巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置,該裝置包括安裝塔、發(fā)射天線、接收天線、無線信號(hào)發(fā)射器、無線信號(hào)接收器、設(shè)置有芯片的無線信號(hào)反射器和數(shù)據(jù)處理器,發(fā)射天線安裝在安裝塔上且與無線信號(hào)發(fā)射器相連,無線信號(hào)反射器安裝在各巖體鉆孔內(nèi)的各被測(cè)基點(diǎn)處,接收天線安裝在安裝塔上且分別與無線信號(hào)接收器相連,無線信號(hào)接收器還與數(shù)據(jù)處理器相連。本實(shí)用新型提供的巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置,能夠提高巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)測(cè)量的準(zhǔn)確性和測(cè)量效率。
【專利說明】巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域,涉及一種巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在地下工程中,由于掘進(jìn)作業(yè)破壞了巖體原有應(yīng)力平衡狀態(tài),導(dǎo)致圍巖體一定程度的位移、變形以及破壞,并且圍巖體的應(yīng)力一直處于動(dòng)態(tài)變化的過程中,巖體的位移、變形和滲透特性也隨之改變。巖體位移及變形數(shù)據(jù)是眾多參數(shù)的基礎(chǔ),準(zhǔn)確獲取巖體位移及變形數(shù)據(jù)是控制巖體穩(wěn)定、確保工程順利開展的重要保障。
[0003]特別是在煤礦工程中,隨著開采深度逐漸向下延伸,煤層賦存條件極其復(fù)雜,瓦斯伴生資源豐富、煤層瓦斯含量普遍較高。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯流動(dòng)以及煤巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)時(shí)空演化規(guī)律的研究,需要在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中通過測(cè)量各基點(diǎn)間的位移相對(duì)變化量來確定煤體的應(yīng)變量值。
[0004]目前,主要采用鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)和頂板離層儀測(cè)量各基點(diǎn)間的位移相對(duì)變化量,這兩種測(cè)量手段必須將鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)或者頂板離層儀的自帶鋼絲的基點(diǎn)推送至鉆孔內(nèi)的目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但以上兩種測(cè)量手段存在以下問題:(I)由于基點(diǎn)自帶鋼絲,各基點(diǎn)被先后推送至鉆孔內(nèi)的不同目標(biāo)點(diǎn),裝設(shè)困難,并且各鋼絲容易混淆并纏繞在一起,這會(huì)嚴(yán)重影響后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取;(2)獲取精確的位移變化值的前提是將鋼絲繃緊,而現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)鋼絲很容易彎曲松弛,從而嚴(yán)重影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;(3)上述鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)和頂板離層儀均需要安裝在巖巷頂板的鉆孔孔口處,由于井下開采條件復(fù)雜,讀取或采集數(shù)據(jù)十分不便,此外,頂板離層儀目前只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)基點(diǎn)的同時(shí)測(cè)量,存在測(cè)量效率不夠高的不足。因此,提高現(xiàn)有地下工程位移、變形等參數(shù)監(jiān)測(cè)手段的實(shí)用性和準(zhǔn)確性是亟待解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置,以提高巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)測(cè)量的準(zhǔn)確性和測(cè)量效率。
[0006]本實(shí)用新型提供的巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置,包括安裝塔、發(fā)射天線、接收天線、無線信號(hào)發(fā)射器、無線信號(hào)接收器、設(shè)置有芯片的無線信號(hào)反射器和數(shù)據(jù)處理器;
[0007]發(fā)射天線安裝在安裝塔上并且與無線信號(hào)發(fā)射器相連,用于發(fā)射從無線信號(hào)發(fā)射器中接收的無線信號(hào),無線信號(hào)發(fā)射器還與數(shù)據(jù)處理器相連,在發(fā)射無線信號(hào)的同時(shí)記錄無線信號(hào)的發(fā)射時(shí)間并將其記錄的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器,
