礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種隨鉆測量系統(tǒng)，尤其涉及礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前隨鉆測量系統(tǒng)主要應用在石油鉆探領域和煤礦井下鉆探領域。其中石油鉆探領域以無線隨鉆測量系統(tǒng)應用最多，且主要采用泥漿脈沖作為信號傳輸方式，相應技術比較成熟；電磁波隨鉆測量系統(tǒng)在欠平衡鉆井中有大量應用，主要以購買國外產品為主，國內技術還處于發(fā)展階段。但由于無線隨鉆測量系統(tǒng)無線傳輸困難、結構尺寸大、工作電壓和電流較大，煤安設計困難，因此在煤礦井下鉆探施工領域中主要應用有線隨鉆測量方式。
[0003]提供實時準確的鉆進姿態(tài)角并對鉆具進行相應控制是鉆具實現(xiàn)按既定軌跡鉆進的關鍵。鉆進姿態(tài)系統(tǒng)以較強的自主性、全程實時性和抗干擾能力成為鉆進姿態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的主流，特別是隨著微慣性傳感技術的發(fā)展，其很好地滿足用戶對鉆進姿態(tài)系統(tǒng)小型化、低成本、低功耗、高精度和空間全姿態(tài)測量的要求，并成為當前研究的熱點。
[0004]市場現(xiàn)有為數(shù)不多的礦用隨鉆測量系統(tǒng)大多存在如下問題:供電時間大多在20h左右，存儲容量為測量點數(shù)為1000個左右，姿態(tài)測量大多適用用于水平井和豎直井測量，軟件功能簡單，操作復雜，成本高。本實用新型所涉及的礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)能夠很好地解決以上存在問題。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型目的針對現(xiàn)有礦用隨鉆測量系統(tǒng)存在的不足，提供一種結構簡單緊湊、操作流程簡單，人機交互軟件功能齊全，整個系統(tǒng)遵循本安設計，能夠在煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境下進行工作的礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)。
[0006]為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案來實現(xiàn):
[0007]礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)，其特征在于:由孔內儀器和孔口儀器組成，所有器件均遵循國家本安標準，所述孔內儀器主要是由測量鉆桿、姿態(tài)測量管、姿態(tài)測量裝置組成；孔口儀器主要由防爆計算機組成。
[0008]其中所述姿態(tài)測量裝置由卡圈、圓柱堵頭、O型密封圈、傳感器組、測量電路板、基座板、本安可充電電源組、通纜接頭、固定組件等組成。姿態(tài)測量裝置實時測量鉆孔內工程參數(shù)，并通過通纜鉆桿傳輸至孔口儀器。
[0009]其中所述防爆計算機可對孔內姿態(tài)測量裝置上傳的數(shù)據(jù)進行處理、顯示和存儲，并具有相關工作參數(shù)的設置、故障和報警自診斷功能。防爆計算機上所運行的監(jiān)控軟件采用虛擬儀器技術實現(xiàn)軌跡3D曲線顯示、鉆孔軌跡的設計、孔內工況動態(tài)三維重構顯示，后臺專業(yè)報表及前臺數(shù)據(jù)表的生成顯示，孔內儀器的參數(shù)及工作模式的設置，測量點姿態(tài)參數(shù)二維圖像顯示，姿態(tài)參數(shù)的虛擬儀表顯示和本地時間的顯示。
