子罗盘。
[0018] 进一步地，所述传感头的外圆周表面设置有磁感应装置，所述磁感应装置包括两 个分别位于所述传感头轴向上不同位置处的磁感应弹片，所述磁感应弹片的一端与磁感开 关连接，另一端分别与所述测斜管连接，在所述测斜管的外管壁上轴向间隔设置有磁环，所 述磁感开关通过线路与所述传感头内的控制单元连接。
[0019] 进一步地，所述前导轮和所述后导轮分别通过导轮安装杆与所述轮距调节杆连 接，所述导轮安装杆上沿轴心线设置有贯穿槽，所述前导轮和所述后导轮分别包括通过滑 轮连接杆连接的两个滑轮，所述滑轮连接杆通过垂直穿过中心的轴杆可转动地安装在所述 贯穿槽内，在所述轴杆上设置有使所述滑轮连接杆与所述导轮安装杆保持预定角度的扭力 弹黄。
[0020] 进一步地，所述数据接收装置根据所述磁感应弹片与所述磁环接触时产生的触发 信号，作为开始记录当前测量数据的触发条件;所述数据接收装置包括手机、平板、个人电 脑和读数仪，所述数据接收装置通过数据接口与所述传感头的数据输出线连接，通过内部 预置控制软件实现接收数据的保存、分析和转发。
[0021] 本发明中连接前导轮和后导轮的轮距调节杆，可以根据不同的轮距需要进行长度 调节，从而使一套分体式侧斜仪可以应用于多个不同轮距要求的测量场合，大大提高了分 体式测斜仪的应用范围。此外，采用组合式的结构，也可以降低分本式测斜仪携带时的整体 尺寸，使提供更方便。
【附图说明】
[0022] 图1是根据本发明一个实施例的分体式测斜仪的结构示意图；
[0023] 图2是根据本发明一个实施例的测斜管的截面示意图；
[0024] 图3是根据本发明一个实施例的子杆连接结构示意图；
[0025] 图4是根据本发明另一个实施例的子杆连接结构示意图；
[0026] 图5是根据本发明又一个实施例的子杆连接结构示意图；
[0027] 图6是根据本发明一个实施例中磁感应装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0028] 如图1、2所示，本发明的分体式测斜仪100-般性地包括内部管壁带有十字形轴向 分布凹槽72的测斜管70,和用于安装在测斜管70内部的轮距调节杆10、导轮组40、传感头20 和数据接收装置。
[0029]该轮距调节杆10由多节可相互固定连接的子杆11组成。
[0030]该导轮组40包括分别安装在轮距调节杆10两端的前导轮41和后导轮42,前导轮41 和后导轮42用于分别卡入测斜管70内壁上相对的两个凹槽72中，以自动调节轮距调节杆10 在测斜管70中的位置。
[0031]该传感头20安装在轮距调节杆10与前导轮40连接的一端，用于通过传感器获取各 种地质信息，并通过线缆60传送至地面。
[0032]该数据接收装置用于接收和记录传感头20发送的数据。
[0033]使用时，整个分体式测斜仪100放入待测量的钻孔内，轮距调节杆10在前导轮41和 后导轮42的支撑下位于测斜管70内，传感头20位于分体式测斜仪100的前进方向一端。分体 式测斜仪100达到预定的测量地点后，传感头20根据预定的测量距离，分阶段的采集当前钻 孔处的地质信息，并通过与分体式测斜仪100连接的线缆60发送至位于地面的数据接收装 置。
[0034]本实施例中，具体子杆11相互连接的结构，可以是相互螺接、扣合、插接等固定方 式，只需要使连接后的子杆11轴心线相互重合即可。传感头20中安装的传感器数量和种类， 除基本的角度传感器外，其它的可以根据当前需要获取的测量目的确定。
[0035]为方便控制分体式测斜仪100,可以在轮距调节杆10的尾端安装方便线缆60或钢 丝绳21连接的索环30。索环30可以采用固定结构，也可以采用活动连接的方式与轮距调节 杆10连接。当需要同时依次连接多个分体式测斜仪100时，也可以在分体式测斜仪100的首 端也连接一个同样的索环30。
[0036] 本实施例中，分体式测斜仪100的工作方式与一般的测斜仪工作方式相同。但本实 施例中连接前导轮41和后导轮42的轮距调节杆10,可以根据不同的轮距需要进行长度调 节，从而使一套分体式侧斜仪100可以应用于多个不同轮距要求的测量场合，大大提高了分 体式测斜仪100的应用范围。此外，采用组合式的结构，也可以降低分本式测斜仪携带时的 整体尺寸，使提供更方便。如携带箱的长度可由现有技术中的1.3~1.5米降为0.3米左右。
