一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪及方法与流程

本发明涉及地面地形起伏测量及地质素描领域，特别涉及一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪及方法。

背景技术：

1、井巷工程的地质素描工作是矿井地质、隧道工程技术人员一项重要的日常工作，目的是真实记录和描述井巷工程揭露的地质情况，为安全生产施工提供基础的地质依据。传统的做法是需要携带皮尺、钢卷尺、线绳、罗盘等工具，在现场近距离接触井巷工程，分段悬挂线绳作为基线，结合皮尺、罗盘、钢卷尺等工具测量，完成数据的采集，工作量大，内容繁琐，效率低，且由于现场人员需要贴近地质体操作具有危险性。在中国发明专利(cn200510032317.4)的说明书和中国实用新型专利(cn200920034047.4)的说明书中，公开了两种采用以摄影技术为基础的地质摄影编录仪，其核心是通过专门的摄影装置进行现场地质体拍摄，并可以进行简单的计算，然后在影像图片上进行地质素描图的后处理，从而达到井巷地质素描图制作的目的。但是，其技术核心均未涉及到需要进行地质编录的井巷工程距离、地面起伏的数据采集，需要辅助进行人工皮尺测量、悬挂线绳基线才能完成，工作效率、数据准确性仍然偏低，技术人员的安全隐患尚且较多。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪及方法，以克服在井巷工程地质编录时现有技术不能方便地测量地质编录巷道的起伏、距离的局限性，通过推动本发明装置前行，测量出井巷工程的坡度、距离，进而结合摄像技术、自然伽马采集技术贴近(拍摄)地质体、采集地质体的天然放射性，达到较为完整地采集地质素描所需要信息的效果，该技术可应用于地面起伏测量及野外地质体编录、井巷工程地质编录领域。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪，包括推杆和独轮，所述独轮的中心穿插设置有轮轴，独轮的内侧与轮轴的外侧之间形成轮腔体，所述轮腔体通过轴承与轮轴连接，所述推杆包括推杆体和推杆连接部，所述推杆体通过推杆连接部与轮轴的自由端连接；

4、所述轮腔体内部设置有轮轴角度变化测量模块、地形起伏角度主测量模块、行进距离测量模块及数据处理与控制模块，所述轮轴角度变化测量模块、地形起伏角度主测量模块和行进距离测量模块均连接至数据处理与控制模块，所述轮轴角度变化测量模块、地形起伏角度主测量模块、行进距离测量模块及数据处理与控制模块均连接至电源模块。

5、进一步地，所述轮轴角度变化测量模块采用角度测量传感器，所述轮轴角度变化测量模块安装于轮轴侧面，或安装在推杆与轮轴的连接部，或安装于推杆内，当推杆上下运动时，能够测量出轮轴的旋转角度。

6、进一步地，所述行进距离测量模块安装在轮轴上，用于测量独轮的旋转圈数。

7、进一步地，所述地形起伏角度主测量模块包括角度传感器和钟摆结构，所述角度传感器固定安装于轮轴中央，且角度传感器的轴与轮轴的中心线重合，所述钟摆结构的摆锤与角度传感器的轴相连，且能够带动角度传感器的轴旋转。

8、进一步地，所述独轮上设置自然伽马模块，用于采集岩石的天然放射性，所述自然伽马模块和数据处理与控制模块通信连接。

9、进一步地，还包括显示计算模块，用于显示计算采集的各模块数据或计算结果，所述显示计算模块和数据处理与控制模块采用无线或有线方式连接。

10、一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪的测量方法，接通电源后，在数据处理与控制模块的控制下，启动轮轴角度变化测量模块、地形起伏角度主测量模块和行进距离测量模块开始工作，推动独轮前进的同时同步采集计算轮轴的旋转角度、坡度起伏角度和行进距离。

11、进一步地，所述轮轴角度变化测量模块采用角度测量传感器，所述轮轴角度变化测量模块安装于轮轴侧面，或安装在推杆与轮轴的连接部，或安装于推杆内，当推杆上下运动时，能够测量出轮轴的旋转角度。

12、进一步地，所述行进距离测量模块安装在轮轴上，用于测量独轮的旋转圈数，进而计算得到行进距离。

13、进一步地，所述地形起伏角度主测量模块用于辅助测量坡度起伏角度，包括角度传感器和钟摆结构，所述角度传感器固定安装于轮轴中央，且角度传感器的轴与轮轴的中心线重合，所述钟摆结构的摆锤与角度传感器的轴相连，且能够带动角度传感器的轴旋转，所述坡度起伏角度的计算方法一如下：

14、

15、其中，α为所需要测量的地面坡度起伏角度；θ1为钟摆完成一个摆动周期时，摆锤摆动过程中与轮轴和地面垂线的最小摆角；θ2为钟摆完成一个摆动周期时，摆锤摆动过程中与轮轴和地面垂线的最大摆角；μ为地形起伏角度主测量模块中角度传感器的轴摩擦系数及钟摆自身阻力影响值的综合影响系数；δδ为钟摆完成一个摆动周期内，推杆体纵向轴线与独轮水平线夹角变化值的平均值，独轮在前进的过程中，推杆体纵向轴线相对于独轮水平线会有上下的起伏，往上为逆时针转动，往下为顺时针转动，逆时针转动时公式中的加减号为减号，反之公式中的加减号为加号；