[0008]無線信號(hào)反射器的數(shù)量與巖體鉆孔內(nèi)被測(cè)基點(diǎn)的數(shù)量相同,分別安裝在各巖體鉆孔內(nèi)的各被測(cè)基點(diǎn)處,用于將從發(fā)射天線接收的無線信號(hào)反射至接收天線,無線信號(hào)反射器反射至接收天線的無線信號(hào)攜帶有所述芯片發(fā)出的該無線信號(hào)反射器對(duì)應(yīng)的被測(cè)基點(diǎn)信息,
[0009]接收天線的數(shù)量至少為3根,其中I根接收天線與發(fā)射天線捆綁在一起,各接收天線分別安裝在安裝塔上并且分別與無線信號(hào)接收器相連,將接收到的從無線信號(hào)反射器反射回的無線信號(hào)傳輸給無線信號(hào)接收器,無線信號(hào)接收器還與數(shù)據(jù)處理器相連,在接收無線信號(hào)的同時(shí)記錄無線信號(hào)的接收時(shí)間并將其記錄的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器,
[0010]數(shù)據(jù)處理器根據(jù)其接收到的數(shù)據(jù)以及無線信號(hào)在空氣中的傳播速度計(jì)算巖體鉆孔內(nèi)被測(cè)基點(diǎn)的三向坐標(biāo)并保存,
[0011]所述安裝塔的安裝位置應(yīng)使所述無線信號(hào)反射器能夠接收到發(fā)射天線發(fā)射的無線信號(hào),所述接收天線能夠接收到無線信號(hào)反射器反射回的無線信號(hào)。
[0012]上述測(cè)量裝置中,所述無線信號(hào)反射器為中空球體;無線信號(hào)反射器的直徑越大,對(duì)無線信號(hào)的反射效果越好,但無線信號(hào)反射器的直徑不應(yīng)超過鉆孔的直徑。
[0013]上述測(cè)量裝置中,所述無線信號(hào)反射器為金屬材料制作的中空球體,優(yōu)選為銅或者鋁制作的中空球體。
[0014]上述測(cè)量裝置中,為了有利于無線信號(hào)的發(fā)射與接收,最好將所述發(fā)射天線安裝在安裝塔的頂端,接收天線的安裝位置最好盡量靠近安裝塔的頂部。
[0015]上述測(cè)量裝置中,各無線信號(hào)反射器的芯片所攜帶的信息各不相同,芯片發(fā)出的信息會(huì)隨無線信號(hào)一起被無線信號(hào)反射器反射至接收天線,用于區(qū)分接收天線所接收到的無線信號(hào)具體是從哪一個(gè)基點(diǎn)反射而來。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0017]1.本實(shí)用新型提供了一種巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置,使用該裝置可準(zhǔn)確、方便地獲取孔內(nèi)被測(cè)基點(diǎn)的三向坐標(biāo),通過被測(cè)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的變化情況可準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地獲取地下工程位移、變形等參數(shù),為巖體位移及變形等參數(shù)的獲取提供了一種新的途徑。
[0018]2.由于本實(shí)用新型所述裝置基于無線信號(hào)確定被測(cè)基點(diǎn)的三向坐標(biāo),測(cè)量時(shí)無需使用自帶鋼絲的基點(diǎn),因此能降低測(cè)量裝置的裝設(shè)難度,同時(shí)可避免由于鋼絲纏繞以及松弛造成的測(cè)量數(shù)據(jù)失真,能實(shí)現(xiàn)地下工程中的位移、變形等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取。
[0019]3.本實(shí)用新型所述裝置集無線信號(hào)的發(fā)射與接收、基點(diǎn)三向坐標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算與儲(chǔ)存的功能于一體,實(shí)現(xiàn)了基點(diǎn)三向坐標(biāo)的自動(dòng)化測(cè)量,同一套裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的同時(shí)測(cè)定與監(jiān)測(cè),不但能減少使用現(xiàn)有位移計(jì)讀取或采集數(shù)據(jù)的不便,而且準(zhǔn)確、高效,具有重要的實(shí)用價(jià)值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型所述巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置的安裝示意圖;
[0021]圖2是本實(shí)用新型所述巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置的測(cè)量原理示意圖;
