一种肋骨钻杆检测装置的制作方法

本发明涉及一种肋骨钻杆检测装置，属于钻杆扭矩检测技术领域。

背景技术：

肋骨钻杆属于地质螺旋类钻杆，杆体部分为光滑地质钻杆（简称光杆），在杆体的表面螺旋形焊上肋骨叶片，该叶片宽度大，其特有的肋骨叶片螺旋形结构使得打孔过程产生的钻渣及时排出，防止堵塞。

矿用钻杆所受扭矩的检测一般是采用光杆进行钻机出厂性能测试时完成的，采用磁粉制动器或涡流制动器在钻杆端部施加负载扭矩，由扭矩传感器检测钻机运行时钻杆所受扭矩。该扭矩传感器只能对光杆进行扭矩检测，而肋骨钻杆表面不光滑，无法直接装夹，因此现有扭矩传感器无法直接检测肋骨钻杆所受扭矩。此外，该传感器只能测得钻杆端部加载条件下钻杆所受扭矩，无法直接测得实际工况下整根钻杆各点所受扭矩。

申请人在2016.11.25日提交了专利号为：201611052930.7，名称为《矿用宽叶片钻杆的多点扭矩同步动态检测装置及检测方法》的专利申请，公开了矿用宽叶片钻杆的多点扭矩同步动态检测装置及检测方法，本申请将在此基础上进一步展示具体的检测装置。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种肋骨钻杆检测装置，采用高灵敏度扭矩敏感组件，整套装置扭矩检测线性度高，检测响应速度快，检测效率高。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种肋骨钻杆检测装置，包括设置在肋骨钻杆上的钻杆杆套，钻杆杆套的一侧设有集流环转子，集流环转子的一侧设有集流环定子，集流环定子上设有扭矩传输电刷，集流环转子与扭矩传输电刷接触连接，集流环定子的一端设有信号线插头，信号线插头电连接有信号处理电路装置，钻杆杆套内设有敏感组件。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述信号处理电路装置包括单片机、a/d转换电路、信号处理电路、放大电路、敏感组件电路、稳压电路和显示电路，单片机分别电连接有a/d转换电路和显示电路，a/d转换电路和信号处理电路电连接，信号处理电路和放大电路电连接，放大电路和敏感组件电路电连接，敏感组件电路和稳压电路电连接。

所述单片机的型号为80c51，单片机连接集成电路ic1，集成电路ic1为八d锁存器74ls373，单片机的p0.0、p0.1、p0.2、p0.3、p0.4、p0.5、p0.6、p0.7端分别连接集成电路ic1的d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7端。

所述a/d转换电路包括集成电路ic2，集成电路ic2的型号为ad574a，集成电路ic2的cs端接集成电路ic1的q7端，集成电路ic2的a0端接集成电路ic1的q1端，集成电路ic2的r/c端接集成电路ic1的q0端，集成电路ic2的db11端接单片机的p0.7端，集成电路ic2的db10端接单片机的p0.6端，集成电路ic2的db9端接单片机的p0.5端，集成电路ic2的db8端接单片机的p0.4端，集成电路ic2的db7端接单片机的p0.3端，集成电路ic2的db6端接单片机的p0.2端，集成电路ic2的db5端接单片机的p0.1端，集成电路ic2的db4端接单片机的p0.0端，集成电路ic2的db3端接集成电路ic2的db7端，集成电路ic2的db2端接集成电路ic2的db6端，集成电路ic2的db1端接集成电路ic2的db5端，集成电路ic2的db0端接集成电路ic2的db4端，集成电路ic2的ce端接与非门74ls00，与非门74ls00接单片机的wr端和rd端，集成电路ic2的sts端接单片机的p3.0端。

所述集成电路ic2的vl端接+5v，集成电路ic2的vcc端接滑动变阻器r26的一端，滑动变阻器r26的另一端接集成电路ic2的vee端，滑动变阻器r26的滑动端经电阻r25接集成电路ic2的bipoff端，集成电路ic2的bipoff端经电阻r41接地，集成电路ic2的ac端、dc端接地，集成电路ic2的dgnd端、agnd端接地，集成电路ic2的refin端接滑动变阻器r42的滑动端，集成电路ic2的refin端接滑动变阻器r42的一端，滑动变阻器r42的另一端接集成电路ic2的refout端。

