岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置，该装置包括安装塔、发射天线、接收天线、无线信号发射器、无线信号接收器、设置有芯片的无线信号反射器和数据处理器，发射天线安装在安装塔上且与无线信号发射器相连，无线信号反射器安装在各岩体钻孔内的各被测基点处，接收天线安装在安装塔上且分别与无线信号接收器相连，无线信号接收器还与数据处理器相连。本实用新型提供的岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置，能够提高岩体钻孔内基点三向坐标测量的准确性和测量效率。
【专利说明】岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置【技术领域】
[0001]本实用新型属于岩体力学参数测量领域，涉及一种岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置。
【背景技术】
[0002]在地下工程中，由于掘进作业破坏了岩体原有应力平衡状态，导致围岩体一定程度的位移、变形以及破坏，并且围岩体的应力一直处于动态变化的过程中，岩体的位移、变形和渗透特性也随之改变。岩体位移及变形数据是众多参数的基础，准确获取岩体位移及变形数据是控制岩体稳定、确保工程顺利开展的重要保障。
[0003]特别是在煤矿工程中，随着开采深度逐渐向下延伸，煤层赋存条件极其复杂，瓦斯伴生资源丰富、煤层瓦斯含量普遍较高。为了实现对瓦斯流动以及煤岩体裂隙网络时空演化规律的研究，需要在现场试验中通过测量各基点间的位移相对变化量来确定煤体的应变量值。
[0004]目前，主要采用钻孔多点位移计和顶板离层仪测量各基点间的位移相对变化量，这两种测量手段必须将钻孔多点位移计或者顶板离层仪的自带钢丝的基点推送至钻孔内的目标点进行监测。但以上两种测量手段存在以下问题:(I)由于基点自带钢丝，各基点被先后推送至钻孔内的不同目标点，装设困难，并且各钢丝容易混淆并缠绕在一起，这会严重影响后期监测数据的获取；(2)获取精确的位移变化值的前提是将钢丝绷紧，而现场操作时钢丝很容易弯曲松弛，从而严重影响监测数据的准确性；(3)上述钻孔多点位移计和顶板离层仪均需要安装在岩巷顶板的钻孔孔口处，由于井下开采条件复杂，读取或采集数据十分不便，此外，顶板离层仪目前只能实现两个基点的同时测量，存在测量效率不够高的不足。因此，提高现有地下工程位移、变形等参数监测手段的实用性和准确性是亟待解决的问题。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置，以提高岩体钻孔内基点三向坐标测量的准确性和测量效率。
[0006]本实用新型提供的岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置，包括安装塔、发射天线、接收天线、无线信号发射器、无线信号接收器、设置有芯片的无线信号反射器和数据处理器；
[0007]发射天线安装在安装塔上并且与无线信号发射器相连，用于发射从无线信号发射器中接收的无线信号，无线信号发射器还与数据处理器相连，在发射无线信号的同时记录无线信号的发射时间并将其记录的数据传输给数据处理器，
[0008]无线信号反射器的数量与岩体钻孔内被测基点的数量相同，分别安装在各岩体钻孔内的各被测基点处，用于将从发射天线接收的无线信号反射至接收天线，无线信号反射器反射至接收天线的无线信号携带有所述芯片发出的该无线信号反射器对应的被测基点信息，
[0009]接收天线的数量至少为3根，其中I根接收天线与发射天线捆绑在一起，各接收天线分别安装在安装塔上并且分别与无线信号接收器相连，将接收到的从无线信号反射器反射回的无线信号传输给无线信号接收器，无线信号接收器还与数据处理器相连，在接收无线信号的同时记录无线信号的接收时间并将其记录的数据传输给数据处理器，
[0010]数据处理器根据其接收到的数据以及无线信号在空气中的传播速度计算岩体钻孔内被测基点的三向坐标并保存，
[0011]所述安装塔的安装位置应使所述无线信号反射器能够接收到发射天线发射的无线信号，所述接收天线能够接收到无线信号反射器反射回的无线信号。
[0012]上述测量装置中，所述无线信号反射器为中空球体；无线信号反射器的直径越大，对无线信号的反射效果越好，但无线信号反射器的直径不应超过钻孔的直径。
[0013]上述测量装置中，所述无线信号反射器为金属材料制作的中空球体，优选为铜或者铝制作的中空球体。
[0014]上述测量装置中，为了有利于无线信号的发射与接收，最好将所述发射天线安装在安装塔的顶端，接收天线的安装位置最好尽量靠近安装塔的顶部。
