专利名称：井下钻车钻杆姿态测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种井下钻车钻杆姿态测量仪。
背景技术：
井下钻车与钻杆的姿态测量一直是煤矿作业中的一个重要问题，是保证钻进方位精确的前提。然而，由于井下工况极其恶劣，受信号屏蔽影响严重，GPS等设备无法正常工作，同时地磁场紊乱，传统的陀螺仪等设备精度大大降低，以MEMS传感系统为例，由于受磁场干扰的影响，方位角始终无法稳定测量；若采用旋转编码器，虽不受磁场干扰的影响，但由于钻车和钻杆在工作中发生急剧的机械振动，导致旋转编码器计数产生偏差，影响最终的测量精度。从实际操作来看，一般采用人工测量钻车与钻杆姿态的方式，不仅难以保证测量精度，也降低了生产效率，浪费人力资源。尽管超声测距技术已趋于成熟，然而要应用到井下钻车与钻杆姿态测量还需要解决两个问题第一，需要把所测的距离转化为最终所需的空间姿态角。从文献来看，目前在这方面的研究还较少；第二，大多数超声测距设备都采用收发同体的结构，即发射装置和接收装置是在同一个系统内，受同一个处理器的控制，这样做的好处是处理器能够方便地区分通道并且获知超声传输的时间，公开号为CN 101173986A的发明专利《一种无盲区的超声测距仪》即代表了这样一种收发同体的超声测距仪。但是，井下设备往往要求安装和拆卸方便，同时出于安全考虑，要求尽量减少额外的线路，若采用收发同体的结构，发射探头和接收探头间必然存在线路的连接，使系统不够紧凑。

发明内容
本发明在于克服上述不足，提供一种可以保证测量精度、提高生产效率并且节约人力的井下钻车钻杆姿态测量仪。本发明的目的是这样实现的
本发明井下钻车钻杆姿态测量仪包括发射模块和接收模块，所述发射模块含有三个发射探头TpT2和T3，所述接收模块含有两个接收探头R1和RyR1和R2均固定于钻杆上，所述发射模块与接收模块之间通过红外信号进行同步。本发明井下钻车钻杆姿态测量仪，所述接收模块包括超声波接收电路、红外接收电路、温度传感器、按键模块和显示模块，所述超声波接收电路包括CX20106A集成芯片及其外围电路，所述红外接收电路包括TS0P1838SS3V集成芯片及其外围电路；所述温度传感器采用DS18B20单总线数字式温度传感器；所述按键模块包括六个按键；所述显示模块包括数码管组、RS232接口和RS485总线接口。本发明井下钻车钻杆姿态测量仪，所述发射模块和接收模块均采用STM32F103系列ARM芯片做核心处理器。与现有技术相比，本发明的有益效果是
本发明井下钻车钻杆姿态测量仪采用收发异体的结构，即发射装置和接收装置分属两个独立的系统，不存在线路的耦合，系统间采用红外信号进行同步，使设备更紧凑，拆装更方便，并且满足安全要求，不仅测量精度高，也提高了生产效率和节约了人力。


图I是本发明井下钻车钻杆姿态测量仪在煤矿井下巷道内的姿态角测量示意图； 图2是发射探头与接收探头的空间坐标关系图3是发射探头与接收探头红外与超声波信号时序图4是接收探头在工作状态下的程序流程图5是系统硬件组成框图6是接收探头状态切换示意图。
具体实施例方式以下介绍本发明的优选实施例，该部分仅仅是对本发明的举例说明，而非对本发明及其应用或用途的限制。根据本发明得出的其它实施方式，也同样属于本发明的技术创新范围。方案中有关参数的设定也并不表明只有举例值可以使用。如图I所示，图I为本发明井下钻车钻杆姿态测量仪在煤矿井下巷道内的姿态角测量示意图，测量时，发射模块设定一个参考空间直角坐标系，将XOY平面设为水平面，所述发射模块含有三个发射探头Ti、T2和T3，T1, T2和T3均位于水平面内，T1位于原点，T2位于X轴正方向并与T1距离为Cl1,T3位于Y轴正方向并与T1距离为d2 ;接收模块包括两个接收探头，分别示为R1和R2，所述两个接收探头均固定于钻杆上，钻杆与水平面的夹角Θ定为俯仰角、与X轴正向的夹角Φ定为偏航角，俯仰角和偏航角的确定使钻杆相对于参考坐标系的空间姿态也得到了确定。如图2所示，图2是发射探头与接收探头的空间坐标关系图，通过超声测距测得三个发射探头与两个接收探头之间的距离T1Rp T2R1, T3R1^ T1R2, T2R2和T3R2后，根据公式(I) 和(2)可解出两个接收探头的坐标值，再根据公式(3)和(4)即可解算出钻杆的俯仰角和偏航角；
权利要求
1.一种井下钻车钻杆姿态测量仪，包括发射模块和接收模块，其特征是所述发射模块含有三个发射探头1\、T2和T3，所述接收模块含有两个接收探头R1和R2, R1和R2均固定于钻杆上，所述发射模块与接收模块之间通过红外信号进行同步。
2.根据权利要求I所述的一种井下钻车钻杆姿态测量仪，其特征是所述接收模块包括超声波接收电路、红外接收电路、温度传感器、按键模块和显示模块，所述超声波接收电路包括CX20106A集成芯片及其外围电路，所述红外接收电路包括TS0P1838SS3V集成芯片及其外围电路；所述温度传感器采用DS18B20单总线数字式温度传感器；所述按键模块包括六个按键；所述显示模块包括数码管组、RS232接口和RS485总线接口。
3.根据权利要求I或2所述的一种井下钻车钻杆姿态测量仪，其特征是所述发射模块和接收模块均采用STM32F103系列ARM芯片做核心处理器。
全文摘要
本发明涉及一种井下钻车钻杆姿态测量仪，包括发射模块和接收模块，所述发射模块含有三个发射探头T1、T2和T3，所述接收模块含有两个接收探头R1和R2，R1和R2均固定于钻杆上，所述发射模块与接收模块之间通过红外信号进行同步。本发明井下钻车钻杆姿态测量仪采用收发异体的结构，即发射装置和接收装置分属两个独立的系统，不存在线路的耦合，系统间采用红外信号进行同步，使设备更紧凑，拆装更方便，并且满足安全要求，不仅测量精度高，也提高了生产效率和节约了人力。
文档编号G01S3/00GK102590785SQ20121004565
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者余意, 李逊, 蒲志强 申请人:江阴中科矿业安全科技有限公司