[發(fā)明專利]大口徑井身結(jié)構(gòu)三維刻畫(huà)自動(dòng)成像測(cè)量方法及裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110411628.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113108683A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐俊;汪子奇;魏鵬飛;汪發(fā)文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北省城市地質(zhì)工程院;深地康巖工程技術(shù)（武漢）有限公司
• 主分類號(hào): G01B7/12
• 分類號(hào): G01B7/12;G06T17/10
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 藍(lán)曉玉

1.一種大口徑井身結(jié)構(gòu)三維刻畫(huà)自動(dòng)成像測(cè)量方法，其特征在于，所述大口徑井身結(jié)構(gòu)三維刻畫(huà)自動(dòng)成像測(cè)量方法包括：

觸發(fā)裝置上微動(dòng)開(kāi)關(guān)，打開(kāi)裝置；利用配重塊，將裝置沉至井底最深處，隨后利用套筒打開(kāi)臂筒上卡扣，使得測(cè)量臂伸長(zhǎng)至井臂處；

利用平衡臺(tái)上驅(qū)動(dòng)電機(jī)將裝置勻速曳引至井口處，在上升過(guò)程中，每間隔固定時(shí)間，測(cè)試裝置進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集；

在裝置上升過(guò)程中，測(cè)量臂頂端滾輪與井壁接觸，當(dāng)井壁半徑發(fā)生變化時(shí)，滾輪連帶彈簧與二級(jí)套筒將沿徑向伸縮；

伸縮至不同長(zhǎng)度的彈簧通過(guò)彈簧底座將反作用力作用于底部的壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)井孔半徑-壓力的轉(zhuǎn)換；

得到各測(cè)量臂底部壓電傳感器所受力F_ij(xk)后，根據(jù)壓電傳感器Y1到Y(jié)8的壓電特性曲線，得到每個(gè)測(cè)量臂上受力與支路電流關(guān)系；

將測(cè)試得到的電流通過(guò)中央處理模塊的電流采集器進(jìn)行電流采集；電流采集器與單片機(jī)相連，單片機(jī)每間隔固定時(shí)長(zhǎng)對(duì)電流采集器輸入信號(hào)進(jìn)行一次；

數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)操作包括：通過(guò)單片機(jī)對(duì)電流采集裝置進(jìn)行信號(hào)采樣，再逆向計(jì)算得到不同深度處的井孔半徑數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)于單片機(jī)外掛ROM芯片內(nèi)；

最后得到的離散半徑數(shù)據(jù)將用于井孔輪廓的插值計(jì)算與外形繪制。

2.如權(quán)利要求1所述大口徑井身結(jié)構(gòu)三維刻畫(huà)自動(dòng)成像測(cè)量方法，其特征在于，所述井孔半徑-壓力的轉(zhuǎn)換關(guān)系為；

F_ij(x_k)＝k_i(r_i0-R_ij(x_k))；

式中F_ij(xk)為第j次測(cè)量，在深度xk處，第i個(gè)測(cè)量臂底部壓電傳感裝置所受力的大小，k_i與r_i0分別為第i個(gè)測(cè)量臂上彈簧的剛度以及彈簧自由狀態(tài)下的長(zhǎng)度。

3.如權(quán)利要求1所述大口徑井身結(jié)構(gòu)三維刻畫(huà)自動(dòng)成像測(cè)量方法，其特征在于，所述逆向計(jì)算公式為：

所述得到每個(gè)測(cè)量臂上受力與支路電流關(guān)系中，φ_i為第i個(gè)傳感回路對(duì)應(yīng)的壓敏電阻力對(duì)電阻的函數(shù)，u為蓄電池電壓，則壓力與電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

4.如權(quán)利要求1所述大口徑井身結(jié)構(gòu)三維刻畫(huà)自動(dòng)成像測(cè)量方法，其特征在于，所述外形繪制包括：

第一步：由于測(cè)量數(shù)據(jù)為某一特定角度與深度兩個(gè)方向上的半徑長(zhǎng)度，因此，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為柱坐標(biāo)系，插值計(jì)算的自變量轉(zhuǎn)化為輻角θ與深度x，函數(shù)值為半徑R；

第二步：為了實(shí)現(xiàn)插值計(jì)算的圓柱曲面的閉合，將原有不同輻角上的函數(shù)值進(jìn)行增廣，將輻角θ＝0°時(shí)的函數(shù)值進(jìn)行復(fù)制，得到輻角θ＝360°時(shí)的函數(shù)值；

第三步：采用已有的二維插值算法對(duì)圓柱曲面進(jìn)行插值擬合，其中包含：樣條插值、最近鄰插值、三次插值、線性插值以及Makima插值算法；

第四步：將插值計(jì)算得到的數(shù)據(jù)從柱坐標(biāo)參考系轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系，最后得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行井孔輪廓的繪制工作。

5.一種大口徑井身結(jié)構(gòu)三維刻畫(huà)自動(dòng)成像測(cè)量裝置，其特征在于，所述大口徑井身結(jié)構(gòu)三維刻畫(huà)自動(dòng)成像測(cè)量裝置設(shè)置有：

千斤頂；

千斤頂?shù)纳隙斯潭ㄓ兄螚U，支撐桿通過(guò)萬(wàn)向球軸承與井口測(cè)量平臺(tái)連接；

井口測(cè)量平臺(tái)上固定有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)上固定有驅(qū)動(dòng)滑輪；

驅(qū)動(dòng)滑輪通過(guò)繩索與第一導(dǎo)向滑輪連接，第一導(dǎo)向滑輪通過(guò)第一繩索與測(cè)量?jī)x器連接，測(cè)量?jī)x器下端固定有配重塊；

測(cè)量?jī)x設(shè)置有測(cè)量筒，測(cè)量筒四周通過(guò)螺紋連接副固定有測(cè)量臂，測(cè)量臂設(shè)置有彈簧套筒，測(cè)量筒設(shè)置有微動(dòng)開(kāi)關(guān)和ROM單片機(jī)。

6.如權(quán)利要求5所述大口徑井身結(jié)構(gòu)三維刻畫(huà)自動(dòng)成像測(cè)量裝置，其特征在于，所述井口測(cè)量平臺(tái)左端設(shè)置有軸承，井口測(cè)量平臺(tái)上設(shè)置有螺紋孔，螺紋孔旋接有固定螺栓。

7.如權(quán)利要求5所述大口徑井身結(jié)構(gòu)三維刻畫(huà)自動(dòng)成像測(cè)量裝置，其特征在于，所述井口測(cè)量平臺(tái)上設(shè)置有固定銷孔，固定銷孔內(nèi)部固定有固定銷。