专利名称：一种非开挖钻机钻进触电报警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非开挖钻机钻进触电报警系统，是一种通过采集和比较感应电动势信号来判断非开挖钻机钻杆是否触电的报警系统。
背景技术：
随着我国国民经济的高速发展和政府对环境的日益重视，利用非开挖技术进行铺管施工已愈来愈受到人们的重视。在水平导向钻进施工中，准确掌握地下原有管线的分布是安全施工的前提，但由于目前国内城市地下管线资料的准确性和完备程度不高，施工中很可能会破坏地下现有带电管线，极容易造成设备损毁和人员触电事故，为降低这种风险，目前普遍采用探地雷达、地下管线探测仪等地面探测设备普查施工现场的管线分布。但一直存在使用场合受限、抗干扰能力差、存在探测盲区等问题。为解决上述问题，开发一种非开挖钻机钻进触电报警系统，对于非开挖工程施工的安全性是十分的必要。
发明内容
本发明目的在于解决非开挖钻机钻进过程中钻杆(钻头)触碰到带电管线时造成工程损失和人员伤害的问题，而提供一种非开挖钻机钻进触电报警系统。为了实现上述的目的，本发明采用的技术方案如下提供的一种非开挖钻机钻进触电报警系统，包括电磁感应线圈、信号处理控制器和报警装置，所述的电磁感应线圈安装 在非开挖钻机动力头前透盖处或者动力头的钻杆保护短接处或者近夹持器处，电磁感应线圈采用完全封闭的塑料外壳封装，在电磁感应线圈两根输出线之间并接有一个电阻；所述的信号处理控制器为一个小微处理系统，设有电源转换电路、放大电路、比较电路、控制电路和开关电路；电源转换电路为报警系统提供工作电源，放大电路将钻杆触电时在电磁感应线圈产生感应电动势信号进行放大，比较电路将放大后的信号与基准电压做比较，输出对应电平，控制电路的单片机将比较电路输出的对应电平进行逻辑判断，控制开关电路的继电器保持吸合，则报警装置持续报警；反之，钻杆没触电时，电磁感应线圈未产生信号，单片机通过逻辑判断控制继电器保持断开，报警装置不报警；所述的报警装置采用声光一体旋转报警灯，用于发出警示声音和旋转闪烁灯光。所述的电磁感应线圈两根输出线之间并接的电阻为50 100Ω。所述的电源转换电路由LM2596芯片和ICL7660芯片构成，用于将非开挖钻机24V的工作电压转换为系统中各部件所需的+5V与一5V工作电压。所述的电压信号放大电路采用AD620芯片。放大电路通过一个阻值为IK的电位
器设置增益。所述的比较电路采用LM339芯片，比较电路中的基准电压由电位器来设置，基准电压设置为O. I O. 2V。所述的控制电路的单片机采用STC89C52芯片，单片机的Pl. O引脚与比较电路输出端连接，当单片机检测到相应Pl. O引脚有低电平时，则确认电磁感应线圈有感应电动势产生，通过程序的逻辑判断，在P2. 2引脚输出低电平。所述的开关电路由基于8550三极管的驱动电路和使用5V直流继电器作为开关控制报警装置。本发明的触电报警系统中电磁感应线圈用于在非开挖钻机钻进钻杆触电时产生感应电动势信号。电磁感应线圈由漆包铜线、环形铁芯和塑料封装外壳组成，漆包线沿着同一方向绕在环形铁芯上面，线圈的匝数为3 4层，环形铁芯采用低碳钢，其尺寸与钻杆直径有关，便于钻杆穿过电磁感应线圈。本发明一种非开挖钻机钻进触电报警系统的有益效果是
I、本发明的触电报警系统响应精度高、速度快，可以实现实时检测，在非开挖钻机实际钻进过程中钻头触电时立即报警，提示司钻人员以及其他操作人员注意触电危险，以便采取措施避免触电事故的发生。
2、本发明的触电报警系统结构简单，成本低，设备的安装调试方便，使用本触电报警系统提高了生产的安全性，适合各类非开挖钻机钻进施工使用。