[0037] 本实施例中分体式测斜仪100的测量公式如下：
[0038] 根据每一段的倾斜角度值和轮距长度，即可计算出本段的水平偏移量，
[0039] Δ Si = sin9iXL
[0040] 其中，ASi是当前测量段的水平偏移量，θ,是当前分体式测斜仪1〇〇在铅垂方向上 的角度，L是步进长度(轮距，一般为0.5米）。
[0041] 通过上式得到的每段水平偏移量的值，代入下式，即可得到整个钻孔的水平偏移 量，
[0042]
[0043]进一步地，由于分体式测斜仪100测量的是以前导轮41和后导轮42为支点的轮距 调节杆10的倾斜度，当采用支杆11的组合结构后，为保证前导轮41和后导轮42体位的一致 性，如图3所示，在本发明的一个实施例中，该子杆11相互连接的结构可以是:在每根子杆11 的两端分别设置截面为半圆形的固定台111，相邻子杆11通过同时径向穿过两个扣合后固 定台111的螺栓115进行固定，在两个固定台111相互接触的连接面112上，分别设置限制子 杆11轴向移动的卡合结构。
[0044]两个子杆11的固定台111相互扣合后，其直径与子杆11的直径相同，螺栓115可以 使两个固定台111形成稳定的连接关系，而卡合结构可以进一步提高这种连接的稳定性。这 里的卡合结构可以是任意一种可以在两个连接面112之间形成稳定接触关系的结构。如图4 所示，在一个实施例中，该卡合结构可以包括设置在其中一个连接面112上的凸柱113，以及 同时设置在另一个连接面112上可容纳前述凸柱113的凹坑114。当两个固定台111扣合后， 两个连接面112上的凸柱113和凹坑114相互卡合，使得相接触的两个连接面112不能水平移 动，再利用螺栓115对其进一步固定，使两个子杆11的连接更紧密。如图5所示，在另一个实 施例中，该卡合结构还可以是分别设置在两个连接面112上，且可形成交错咬合关系的锯齿 状横条116。即在两个连接面112上间隔设置与子杆11轴向垂直的截面为三角形或矩形的条 状凸起，两个连接面112相互接触后，两者的横条116交错咬合，再通过螺栓115进行固定。
[0045] 为避免螺栓115的螺帽影响子杆11，可以在子杆11的固定台111上设置容纳螺帽的 凹坑，为避免影响螺栓的坚固，该凹坑可以是圆锥形凹坑117,而螺帽的外形是与该圆锥形 凹坑117相吻合的圆锥形螺帽118。
[0046] 上述几个方案可以同时应用在一个分体式测斜仪100的不同子杆11之间，也可以 应用在不同的分体式测斜仪1〇〇的子杆11上。
[0047]进一步地，为方便调节出任意需要的轮距，在本发明的一个实施例中，该轮距调节 杆10中各子杆111的长度可以相同，也可以不同。在保证子杆11两端连接结构相对应的情况 下，子杆11可以根据需要调节的距离任意设置长短。
[0048] 如图6所示，为提高数据测量效率，降低人工测量劳动量，在本发明的一个实施例 中，可以在传感头20的外圆周表面设置磁感应装置50,该磁感应装置50包括两个分别位于 传感头20轴向上不同位置处的磁感应弹片51，两个磁感应弹片51的一端通过线路与磁感开 关连接，另一端分别与测斜管70内壁接触，在测斜管70的外管壁上轴向间隔设置有磁环71。
[0049] 工作时，当位于前端的磁感应弹片51先感应到磁环71，与其连接的磁感开关闭合， 进而向数据接收装置发送一个信号，此时，根据触发磁环71的顺序即可确认，当前分体式测 斜仪100为下行。当位于后端的磁感应弹片51的磁感开关先发出闭合信号，则表明此时分体 式测斜仪100为上行。根据每次轮距测量的长度，可以将磁环71分别安装在测斜管70的每次 轮距转换的位置处，当分体式测斜仪100下行或上行时，每经过一个磁环71都会产生一个开 关信号，传感头20根据该开关信号向数据接收装置发出采集信号，数据采集装置则根据该 采集信号对当前传感头20的数据进行一次采集并保存。传感头20继续上行或下行，遇到下 一个位置上的磁环71时，再次发出一个采集信号，数据接收装置则再次采集并保存，通过重 复上述过程，本实施例采集数据的时间可以大大提高，仅相当于现有采集数据时间的五分 之一，而且中间不需要人员操控，完全可以实现自动采集，自动存储和自动上传。