[0015]上述测量装置中，各无线信号反射器的芯片所携带的信息各不相同，芯片发出的信息会随无线信号一起被无线信号反射器反射至接收天线，用于区分接收天线所接收到的无线信号具体是从哪一个基点反射而来。
[0016]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0017]1.本实用新型提供了一种岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置，使用该装置可准确、方便地获取孔内被测基点的三向坐标，通过被测基点三向坐标的变化情况可准确、实时地获取地下工程位移、变形等参数，为岩体位移及变形等参数的获取提供了一种新的途径。
[0018]2.由于本实用新型所述装置基于无线信号确定被测基点的三向坐标，测量时无需使用自带钢丝的基点，因此能降低测量装置的装设难度，同时可避免由于钢丝缠绕以及松弛造成的测量数据失真，能实现地下工程中的位移、变形等数据的准确获取。
[0019]3.本实用新型所述装置集无线信号的发射与接收、基点三向坐标数据的计算与储存的功能于一体，实现了基点三向坐标的自动化测量，同一套装置能够实现对多个基点三向坐标的同时测定与监测，不但能减少使用现有位移计读取或采集数据的不便，而且准确、高效，具有重要的实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型所述岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置的安装示意图；
[0021]图2是本实用新型所述岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置的测量原理示意图；
[0022]图中，I一安装塔、2—发射天线、3—接收天线、3-1—第一接收天线、3-2—第二接收天线、3-3—第三接收天线、4 一无线信号发射器、5—无线信号接收器、6—无线信号反射器、6-1—第一无线信号反射器、6-2—第二无线信号反射器、6-3—第三无线信号反射器、7 一数据处理器、8-1 一第一钻孔、8-2 一第二钻孔、9 一岩体。【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型所述岩体钻孔内基点三向坐标的测量方法及其无线测量装置作进一步说明。有必要指出的是，以下实施例只用于对本实用新型作进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术熟悉人员根据上述实用新型内容，对本实用新型做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于本实用新型的保护范围。
[0024]本实施例中，无线信号反射器6为中空球体，由铜制作，中空球体的外径为25mm、壳体的厚度为5_ ;各发射天线和接收天线的长度均为20cm，所述芯片为德州仪器公司生产的cc2530芯片。
[0025]本实施例中，岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置的安装示意图见图1，该测量装置包括安装塔1、发射天线2、接收天线3、无线信号发射器4、无线信号接收器5、设置有芯片的无线信号反射器6和数据处理器7 ;无线信号反射器包括第一无线信号反射器6-1、第二无线信号反射器6-2和第三无线信号反射器6-3，接收天线包括第一接收天线3-1、第二接收天线3-2和第三接收天线3-3 ；
[0026]安装塔I架设于被测基点附近巷道内的平坦区域，安装塔与被测基点之间的距离不超过60m，安装塔的高度为2.5m，无线信号发射器4、无线信号接收器5、数据处理器7放置在安装塔I周围干燥的区域；
[0027]发射天线2安装在安装塔I的顶端并且通过信号传输线与无线信号发射器4相连，用于发射从无线信号发射器4中接收的无线信号，无线信号发射器4还通过数据传输线与数据处理器7相连，在发射无线信号的同时记录无线信号的发射时间并将其记录的数据传输给数据处理器7 ;
[0028]第一无线信号反射器6-1和第二无线信号反射器6-2上分别粘贴有芯片，分别安装在采煤工程岩体9第一钻孔8-1内的第一被测基点和第二被测基点处，第三无线信号反射器6-3上粘贴有芯片，安装于第二钻孔8-2内的第三被测基点处，用于将从发射天线2接收的无线信号反射至接收天线，无线信号反射器反射至接收天线的无线信号携带有所述芯片发出的该无线信号反射器对应的被测基点信息；所述第一钻孔8-1的直径为75_、深度为15m、倾角为30°，第一被测基点位于孔深度14m处，第二被测基点位于孔深度Sm处；所述第二钻孔8-2的直径为75mm、深度为10m、倾角为30°，第三被测基点位于孔深度8m处；
