本實用新型涉及工程技術中鉆孔灌注樁成孔或地下連續(xù)墻成槽沉渣厚度測量技術領域，具體涉及一種壓力-傾角式沉渣測厚儀。

背景技術：

目前，成樁前的沉渣厚度的方法包括帶傾角測量的測針測餅法，該方法采用傾角傳感器實時測定探頭的傾斜角度并上傳到檢測儀器，實時顯示傾角-探針伸出長度曲線，從傾角曲線上尋找角度突然變大的拐點，拐點對應的探針伸出長度即為沉渣厚度，沒有拐點出現(xiàn)即判定為沉渣厚度超出了探針檢測范圍。但是該方法存在如下不足：當沉渣表面很平整時，測針抵住硬巖并將探頭頂起，若探頭不明顯傾斜，傾角曲線無明顯變化拐點，此時會誤判為沉渣厚度超出了探針檢測范圍；當沉渣表面很不平整時，探頭起始傾斜角度就很大，探頭在傾斜狀態(tài)下工作時，測針稍遇阻力即會使探頭傾斜角度更大，在傾角曲線上會誤判為已經(jīng)達到沉渣下表面。因而該方法測量結果既不可靠也不準確。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要提供一種能夠提高沉渣厚度檢測可靠性和準確性的壓力-傾角式沉渣測厚儀。

一種壓力-傾角式沉渣測厚儀，包括沉渣探頭、通過電纜與沉渣探頭連接的地面電纜絞車、通過信號線與地面電纜絞車連接的地面主機；

沉渣探頭包括密封腔體組件、電機組件、探針組件和探頭電路板；

密封腔體組件包括從下到上依次同軸設置的腔底盤、腔體、腔體蓋；腔體蓋的頂部設有用于固定電纜一端的固定孔，腔體蓋與腔體的頂部密封連接；腔體的底部設有底部固定座，底部固定座的下側通過動密封螺母與腔底盤密封連接；

電機組件包括軸承座、電機、第一齒輪；軸承座的兩端通過連接件與腔體內(nèi)壁固定；電機固定于軸承座上，且電機的動力輸出端與設于軸承座上方的第一齒輪軸連接；

探針組件包括探針、牽引螺母、絲桿、第二齒輪、兩個導向軸；探針設置在牽引螺母底部，探針依次穿過并伸出底部固定座、動密封螺母和腔底盤；牽引螺母與絲桿同軸套合；絲桿的軸承部固定在軸承座上，絲桿的頂部通過設于軸承座上方的第二齒輪與第一齒輪嚙合；兩根導向軸與絲桿平行設置，且導向軸的一端固定在軸承座上，導向軸的另一端固定在動密封螺母的限位孔內(nèi)；牽引螺母兩側的限位凸起與兩根導向軸滑動配合；

探頭電路板的一端固定在腔體蓋內(nèi)側，且探頭電路設于軸承座的另一側；探頭電路板包括控制單元、傾角傳感器、電流A/D轉(zhuǎn)換器、RS485接口、電源模塊；電源模塊分別與控制單元、電機電連接；電流A/D轉(zhuǎn)換器一端與電機電連接，電流A/D轉(zhuǎn)換器另一端與控制單元電連接；傾角傳感器與控制單元電連接；控制單元通過與RS485接口電連接的電纜接收地面主機的控制信號和向地面主機傳輸傾角信號和電機工作電流信號；控制單元的輸出端與電機的控制端電連接；

其中，電機工作電流的相對變化等效于探針所受壓力的相對變化，地面主機實時顯示壓力-探針伸出長度曲線和傾角-探針伸出長度曲線。

本實用新型的壓力-傾角式沉渣測厚儀利用孔底沉渣上下表面不同介質(zhì)的硬度差異，充分考慮測厚時的各種影響因素，將探針所受壓力參量與探頭傾斜角度參量相結合，大大提高了底部沉渣厚度測量的可靠性和準確性。具體的，由于探頭自身重量較重，探針只有抵達孔底硬巖或原土層后，才會導致探針將整個探頭頂起，此時探針所受壓力必然突然變大，用此參量來區(qū)分沉渣下界面可靠且科學。另外，通過探頭傾角參量來判斷探頭的初始狀態(tài)，并對探頭初始狀態(tài)做出調(diào)整，可保證探針垂直向下伸出，提高檢測結果的準確性；同時傾角參量可與壓力參量相互驗證，提高沉渣下表面判定的可靠性。此外本沉渣測厚儀將探針絲桿與電機平行設置，大大減小了探頭的長度，有利于增大沉渣厚度檢測的量程范圍；探針動密封采用唇形壓入式密封與O型密封相結合，提高了探針防水密封的可靠性；將電機工作電流等效于探針所受壓力，簡化了探頭結構，提高了探頭工作可靠性和準確性。