[0050] 在本实施例中，该磁感开关可以安装在磁感应弹片51上，靠近与测斜管70接触的 位置，磁感开关的闭合信息可以通过线路与传感头20内的控制单元连接，该结构适合地下 磁场影响大的钻孔。在其它的实施例中，该磁感应弹片51可以采用导磁材料制作，此时磁感 开关安装在传感头20内，磁环71的磁信号由磁感应弹片51传导至传感头20内的感磁开关 处，使其产生相应闭合信号。本实施例适于地下磁场影响较小的钻孔。此外，也可以根据导 磁材料的灵敏性来避免外界磁场的影响，如具体的导磁材料可以与磁环71的磁性配对，使 构成磁感应弹片51的导磁材料只接收磁环71范围内磁性。
[0051] 为获取不同的地质信息，本发明一个实施例的传感头20内安装有测量倾斜角度的 角度传感器、测量地下压力的压力传感器、测量地下温度的温度传感器、和测量地下水压的 水压传感器、以及指示当前方位的电子罗盘。各传感器通过数据线与连接到地面的线缆60 连接，将当前位置的地质信息发送出去。其中的水压传感器是通过设置在传感头侧壁上的 压力感知孔实现水压测量。
[0052]本实施例中的分体测斜仪100还可以作为钻孔分层沉降仪来测量地下分层沉降信 息，具体过程如下：
[0053] 1.将数据接收装置设置为沉降测量模式；
[0054] 2.将测斜管70放入钻孔，再将分体式测斜仪100缓缓放入测斜管70;
[0055] 3.当分体式测斜仪100运行到预装的磁环71位置时，输出脉冲信号；
[0056] 4.数据接收装置接到脉冲信号后，立即停止下放，然后读取此时数据线与钻孔平 齐处的刻度值(线缆60的全程表面设置有标示长度的数值）；
[0057] 5.继续下放，在下一个磁环71处接到脉冲信号时再次停止下放，读取线缆60上的 刻度值；
[0058] 6.根据预先安装的磁环71数量，完成对应数量的刻度读取并记录，做为一次测量 的结果。
[0059] 7.在不同时间段重复上述测量过程，所得测量结果的刻度值之差即为某个磁环71 的沉降量，磁环71沉降是由于周围土体沉降带动的，所以此差值即是土体的分层沉降量。
[0060] 进一步地，在本发明的一个实施例中，为简化和方便数据的接收和处理，该数据接 收装置可以包括手机、平板、个人电脑和读数仪，各装置可以通过数据接口与传感头20的输 出线缆60连接，通过内部预置控制软件实现接收数据的保存、分析和转发。
[0061] 本实施例中的读数仪内安装有感光装置，该感光装置可以根据环境光变化，自动 启闭屏幕背景光，使数据读取更方便。读数仪上盖处安装有磁铁，下部安装有霍尔感应器， 通过霍尔感应器的感应信号，可检测到盖子开、闭动作，实现自动关机功能。读数仪包括多 测区数据管理功能，以对不同测量数据进行分别处理，使一台设备可同时在多个测区（工 地)使用，数据不会混乱。通过内置GPS可以在现场采集数据的同时将该测点的坐标信息同 时保存在一起，以便于区分测点位置。读数仪的数据发送采用多网络模式，包括蓝牙、GSM/ GPRS、射频，可直接设置为全自动监测仪，永久放置于现场成为无线监测仪。可通过蓝牙与 手机、平板连接，以下载监测数据、修改参数。还可通过无线网络向远程发送预警信息。在读 数仪内还安装有振弦读数模块，该振弦读数模块可用于工程上广泛使用的各种振弦类传感 器的读数，是一台完整的振弦读数仪。读数仪可通过内置的电压、电流类传感器接口和 RS485接口，与多种类型工程现场传感器连接。
[0062] 为进一步实现永久无人值守，读数仪还可以安装太阳能充电接口以及读数仪内的 充电管理模块。
[0063]进一步地，在本发明的一个实施例中，该前导轮41和后导轮42可以分别通过导轮 安装杆43与子杆11连接，在导轮安装杆43上沿轴心线设置有贯穿槽，该前导轮41和后导轮 42分别包括两个滑轮45和连接两个滑轮45的滑轮连接杆44,滑轮连接杆44通过垂直穿过中 心的轴杆可转动地安装在贯穿槽内，在轴杆上设置有使滑轮连接杆44与导轮安装杆43保持 预定角度的扭力弹簧，安装后的前导轮41和后导轮42的两个滑轮45分别伸出贯穿槽外。 [0064]轮距调节杆10放入测斜管70内时，前导轮41和后导轮42的两个滑轮45分别卡入相 对的两个凹槽72内，并使轮距调节杆10沿凹槽72前进或后退。轮距调节杆10在行进过程中， 扭力弹簧始终对滑轮连接杆44施加一个弹力，使其两端的滑轮45始终紧贴在凹槽72内。当 测斜管70出现收缩变形时，测斜管70施加到两个滑轮45上的压力，会使扭力弹簧控制的滑 轮连接杆44与轮距调节杆10的夹角缩小。当测斜管70出现扩张变形时，测斜管70施加到两 个滑轮45上的压力减小，此时，扭力弹簧控制的滑轮连接杆44与轮距调节杆10的夹角会增 大。