[0029]第一接收天线3-1、第二接收天线3-2以及第三接收天线3-3安装在安装塔上，其中第一接收天线3-1与发射天线2捆绑在一起并且二者的顶点齐平，第二接收天线3-2和第三接收天线3-3位于发射天线2的周围，上述三根接收天线分别通过数据传输线与无线信号接收器5相连，将接收到的从无线信号反射器6反射回的无线信号传输给无线信号接收器5，无线信号接收器5还通过数据传输线与数据处理器7相连，在接收无线信号的同时记录无线信号的接收时间并将其记录的数据传输给数据处理器7 ；
[0030]数据处理器7根据其接收到的数据以及无线信号在空气中的传播速度计算岩体钻孔内被测基点的二向坐标并保存。
[0031]所述无线测量装置的使用方法如下:
[0032]①建立三维笛卡尔坐标系，使发射天线、各个接收天线以及岩体钻孔内的各被测基点处于同一三维坐标系中，将与发射天线捆绑在一起的接收天线命名为第一接收天线3-1，以第一接收天线顶点的三向坐标为坐标原点，记作A(0，0，0)，测量并记录第二接收天线3-2以及第三接收天线3-3顶点的三向坐标；
[0033]②开启上述测量装置，测量并计算被测基点的三向坐标后予以保存，下面以第一被测基点三向坐标的测量为例，具体说明三向坐标的计算方法。
[0034]将第二接收天线顶点的三向坐标记作B (x2, y2, Z2),第三接收天线顶点的三向坐标记作C(x3，y3, z3)，具体见表1，将第一被测基点的三向坐标记作(?, y0, Ztl)，设无线信号在空气中的传播速度为c，c = 3X IO8米/秒，无线信号从发射天线传播到无线信号反射器所经历的时间为h，无线信号从无线信号反射器传播到第一、第二以及第三接收天线顶点A、B、C处所经历的时间分别为Wt3 ;
[0035]表1各接收天线顶点的三向坐标
[0036]
【权利要求】
1.一种岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置，其特征在于该测量装置包括安装塔(I)、发射天线(2)、接收天线(3)、无线信号发射器(4)、无线信号接收器(5)、设置有芯片的无线信号反射器(6)和数据处理器(7)； 发射天线(2)安装在安装塔(I)上并且与无线信号发射器(4)相连，用于发射从无线信号发射器⑷中接收的无线信号，无线信号发射器⑷还与数据处理器(7)相连，在发射无线信号的同时记录无线信号的发射时间并将其记录的数据传输给数据处理器(7)， 无线信号反射器(6)的数量与岩体钻孔内被测基点的数量相同，分别安装在各岩体钻孔内的各被测基点处，用于将从发射天线(2)接收的无线信号反射至接收天线，无线信号反射器反射至接收天线的无线信号携带有所述芯片发出的该无线信号反射器对应的被测基点信息， 接收天线(3)的数量至少为3根，其中I根接收天线与发射天线捆绑在一起，各接收天线分别安装在安装塔上并且分别与无线信号接收器(5)相连，将接收到的从无线信号反射器(6)反射回的无线信号传输给无线信号接收器(5)，无线信号接收器(5)还与数据处理器(7)相连，在接收无线信号的同时记录无线信号的接收时间并将其记录的数据传输给数据处理器(7)， 数据处理器(7)根据其接收到的数据以及无线信号在空气中的传播速度计算岩体钻孔内被测基点的三向坐标并保存， 所述安装塔的安装位置应使所述无线信号反射器(6)能够接收到发射天线(2)发射的无线信号，所述接收天线能够接收到无线信号反射器(6)反射回的无线信号。
2.根据权利要求1所述岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置，其特征在于所述无线信号反射器为中空球体。
3.根据权利要求2所述岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置，其特征在于所述无线信号反射器(6)为金属材料制作的中空球体。
4.根据权利要求3所述岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置，其特征在于所述无线信号反射器(6)为铜或者铝制作的中空球体。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述岩体钻孔内基点三向坐标的无线测量装置，其特征在于所述发射天线(2)安装在安装塔的顶端。
【文档编号】G01B15/06GK203798324SQ201420200454
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】谢晶, 高明忠, 张茹, 徐晓炼, 谭强, 李圣伟 申请人:四川大学