[發(fā)明專利]基于慣性技術(shù)的非開(kāi)挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910081759.6
• 申請(qǐng)日: 2009-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101532839A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋華;張軍香
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宋華
• 主分類號(hào): G01C21/12
• 分類號(hào): G01C21/12;G01K7/00;G01V3/00;E21B47/00
• 代理公司: 北京雙收知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李云鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非開(kāi)挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，特別是一種基于慣性技術(shù)的非開(kāi)挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，非開(kāi)挖技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其在各種管線的鋪設(shè)和地鐵施工等地下工程中，為了能夠保障按照預(yù)定的路線鋪設(shè)和施工，需要在鉆進(jìn)的過(guò)程中進(jìn)行導(dǎo)向和測(cè)量。?

目前，非開(kāi)挖工程中常用的隨鉆測(cè)量系統(tǒng)多基于電磁定位原理和無(wú)線電定位原理。參見(jiàn)圖1，探頭101為跟隨鉆頭運(yùn)動(dòng)的部分，其中內(nèi)置有電磁波發(fā)射器或者無(wú)線電發(fā)射器，向接收器102發(fā)射信號(hào)；接收器102位于地面或者鉆口附近，或者垂直于鉆頭的地上；接收器102通過(guò)信號(hào)強(qiáng)度解算鉆頭的位置；監(jiān)視器103同接收器102通過(guò)有線或者無(wú)線連接，以監(jiān)視探頭的工作情況。參見(jiàn)圖2，該隨鉆測(cè)量系統(tǒng)包括地下單元1和地上單元2，地下單元中的地磁傳感器201和溫度傳感器202將地磁信號(hào)和溫度信號(hào)傳遞到A/D轉(zhuǎn)換及CPU裝置203中，A/D轉(zhuǎn)換及CPU裝置203將地磁信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并做相應(yīng)處理，發(fā)送到編碼傳輸裝置204，編碼傳輸裝置204為RS232或者無(wú)線傳輸方式，編碼傳輸裝置204將A/D轉(zhuǎn)換及CPU裝置203傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行編碼并傳輸，地上單元中2的編碼接收裝置205接收編碼傳輸裝置204傳來(lái)的信號(hào)，并發(fā)送到姿態(tài)解算與顯示裝置206中進(jìn)行姿態(tài)解算和顯示，編碼接收裝置205為相應(yīng)的RS232或者無(wú)線傳輸方式。?

以上兩種隨鉆測(cè)量系統(tǒng)存在以下缺陷：易產(chǎn)生溢出，易受環(huán)境電磁信號(hào)的干擾；功率受到限制，對(duì)較深的定位深度無(wú)法測(cè)量；信號(hào)的穿透力受地層狀況、土質(zhì)條件的影響；需地面接收設(shè)備，影響地面交通，且地面有障礙物時(shí)無(wú)法測(cè)量。?

參見(jiàn)圖3，地下單元1’中的三軸加速度計(jì)301和溫度傳感器302傳送監(jiān)測(cè)信號(hào)到A/D轉(zhuǎn)換及CPU姿態(tài)解算裝置303中，A/D轉(zhuǎn)換及CPU姿態(tài)解算裝置303將監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并做相應(yīng)處理，發(fā)送到編碼傳輸裝置304，編碼傳輸裝置204為RS232或者無(wú)線傳輸方式，編碼傳輸裝置304將A/D轉(zhuǎn)換及CPU姿態(tài)解算裝置303傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行編碼并傳輸，地面監(jiān)視器305接收編碼傳輸裝置304傳來(lái)的信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)處理，顯示信息。?

但上述隨鉆測(cè)量系統(tǒng)存在測(cè)量范圍有限等缺陷，例如傾角不大于50°等。對(duì)于該種方法，有的加上了磁強(qiáng)計(jì)以增加航向角的測(cè)量，但在滾轉(zhuǎn)角、傾斜角方面并沒(méi)有和加速度計(jì)的信號(hào)進(jìn)行有效融合；同時(shí)，磁強(qiáng)計(jì)易受電磁干擾影響，在很多場(chǎng)合不能有效應(yīng)用，因此不能有效解決角度測(cè)量受限的問(wèn)題。而其同地面的信號(hào)傳輸方式，使其測(cè)量深度受到RS232傳輸距離或無(wú)線電傳輸距離的限制。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明基于慣性技術(shù)的非開(kāi)挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的目的是提供一種不受電磁干擾、鉆進(jìn)深度等因素的影響，并對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，給出更加可靠的工具面向角和俯仰角，給出參考航向和位置，并對(duì)電磁干擾強(qiáng)弱進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而給出參考航向和位置的可信度的基于慣性技術(shù)的非開(kāi)挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。?

一種基于慣性技術(shù)的非開(kāi)挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，包括安裝于鉆進(jìn)系統(tǒng)上的隨鉆單元和與通過(guò)線纜連接鉆進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控單元；所述隨鉆單元包括第一三軸加速度傳感器、溫度傳感器、地磁敏感器和數(shù)據(jù)處理裝置；?

所述第一三軸加速度傳感器用于測(cè)量系統(tǒng)靜止時(shí)的重力加速度的三個(gè)分量，進(jìn)而獲得系統(tǒng)的鉆頭傾角和工具面向角，測(cè)量系統(tǒng)在三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)加速度，獲得系統(tǒng)的位移數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；?

所述溫度傳感器用于測(cè)量隨鉆單元的溫度，并將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送出去；?

所述地磁敏感器用于通過(guò)檢測(cè)鉆頭指向與地磁極方向的夾角來(lái)獲得方位基準(zhǔn)，獲得鉆頭的運(yùn)行方向，并將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；?

所述數(shù)據(jù)處理裝置用于讀取或測(cè)量數(shù)據(jù)，并形成數(shù)據(jù)幀，發(fā)送出去；?

所述監(jiān)控單元包括人機(jī)交互裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出裝置和數(shù)據(jù)處理與解算裝置；?

所述人機(jī)交互裝置用于對(duì)測(cè)量結(jié)果和解算結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；?

所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出裝置用于將測(cè)量數(shù)據(jù)和解算數(shù)據(jù)導(dǎo)出并存儲(chǔ)；?

所述數(shù)據(jù)處理與解算裝置用于接收地球引力加速度數(shù)據(jù)、地磁敏感器測(cè)量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和處理，測(cè)量隨鉆單元的溫度、并對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)算出工具面向角和鉆頭傾角、給出航向和位置及其可信度、從而給出電磁干擾強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)，發(fā)送測(cè)量結(jié)果和解算結(jié)果到存儲(chǔ)或顯示；?

所述隨鉆單元還包括第二三軸加速度傳感器以及載波通信發(fā)送裝置；?