图I为本发明的非开挖钻机钻进触电报警系统结构框图。图2为本发明报警系统的电磁感应线圈安装位置示意图。图3为本发明报警系统的信号处理控制器中电源转换电路结构图。图4为本发明报警系统的信号处理控制器中-5V电源转换电路结构图。图5为本发明报警系统的信号处理控制器中电压信号放大电路结构图。图6为本发明报警系统的信号处理控制器中比较电路结构图。图7为本发明报警系统的信号处理控制器中控制电路结构图。图8为本发明报警系统的信号处理控制器中开关电路结构图。图9本发明报警系统工作流程图。上述图中1_钻杆；2_电磁感应线圈；3_动力头；4_动力头如透盖。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述。实施例I :本发明提供一种非开挖钻机钻进触电报警系统，其结构如图I。包括电磁感应线圈2、信号处理控制器和报警装置，所述的电磁感应线圈2安装在非开挖钻机动力头3的动力头前透盖4处，如图2。电磁感应线圈2采用完全封闭的塑料外壳封装，在电磁感应线圈2两根输出线之间并接有一个电阻；本实例并接的电阻为100Ω。所述的信号处理控制器为一个小微处理系统，设有电源转换电路、放大电路、比较电路、控制电路和开关电路；电源转换电路为系统提供工作电源，放大电路将钻杆I触电时在电磁感应线圈2产生感应电动势信号进行放大，比较电路将放大后的信号与基准电压做比较，输出对应电平，控制电路的单片机将比较电路输出的比较结果进行逻辑判断，控制电路控制开关电路的继电器保持断开，则报警装置持续报警，反之，钻杆I没触电时，电磁感应线圈2未产生信号，单片机通过逻辑判断控制开关电路的继电器保持吸合，报警装置不报警；报警装置采用声光一体旋转报警灯，用于发出警示声音和旋转闪烁灯光。
本发明中使用的电磁感应线圈2由漆包铜线、环形铁芯和塑料封装外壳组成，漆包线采用型号Q(ZY+XY)-2*/220聚酰胺酰亚胺电磁线，沿一个方向规则的绕在环形铁芯上面，线圈的匝数为3 4层，环形铁芯采用低碳钢作为材料，并在环形铁芯上涂上绝缘漆，其尺寸与钻杆直径有关，便于钻杆穿过电磁感应线圈，电磁感应线圈用于在非开挖钻机钻进触电时产生感应电动势信号。本发明中信号处理控制器为一个小微处理系统，由电源转换电路、电压信号放大电路、比较电路、控制电路和开关电路组成。信号处理控制器的电源转换电路参见图3、4，分别由LM2596芯片和ICL7660芯片构成，用于将非开挖钻机24V的工作电压转换为芯片元器件所需的+5V与-5V工作电压，同时也能保证电路工作电压的可靠性和持续性。信号处理控制器的电压信号放大电路如图5,主要由AD620A芯片构成，芯片AD620A所需的-5V电压由-5V电压转换电路提供，电压信号放大电路用于在钻杆触电时，将电磁感应线圈产生的微弱电压信号以一定增益进行放大，然后输出到下级比较电路，增益由电位器RPI设置。 信号处理控制器中的比较电路如图6，主要由LM339芯片组成，用于将电压信号放大电路放大后的电压信号和预先设置的基准电压做比较，输入电压接在比较器的端，基准电压接在“ + ”端，预先设置的基准电压由一个阻值为IK的电位器RP2来调节，基准电压的设定主要是防止比较器的正负两端同时出现O的情况，使比较器发生判断混乱。本实施例将基准电压设为O. 2V，当钻杆触碰到带电管线时，如果产生的感应电动势放大后比基准电压O. 2V大，则比较器的输出端输出低电平，相反如果钻杆没有触电，则放大后的电动势为O，小于基准电压，比较电路对应输出高电平。信号处理控制器中的控制电路如图7，由STC89C52单片机芯片构成，单片机的Pl. O引脚与比较电路的输出端连接，当单片机的Pl. O引脚口检测到比较器的输出端输出的是低电平时，则确认电磁感应线圈有感应电动势产生，说明钻杆触电，通过程序的逻辑判断，在P2. 2引脚输出低电平，反之则输出高电平。 信号处理控制器中的开关电路如图8，由基于8550三极管驱动电路和5V直流继电器组成，当前述单片机P2. 2引脚输出低电平后，继电器对应的吸合，相反则释放，起到开关通断的作用，从而控制声光一体旋转报警灯的通断。所述报警电路采用成品声光一体旋转报警灯，用于钻杆触电时，控制电路的单片机输出低电平，继电器闭合，报警器导通，产生声音警示和灯光警示信号，提示工作人员注意，相反，则说明钻杆没有触碰到带电导体，不报警。实施例2 :本发明的非开挖钻机钻进触电报警系统结构如实施例1，不同的是电磁感应线圈2安装在非开挖钻机动力头3的钻杆I保护短接处，在电磁感应线圈2两根输出线之间并接的电阻为50 Ω。