[0022]圖中,I一安裝塔、2—發(fā)射天線、3—接收天線、3-1—第一接收天線、3-2—第二接收天線、3-3—第三接收天線、4 一無線信號(hào)發(fā)射器、5—無線信號(hào)接收器、6—無線信號(hào)反射器、6-1—第一無線信號(hào)反射器、6-2—第二無線信號(hào)反射器、6-3—第三無線信號(hào)反射器、7 一數(shù)據(jù)處理器、8-1 一第一鉆孔、8-2 一第二鉆孔、9 一巖體?!揪唧w實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型所述巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的測(cè)量方法及其無線測(cè)量裝置作進(jìn)一步說明。有必要指出的是,以下實(shí)施例只用于對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明,不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制,所屬領(lǐng)域技術(shù)熟悉人員根據(jù)上述實(shí)用新型內(nèi)容,對(duì)本實(shí)用新型做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整進(jìn)行具體實(shí)施,仍屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0024]本實(shí)施例中,無線信號(hào)反射器6為中空球體,由銅制作,中空球體的外徑為25mm、殼體的厚度為5_ ;各發(fā)射天線和接收天線的長度均為20cm,所述芯片為德州儀器公司生產(chǎn)的cc2530芯片。
[0025]本實(shí)施例中,巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置的安裝示意圖見圖1,該測(cè)量裝置包括安裝塔1、發(fā)射天線2、接收天線3、無線信號(hào)發(fā)射器4、無線信號(hào)接收器5、設(shè)置有芯片的無線信號(hào)反射器6和數(shù)據(jù)處理器7 ;無線信號(hào)反射器包括第一無線信號(hào)反射器6-1、第二無線信號(hào)反射器6-2和第三無線信號(hào)反射器6-3,接收天線包括第一接收天線3-1、第二接收天線3-2和第三接收天線3-3 ;
[0026]安裝塔I架設(shè)于被測(cè)基點(diǎn)附近巷道內(nèi)的平坦區(qū)域,安裝塔與被測(cè)基點(diǎn)之間的距離不超過60m,安裝塔的高度為2.5m,無線信號(hào)發(fā)射器4、無線信號(hào)接收器5、數(shù)據(jù)處理器7放置在安裝塔I周圍干燥的區(qū)域;
[0027]發(fā)射天線2安裝在安裝塔I的頂端并且通過信號(hào)傳輸線與無線信號(hào)發(fā)射器4相連,用于發(fā)射從無線信號(hào)發(fā)射器4中接收的無線信號(hào),無線信號(hào)發(fā)射器4還通過數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)處理器7相連,在發(fā)射無線信號(hào)的同時(shí)記錄無線信號(hào)的發(fā)射時(shí)間并將其記錄的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器7 ;
[0028]第一無線信號(hào)反射器6-1和第二無線信號(hào)反射器6-2上分別粘貼有芯片,分別安裝在采煤工程巖體9第一鉆孔8-1內(nèi)的第一被測(cè)基點(diǎn)和第二被測(cè)基點(diǎn)處,第三無線信號(hào)反射器6-3上粘貼有芯片,安裝于第二鉆孔8-2內(nèi)的第三被測(cè)基點(diǎn)處,用于將從發(fā)射天線2接收的無線信號(hào)反射至接收天線,無線信號(hào)反射器反射至接收天線的無線信號(hào)攜帶有所述芯片發(fā)出的該無線信號(hào)反射器對(duì)應(yīng)的被測(cè)基點(diǎn)信息;所述第一鉆孔8-1的直徑為75_、深度為15m、傾角為30°,第一被測(cè)基點(diǎn)位于孔深度14m處,第二被測(cè)基點(diǎn)位于孔深度Sm處;所述第二鉆孔8-2的直徑為75mm、深度為10m、傾角為30°,第三被測(cè)基點(diǎn)位于孔深度8m處;
[0029]第一接收天線3-1、第二接收天線3-2以及第三接收天線3-3安裝在安裝塔上,其中第一接收天線3-1與發(fā)射天線2捆綁在一起并且二者的頂點(diǎn)齊平,第二接收天線3-2和第三接收天線3-3位于發(fā)射天線2的周圍,上述三根接收天線分別通過數(shù)據(jù)傳輸線與無線信號(hào)接收器5相連,將接收到的從無線信號(hào)反射器6反射回的無線信號(hào)傳輸給無線信號(hào)接收器5,無線信號(hào)接收器5還通過數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)處理器7相連,在接收無線信號(hào)的同時(shí)記錄無線信號(hào)的接收時(shí)間并將其記錄的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器7 ;
[0030]數(shù)據(jù)處理器7根據(jù)其接收到的數(shù)據(jù)以及無線信號(hào)在空氣中的傳播速度計(jì)算巖體鉆孔內(nèi)被測(cè)基點(diǎn)的二向坐標(biāo)并保存。