[0010]礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)，其特征在于:姿態(tài)測量裝置內的6自由度傳感器集成I個3軸加速度計和I個3軸陀螺儀，可測得沿鉆具坐標系中的X、Y、Z軸的重力加速度分量和旋轉角速度分量，3軸磁阻傳感器測得沿鉆具坐標系中的X、Y、Z軸的地磁分量，經6自由度傳感器處理電路、3軸磁阻傳感器處理電路傳送給單片機最小系統(tǒng)，利用旋轉矩陣解算獲得傾角和工具面向角參數(shù)，并對沿鉆具軸向進行干擾磁場處理和數(shù)據(jù)融合算法，解算出方位角參數(shù)。孔內儀器參數(shù)信號經存儲電路實時存儲并由通纜接頭經通纜鉆桿與防爆計算機上的監(jiān)控軟件進行雙向通信，實時顯示和進一步處理鉆孔軌跡。
[0011]其中所述礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)的本安要求主要是將可充電電池組電源通過本安保護電路轉化為本安電源，并經過開關電源電路為測量電路板工作提供本安電源?？沙潆婋姵亟M由一組可充電電池組串聯(lián)組成，并且可進行在線充電。
[0012]其中所述礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)的低功耗、高精度、寬范圍要求主要通過采用高精度的6自由度傳感器和3軸磁阻傳感器，以及測量電路和姿態(tài)解算算法聯(lián)合測量實現(xiàn)。
[0013]本實用新型有益效果為:礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)可以低功耗、高精度、寬范圍實時測量鉆孔內姿態(tài)參數(shù)、支持孔口內外雙向通信、數(shù)據(jù)可以實時上傳和卡式存儲，操作界面采用虛擬可視化技術，具有良好的人機交互能力，操作方便。
[0014]【附圖說明】:
[0015]圖1為本實用新型的礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)的原理示意圖；
[0016]圖2為本實用新型的礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)孔內儀器結構示意圖；
[0017]圖3為測量電路板的測量原理示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例，結合附圖對本實用新型的實施方式進行詳細說明。
[0019]實施例:
[0020]參見圖1，本實用新型的礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)由孔內儀器和孔口儀器組成。其中孔內儀器主要由姿態(tài)測量裝置(3)內的6自由度傳感器、3軸磁阻傳感器進行相應參數(shù)的采集，經6自由度傳感器處理電路(5)、3軸磁阻傳感器處理電路(6)傳送給單片機最小系統(tǒng)(7)，利用旋轉矩陣解算獲得傾角和工具面向角、方位角等參數(shù)?？變葍x器所測姿態(tài)參數(shù)信號由通纜接頭(3-8)經通纜鉆桿與防爆計算機(4)上的監(jiān)控軟件進行雙向通信，實時顯示和進一步處理鉆孔軌跡。
[0021]參見圖2，本實用新型的礦用鉆孔軌跡隨鉆測量系統(tǒng)孔內儀器包括測量鉆桿(1)、姿態(tài)測量管(2)、姿態(tài)測量裝置(3)。姿態(tài)測量裝置(3)主要由卡圈(3-1)、圓柱堵頭(3-2)、O型密封圈(3-3)、傳感器組(3-4)、測量電路板(3-5)、本安可充電電源組(3-6)、基座板(3-7),通纜接頭(3-8)、支撐環(huán)(3-9)組成。在姿態(tài)測量裝置(3)的兩個圓柱堵頭(3-2)上分別鉆有四個沿周向均布的螺紋孔，姿態(tài)測量管(2)兩端也分別鉆有四個均布孔，用4個緊釘螺釘將姿態(tài)測量裝置(3 )在固定姿態(tài)測量管(2 )內，姿態(tài)測量管(2 )通過其兩端卡圈(3-1)固定在測量鉆桿(I)相應的凹槽內，測量鉆桿(I)通過其兩端的公、母螺紋接頭分別與鉆頭與通纜鉆桿相聯(lián)接。
[0022]參見圖3，測量電路板(3-4)主要由6自由度傳感器處理電路(5)、3軸磁阻傳感器處理電路(6)、單片機最小系統(tǒng)(7)、開關電源電路(8)、電源監(jiān)測電路(9)、通信電路(10)、存儲電路(11)組成。單片機最小系統(tǒng)(7)分別與6自由度傳感器處理電路(5)、3軸磁阻傳感器處理電路(6 )、開關電源