本发明的非开挖钻机钻进触电报警系统工作过程如图9，当非开挖钻机开始工作，非开挖钻机钻进中钻杆触电时，在电磁感应线圈2产生感应电动势信号，感应电动势信号传给信号处理控制器中的电压信号放大电路，电压信号放大电路通过一个阻值为IK的电位器设置增益，将感应电动势信号进行放大；比较模块将放大后的信号与基准电压做比较，控制电路的单片机将输出电平与比较模块输出的基准电压做比较，对比较结果进行逻辑判断，控制开关电路的开关保持闭合，报警装置持续报警；反之，钻杆没触电，电磁感应线圈未产生信号，控制电路的单片机通过逻辑判断，控制开关电路的开关保持断开，报警装置不报警。
本报警系统构造简单，成本低，方便安装调试，响应精度高、速度快，提高了生产的安全性，适合各类非开挖钻机钻进时使用。
权利要求
1.一种非开挖钻机钻进触电报警系统，包括电磁感应线圈、信号处理控制器和报警装置，其特征在于所述的电磁感应线圈安装在非开挖钻机动力头前透盖处或者动力头的钻杆保护短接处或者近夹持器处，电磁感应线圈采用完全封闭的塑料外壳封装，在电磁感应线圈两根输出线之间并接有一个电阻；所述的信号处理控制器为一个小微处理系统，设有电源转换电路、放大电路、比较电路、控制电路和开关电路；电源转换电路为报警系统提供工作电源，放大电路将钻杆触电时在电磁感应线圈产生感应电动势信号进行放大，比较电路将放大后的信号与基准电压做比较，输出对应电平，控制电路的单片机将比较电路输出的对应电平进行逻辑判断，控制开关电路的继电器保持吸合，则报警装置持续报警；反之，钻杆没触电时，电磁感应线圈未产生信号，单片机通过逻辑判断控制继电器保持断开，报警装置不报警；所述的报警装置采用声光一体旋转报警灯，用于发出警示声音和旋转闪烁灯光。
2.根据权利要求I所述的一种非开挖钻机钻进触电报警系统，其特征在于所述的电磁感应线圈两根输出线之间并接的电阻为50 100Ω。
3.根据权利要求I所述的一种非开挖钻机钻进触电报警系统，其特征在于所述的电源转换电路由LM2596芯片和ICL7660芯片构成，用于将非开挖钻机24V的工作电压转换为系 统中各部件所需的+5V与一5V工作电压。
4.根据权利要求I所述的一种非开挖钻机钻进触电报警系统，其特征在于所述的电压信号放大电路采用AD620芯片。
5.根据权利要求I所述的一种非开挖钻机钻进触电报警系统，其特征在于所述的比较电路采用LM339芯片，比较电路中的基准电压由电位器来设置，基准电压设置为O. I O.2V。
6.根据权利要求I所述的一种非开挖钻机钻进触电报警系统，其特征在于所述的控制电路的单片机采用STC89C52芯片，单片机的Pl. O引脚与比较电路输出端连接，当单片机检测到相应Pl. O引脚有低电平时，则确认电磁感应线圈有感应电动势产生，通过程序的逻辑判断，在P2. 2引脚输出低电平。
7.根据权利要求I所述的一种非开挖钻机钻进触电报警系统，其特征在于所述的开关电路由基于8550三极管的驱动电路和使用5V直流的继电器作为开关控制报警装置。
全文摘要
本发明涉及一种非开挖钻机钻进触电报警系统，包括电磁感应线圈、信号处理控制器和报警装置，电磁感应线圈采用全封闭封装，安装在非开挖钻机动力头的前透盖处或钻杆保护短接处或近夹持器处，电磁感应线圈在钻头触电后产生感应电动势信号。信号处理控制器为一个小微处理系统，用于对采集的感应信号进行放大，再将信号传至比较电路，由比较电路输出对应数字信号，控制报警开关的通断；报警装置采用声光一体旋转报警灯，用于发出警示声和旋转闪烁灯光。本发明在钻进中可实时检测，钻头触电立即报警，提示操作人员采取措施避免事故；本报警系统结构简单，成本低，响应精度高、速度快，方便安装调试，提高生产的安全性，适合各类非开挖钻机钻进时使用。
文档编号G01R19/145GK102944728SQ20121045325
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者文国军, 杨玲芝, 宋锐, 贾绍宽, 刘小浩, 靳玉生, 于峰, 齐长缨, 戴宁, 李景婷 申请人:中国地质大学(武汉), 无锡市钻通工程机械有限公司