[0065]本实施例中的导轮安装杆43可以是子杆11的一种，其连接方式也与子杆11的连接 方式相同。
[0066]至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示 例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接 确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认 定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
【主权项】
1. 一种可调轮距的分体式测斜仪，其特征在于，包括内部管壁带有十字形轴向分布凹 槽的测斜管，和用于安装在所述测斜管内部的： 轮距调节杆，由多节可相互固定连接的子杆组成； 导轮组，包括分别安装在所述轮距调节杆两端的前导轮和后导轮，所述前导轮和所述 后导轮分别卡入所述测斜管内壁上相对的两个凹槽中，以自动调节所述轮距调节杆的位 置； 传感头，安装在所述轮距调节杆与所述前导轮连接的一端，用于通过传感器获取各种 地质信息并通过线缆传送至地面；以及 数据接收装置，用于接收和记录所述传感头发送的数据。2. 根据权利要求1所述的分体式测斜仪，其特征在于， 所述子杆的相互连接结构为：在每根所述子杆的两端分别设置截面为半圆形的固定 台，相邻所述子杆通过同时径向穿过两个扣合后固定台的螺栓进行固定，在两个所述固定 台相互接触的连接面上，分别设置有限制所述子杆轴向移动的卡合结构。3. 根据权利要求2所述的分体式测斜仪，其特征在于， 所述子杆的长度相同或不同。4. 根据权利要求2所述的分体式测斜仪，其特征在于， 所述卡合结构包括设置在其中一个连接面上的凸柱，和设置在另一个连接面上可容纳 所述凸柱的凹坑。5. 根据权利要求2所述的分体式测斜仪，其特征在于， 所述卡合结构包括分别设置在两个连接面上且形成交错咬合的锯齿状横条。6. 根据权利要求2所述的分体式测斜仪，其特征在于， 所述螺栓的螺帽为圆锥形，所述固定台上设置有容纳所述螺帽的锥形凹坑。7. 根据权利要求1所述的分体式测斜仪，其特征在于， 所述传感头内安装有测量倾斜角度的角度传感器、测量地下压力的压力传感器、测量 地下温度的温度传感器、和测量地下水压的水压传感器、以及指示当前方位的电子罗盘。8. 根据权利要求1所述的分体式测斜仪，其特征在于， 所述传感头的外圆周表面设置有磁感应装置，所述磁感应装置包括两个分别位于所述 传感头轴向上不同位置处的磁感应弹片，所述磁感应弹片的一端与磁感开关连接，另一端 分别与所述测斜管连接，在所述测斜管的外管壁上轴向间隔设置有磁环，所述磁感开关通 过线路与所述传感头内的控制单元连接。9. 根据权利要求1所述的分体式测斜仪，其特征在于， 所述前导轮和所述后导轮分别通过导轮安装杆与所述轮距调节杆连接，所述导轮安装 杆上沿轴心线设置有贯穿槽，所述前导轮和所述后导轮分别包括通过滑轮连接杆连接的两 个滑轮，所述滑轮连接杆通过垂直穿过中心的轴杆可转动地安装在所述贯穿槽内，在所述 轴杆上设置有使所述滑轮连接杆与所述导轮安装杆保持预定角度的扭力弹簧。10. 根据权利要求1所述的分体式测斜仪，其特征在于， 所述数据接收装置根据所述磁感应弹片与所述磁环接触时产生的触发信号，作为开始 记录当前测量数据的触发条件;所述数据接收装置包括手机、平板、个人电脑和读数仪，所 述数据接收装置通过数据接口与所述传感头的数据输出线连接，通过内部预置控制软件实 现接收数据的保存、分析和转发。
【文档编号】E21B47/022GK105952442SQ201610516967
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】许利凯, 赵静, 柳莹, 李吉庆, 郑雪冰
【申请人】河北稳控科技有限公司