[0031]所述無線測(cè)量裝置的使用方法如下:
[0032]①建立三維笛卡爾坐標(biāo)系,使發(fā)射天線、各個(gè)接收天線以及巖體鉆孔內(nèi)的各被測(cè)基點(diǎn)處于同一三維坐標(biāo)系中,將與發(fā)射天線捆綁在一起的接收天線命名為第一接收天線3-1,以第一接收天線頂點(diǎn)的三向坐標(biāo)為坐標(biāo)原點(diǎn),記作A(0,0,0),測(cè)量并記錄第二接收天線3-2以及第三接收天線3-3頂點(diǎn)的三向坐標(biāo);
[0033]②開啟上述測(cè)量裝置,測(cè)量并計(jì)算被測(cè)基點(diǎn)的三向坐標(biāo)后予以保存,下面以第一被測(cè)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的測(cè)量為例,具體說明三向坐標(biāo)的計(jì)算方法。
[0034]將第二接收天線頂點(diǎn)的三向坐標(biāo)記作B (x2, y2, Z2),第三接收天線頂點(diǎn)的三向坐標(biāo)記作C(x3,y3, z3),具體見表1,將第一被測(cè)基點(diǎn)的三向坐標(biāo)記作(?, y0, Ztl),設(shè)無線信號(hào)在空氣中的傳播速度為c,c = 3X IO8米/秒,無線信號(hào)從發(fā)射天線傳播到無線信號(hào)反射器所經(jīng)歷的時(shí)間為h,無線信號(hào)從無線信號(hào)反射器傳播到第一、第二以及第三接收天線頂點(diǎn)A、B、C處所經(jīng)歷的時(shí)間分別為Wt3 ;
[0035]表1各接收天線頂點(diǎn)的三向坐標(biāo)
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置,其特征在于該測(cè)量裝置包括安裝塔(I)、發(fā)射天線(2)、接收天線(3)、無線信號(hào)發(fā)射器(4)、無線信號(hào)接收器(5)、設(shè)置有芯片的無線信號(hào)反射器(6)和數(shù)據(jù)處理器(7); 發(fā)射天線(2)安裝在安裝塔(I)上并且與無線信號(hào)發(fā)射器(4)相連,用于發(fā)射從無線信號(hào)發(fā)射器⑷中接收的無線信號(hào),無線信號(hào)發(fā)射器⑷還與數(shù)據(jù)處理器(7)相連,在發(fā)射無線信號(hào)的同時(shí)記錄無線信號(hào)的發(fā)射時(shí)間并將其記錄的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器(7), 無線信號(hào)反射器(6)的數(shù)量與巖體鉆孔內(nèi)被測(cè)基點(diǎn)的數(shù)量相同,分別安裝在各巖體鉆孔內(nèi)的各被測(cè)基點(diǎn)處,用于將從發(fā)射天線(2)接收的無線信號(hào)反射至接收天線,無線信號(hào)反射器反射至接收天線的無線信號(hào)攜帶有所述芯片發(fā)出的該無線信號(hào)反射器對(duì)應(yīng)的被測(cè)基點(diǎn)信息, 接收天線(3)的數(shù)量至少為3根,其中I根接收天線與發(fā)射天線捆綁在一起,各接收天線分別安裝在安裝塔上并且分別與無線信號(hào)接收器(5)相連,將接收到的從無線信號(hào)反射器(6)反射回的無線信號(hào)傳輸給無線信號(hào)接收器(5),無線信號(hào)接收器(5)還與數(shù)據(jù)處理器(7)相連,在接收無線信號(hào)的同時(shí)記錄無線信號(hào)的接收時(shí)間并將其記錄的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器(7), 數(shù)據(jù)處理器(7)根據(jù)其接收到的數(shù)據(jù)以及無線信號(hào)在空氣中的傳播速度計(jì)算巖體鉆孔內(nèi)被測(cè)基點(diǎn)的三向坐標(biāo)并保存, 所述安裝塔的安裝位置應(yīng)使所述無線信號(hào)反射器(6)能夠接收到發(fā)射天線(2)發(fā)射的無線信號(hào),所述接收天線能夠接收到無線信號(hào)反射器(6)反射回的無線信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置,其特征在于所述無線信號(hào)反射器為中空球體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置,其特征在于所述無線信號(hào)反射器(6)為金屬材料制作的中空球體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置,其特征在于所述無線信號(hào)反射器(6)為銅或者鋁制作的中空球體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述巖體鉆孔內(nèi)基點(diǎn)三向坐標(biāo)的無線測(cè)量裝置,其特征在于所述發(fā)射天線(2)安裝在安裝塔的頂端。
【文檔編號(hào)】G01B15/06GK203798324SQ201420200454
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】謝晶, 高明忠, 張茹, 徐曉煉, 譚強(qiáng), 李圣偉 申請(qǐng)人:四川大學(xué)