所述集成电路ic2的10vin端接滤波电路，滤波电路包括运算放大器ic3，运算放大器ic3的输出端接集成电路ic2的10vin端，运算放大器ic3的正向输入端经电容c25接地，运算放大器ic3的正向输入端接电阻r19的一端，电阻r19的另一端经电容c24接电阻r21的一端，电阻r21的另一端接运算放大器ic3的负向输入端，电阻r21的另一端经电阻r20接地。

所述电阻r19的另一端经电阻r18接放大电路，放大电路包括桥式传感器信号放大器ic5，桥式传感器信号放大器ic5的信号为ad22055，电阻r19的另一端经电阻r18接桥式传感器信号放大器ic4的5脚，桥式传感器信号放大器ic4的7脚接桥式传感器信号放大器ic4的2脚，桥式传感器信号放大器ic4的3脚经电容c7接桥式传感器信号放大器ic4的2脚，桥式传感器信号放大器ic4的4脚经电阻r9接桥式传感器信号放大器ic4的2脚，桥式传感器信号放大器ic4的2脚接地。

所述桥式传感器信号放大器ic4的1脚、7脚接敏感组件电路，敏感组件电路包括由4个电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8构成的电阻电桥，电阻电桥的两个输出端分别接桥式传感器信号放大器ic4的1脚、8脚。

所述电阻电桥的电源正端和负端分别接稳压电路，稳压电路包括电压基准二极管d1，电压基准二极管d1的负极接电阻电桥的电源正端，电压基准二极管d1的正极接电阻电桥的电源负端，电压基准二极管d1的负极经电阻r3接+10v电压，电压基准二极管d1的正极接地。

本发明采取以上技术方案，具有以下优点：本发明适用于钻杆各点所受扭矩的模拟加载与检测，采用高灵敏度扭矩敏感组件，整套装置扭矩检测线性度高，检测响应速度快，检测效率高。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1是本发明实施例中肋骨钻杆检测装置的结构示意图；

附图2是本发明实施例中扭矩传输电刷和钻杆杆套的结构示意图；

附图3是附图2的左视图；

附图4是附图2的俯视图；

附图5是本发明实施例中信号处理电路装置的电路原理图。

图中，1-肋骨钻杆；2-集流环定子；3-敏感组件；4-钻杆杆套；5-信号线插头；6-信号处理电路装置；7-显示器；8-扭矩传输电刷；9-集流环转子；13-单片机；14-a/d转换电路；15-滤波电路；16-放大电路；17-敏感组件电路；18-稳压电路；19-显示电路。

具体实施方式

实施例，如附图1-4所示，一种肋骨钻杆检测装置，包括设置在肋骨钻杆1上的钻杆杆套4，钻杆杆套4的一侧设有集流环转子9，集流环转子9的一侧设有集流环定子2，集流环定子2上设有扭矩传输电刷8，集流环转子9与扭矩传输电刷8接触连接，集流环定子2的一端设有信号线插头5，信号线插头5电连接有信号处理电路装置6，信号处理电路装置6连接有显示器7，钻杆杆套4内设有敏感组件3；

如附图5所示，一种肋骨钻杆检测装置的信号处理电路装置6，包括单片机13、a/d转换电路14、信号处理电路15、放大电路16、敏感组件电路17、稳压电路18和显示电路19，单片机13分别电连接有a/d转换电路14和显示电路19，a/d转换电路14和信号处理电路15电连接，信号处理电路15和放大电路16电连接，放大电路16和敏感组件电路17电连接，敏感组件电路17和稳压电路18电连接；