16、计算方法二如下：

17、α＝θ*μ±δδ

18、其中，α为所需要测量的地面坡度起伏角度；θ为当前摆锤摆动过程中与轮轴和地面垂线的最小摆角；δδ为钟摆完成一个摆动周期内，推杆体纵向轴线与独轮水平线夹角变化值的平均值，独轮在前进的过程中，推杆体纵向轴线相对于独轮水平线会有上下的起伏，往上为逆时针转动，往下为顺时针转动，逆时针转动时公式中的加减号为减号，反之公式中的加减号为加号；μ为地形起伏角度主测量模块中角度传感器的轴摩擦系数及钟摆自身阻力影响值的综合影响系数。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明是一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪，接通电源后，在数据处理与控制模块的控制下，启动轮轴角度变化测量模块、地形起伏角度主测量模块和行进距离测量模块开始工作，推动独轮前进的同时同步采集计算轮轴的旋转角度、坡度起伏角度和行进距离，可应用于地面起伏测量及野外地质体编录、井巷工程地质编录领域。

21、进一步地，本发明的地形起伏角度主测量模块采用角度传感器与钟摆结构结合的方式设计，采用地形起伏角度主测量模块中钟摆重锤线与轮轴与地面垂直线的夹角，加/减由于推杆带动的轮轴变动角度值，再考虑到地形起伏角度主测量模块中角度传感器的轴摩擦系数及钟摆自身的阻力影响值计算获得坡度起伏角度，方便快捷。

22、进一步地，本发明结合摄像技术、自然伽马采集技术贴近(拍摄)地质体、采集地质体的天然放射性，达到较为完整地采集地质素描所需要信息的效果。

技术特征：

1.一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪，其特征在于，包括推杆和独轮(2)，所述独轮(2)的中心穿插设置有轮轴(4)，独轮(2)的内侧与轮轴(4)的外侧之间形成轮腔体(5)，所述轮腔体(5)通过轴承与轮轴(4)连接，所述推杆包括推杆体(1)和推杆连接部(3)，所述推杆体(1)通过推杆连接部(3)与轮轴(4)的自由端连接；

2.根据权利要求1所述的一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪，其特征在于，所述轮轴角度变化测量模块采用角度测量传感器，所述轮轴角度变化测量模块安装于轮轴侧面，或安装在推杆与轮轴的连接部，或安装于推杆内，当推杆上下运动时，能够测量出轮轴的旋转角度。

3.根据权利要求1所述的一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪，其特征在于，所述行进距离测量模块安装在轮轴上，用于测量独轮(2)的旋转圈数。

4.根据权利要求1所述的一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪，其特征在于，所述地形起伏角度主测量模块包括角度传感器和钟摆结构，所述角度传感器固定安装于轮轴中央，且角度传感器的轴与轮轴的中心线重合，所述钟摆结构的摆锤与角度传感器的轴相连，且能够带动角度传感器的轴旋转。

5.根据权利要求1所述的一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪，其特征在于，所述独轮上设置自然伽马模块，用于采集岩石的天然放射性，所述自然伽马模块和数据处理与控制模块通信连接。

6.根据权利要求1所述的一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪，其特征在于，还包括显示计算模块，用于显示计算采集的各模块数据或计算结果，所述显示计算模块和数据处理与控制模块采用无线或有线方式连接。

7.权利要求1-6任一项所述的一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪的测量方法，其特征在于，接通电源后，在数据处理与控制模块的控制下，启动轮轴角度变化测量模块、地形起伏角度主测量模块和行进距离测量模块开始工作，推动独轮(2)前进的同时同步采集计算轮轴的旋转角度、坡度起伏角度和行进距离。

8.根据权利要求7所述的一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪的测量方法，其特征在于，所述轮轴角度变化测量模块采用角度测量传感器，所述轮轴角度变化测量模块安装于轮轴侧面，或安装在推杆与轮轴的连接部，或安装于推杆内，当推杆上下运动时，能够测量出轮轴的旋转角度。

9.根据权利要求7所述的一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪的测量方法，其特征在于，所述行进距离测量模块安装在轮轴上，用于测量独轮(2)的旋转圈数，进而计算得到行进距离。

10.根据权利要求7所述的一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪的测量方法，其特征在于，所述地形起伏角度主测量模块用于辅助测量坡度起伏角度，包括角度传感器和钟摆结构，所述角度传感器固定安装于轮轴中央，且角度传感器的轴与轮轴的中心线重合，所述钟摆结构的摆锤与角度传感器的轴相连，且能够带动角度传感器的轴旋转，所述坡度起伏角度的计算方法一如下：

技术总结
本发明公开一种能够测量地形起伏的独轮式地质素描仪及方法，包括推杆和独轮，所述独轮的中心穿插设置有轮轴，独轮的内侧与轮轴的外侧之间形成轮腔体，所述轮腔体通过轴承与轮轴连接，所述推杆包括推杆体和推杆连接部，所述推杆体通过推杆连接部与轮轴的自由端连接；所述轮腔体内部设置有轮轴角度变化测量模块、地形起伏角度主测量模块、行进距离测量模块及数据处理与控制模块，所述轮轴角度变化测量模块、地形起伏角度主测量模块和行进距离测量模块均连接至数据处理与控制模块，上述模块均连接至电源模块。本发明可以在推动独轮前进的同时同步采集计算轮轴的旋转角度、坡度起伏角度和行进距离。

技术研发人员：智宝岩,马世志,袁智,马冠超,王金国,宋振铎,高晓成,孙鹏亮,蒋庆友,宋冰清,王彪,单鹏,马开德,常圣强
受保护的技术使用者：中国中煤能源集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12