单片机13的型号为80c51，单片机13连接集成电路ic1，集成电路ic1为八d锁存器74ls373，单片机13的p0.0、p0.1、p0.2、p0.3、p0.4、p0.5、p0.6、p0.7端分别连接集成电路ic1的d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7端；

a/d转换电路14包括集成电路ic2，集成电路ic2的型号为ad574a，集成电路ic2的cs端接集成电路ic1的q7端，集成电路ic2的a0端接集成电路ic1的q1端，集成电路ic2的r/c端接集成电路ic1的q0端,，集成电路ic2的db11端接单片机13的p0.7端，集成电路ic2的db10端接单片机13的p0.6端，集成电路ic2的db9端接单片机13的p0.5端，集成电路ic2的db8端接单片机13的p0.4端，集成电路ic2的db7端接单片机13的p0.3端，集成电路ic2的db6端接单片机13的p0.2端，集成电路ic2的db5端接单片机13的p0.1端，集成电路ic2的db4端接单片机13的p0.0端，集成电路ic2的db3端接集成电路ic2的db7端，集成电路ic2的db2端接集成电路ic2的db6端，集成电路ic2的db1端接集成电路ic2的db5端，集成电路ic2的db0端接集成电路ic2的db4端，集成电路ic2的ce端接与非门74ls00，与非门74ls00接单片机13的wr端和rd端，集成电路ic2的sts端接单片机13的p3.0端；

集成电路ic2的vl端接+5v，集成电路ic2的vcc端接滑动变阻器r26的一端，滑动变阻器r26的另一端接集成电路ic2的vee端，滑动变阻器r26的滑动端经电阻r25接集成电路ic2的bipoff端，集成电路ic2的bipoff端经电阻r41接地，集成电路ic2的ac端、dc端接地，集成电路ic2的dgnd端、agnd端接地，集成电路ic2的refin端接滑动变阻器r42的滑动端，集成电路ic2的refin端接滑动变阻器r42的一端，滑动变阻器r42的另一端接集成电路ic2的refout端；

集成电路ic2的10vin端接滤波电路15，滤波电路15包括运算放大器ic3，运算放大器ic3的输出端接集成电路ic2的10vin端，运算放大器ic3的正向输入端经电容c25接地，运算放大器ic3的正向输入端接电阻r19的一端，电阻r19的另一端经电容c24接电阻r21的一端，电阻r21的另一端接运算放大器ic3的负向输入端，电阻r21的另一端经电阻r20接地；

电阻r19的另一端经电阻r18接放大电路16，放大电路16包括桥式传感器信号放大器ic5，桥式传感器信号放大器ic5的信号为ad22055，电阻r19的另一端经电阻r18接桥式传感器信号放大器ic4的5脚，桥式传感器信号放大器ic4的7脚接桥式传感器信号放大器ic4的2脚，桥式传感器信号放大器ic4的3脚经电容c7接桥式传感器信号放大器ic4的2脚，桥式传感器信号放大器ic4的4脚经电阻r9接桥式传感器信号放大器ic4的2脚，桥式传感器信号放大器ic4的2脚接地；

桥式传感器信号放大器ic4的1脚、7脚接敏感组件电路17，敏感组件电路17包括由4个电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8构成的电阻电桥，电阻电桥的两个输出端分别接桥式传感器信号放大器ic4的1脚、8脚；

电阻电桥的电源正端和负端分别接稳压电路18，稳压电路18包括电压基准二极管d1，电压基准二极管d1的负极接电阻电桥的电源正端，电压基准二极管d1的正极接电阻电桥的电源负端，电压基准二极管d1的负极经电阻r3接+10v电压，电压基准二极管d1的正极接地。

钻杆扭矩值与传感器输出电压的关系如下：根据应变式扭矩传感器的检测机理可知，传感器敏感元件产生的应变与输出电压的关系为：，其中，--应变，—输出电压，—输入参考电压，k—应变片灵敏系数。由于肋骨钻杆属于空心轴，根据材料力学理论，可得肋骨钻杆的应变与扭矩的关系为：，其中，--应变，--泊松系数，d—钻杆外径，d—钻杆内径，e—弹性模量，t—扭矩。因此，可得，从而得到扭矩传感器输出电压与扭矩的关系为：。

工作时，钻杆套紧密的贴合在肋骨钻杆上，并随肋骨钻杆一起转动。钻杆的应变相应的传到钻杆套上，钻杆套的应变传到应变片，应变片发生应变，引起电阻值发生变化，阻值的变化转化为电信号，通过集流环传到处理电路，最后扭矩值显示在显示器上。