附圖說明

圖1為本實用新型壓力-傾角式沉渣測厚儀的結構示意圖；

圖2為沉渣探頭的結構示意圖；

圖3為圖2中I處放大圖；

圖4為沉渣探頭的剖面圖；

圖5為探頭電路板的結構框圖；

圖6A為壓力-探針伸出長度曲線；

圖6B為傾角-探針伸出長度曲線。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明，應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型提供一種壓力-傾角式沉渣測厚儀，如圖1所示，包括：沉渣探頭100、地面主機200和地面電纜絞車300，沉渣探頭100通過電纜400與地面電纜絞車300連接，地面電纜絞車300通過信號線與地面主機200連接。

如圖1至4所示，沉渣探頭100包括密封腔體組件101、電機組件102、探針組件103和探頭電路板104。具體的，密封腔體組件101包括從下到上依次同軸設置的腔底盤1011、腔體1012、腔體蓋1014。腔體蓋1014的頂部設有用于固定電纜400一端的固定孔1016。腔體蓋1014與腔體1012的頂部密封連接。腔體1012的底部設有底部固定座1017，底部固定座1017的下側通過動密封螺母1013與腔底盤1011密封連接。優(yōu)選的，腔體蓋1014的上方一側設有與電纜400的防水插頭連接的防水插座1015。

電機組件102包括軸承座1021、電機1022、第一齒輪1023。軸承座1021的兩端通過連接件與腔體1012內(nèi)壁固定。電機1022固定于軸承座1021上，且電機1022的動力輸出端與設于軸承座上方的第一齒輪1023軸連接。

探針組件103包括探針1031、牽引螺母1032、限位開關觸頭1033、絲桿1034、上限位開關1035、下限位開關1036、下限位開關固定座1037、第二齒輪1038、兩個導向軸1039。探針1031設置在牽引螺母1032底部，探針1031依次穿過并伸出底部固定座1017、動密封螺母1013和腔底盤1011。牽引螺母1032與絲桿1034同軸套合，且牽引螺母1032的上方設有限位開關觸頭1033。絲桿1034的軸承部固定在軸承座1021上，絲桿1034的頂部通過設于軸承座(1021)上方的第二齒輪1038與第一齒輪1023嚙合。兩根導向軸1039與絲桿1034同軸套合，且導向軸1039的一端固定在軸承座1021上，導向軸1039的另一端固定在動密封螺母1013的限位孔內(nèi)。牽引螺母1032兩側的限位凸起與兩根導向軸1039滑動配合。上限位開關1035的一端固定在軸承座1021底部。下限位開關固定座1037設于底部固定座1017同軸套合。下限位開關固定座1037上設有與上限位開關1035相對設置的下限位開關1036。

優(yōu)選的，動密封螺母1013內(nèi)設有壓入式密封圈和壓緊螺母，探針1031在密封圈內(nèi)來回運動不漏水。具體的，探針1031與密封腔體組件101的動密封采用O型密封圈與唇形壓入式密封圈結合方式，通過調(diào)節(jié)唇形壓入式密封圈壓緊螺母的松緊程度來調(diào)節(jié)動密封的等級，提高密封腔體組件101的防水性能。唇形壓入式密封圈前端的O型密封圈作為第一層密封既可增強防水性能，又可阻擋泥漿細沙對唇形密封圈的損傷，提高動密封的防水效果和使用壽命。

探頭電路板104的一端固定在腔體蓋1014內(nèi)側，且探頭電路板104設于軸承座1021的另一側。如圖5所示，探頭電路板104包括控制單元1041、傾角傳感器1042、電流A/D轉(zhuǎn)換器1043、RS485接口1044、電源模塊1045。電源模塊1045分別與控制單元1041、電機1022電連接。電流A/D轉(zhuǎn)換器1043的一端與電機1022電連接，電流A/D轉(zhuǎn)換器1043另一端與控制單元1041電連接。傾角傳感器1042與控制單元1041電連接?？刂茊卧?041通過與RS485接口電連接的電纜400接收地面主機200的控制信號和向地面主機200傳輸實時測定的傾角信號和電機工作電流信號。其中，RS485接口通過RS485雙絞線與防水插座1015電連接?？刂茊卧?041與上限位開關1035、下限位開關1036電連接?？刂茊卧?041的輸出端與電機1022的控制端電連接。當限位開關觸頭1033觸碰下限位開關1036或上限位開關1035時，控制單元1041控制電機1022停止工作?？刂茊卧?041通過控制電機1022工作控制探針以恒定速度V伸出，同時控制單元1041記錄探針伸出時間T。探針伸出長度即為恒定速度V乘以探針伸出時間T。由于探針受到阻力后，電機的輸出功率增大，與此對應的，電機的輸入功率也增大，電機的工作電流也增大，因此，探針所受壓力通過測定探頭電機工作電流得到，也就是說，電機工作電流的相對變化等效于探針所受壓力的相對變化。地面主機200實時顯示壓力-探針伸出長度曲線和傾角-探針伸出長度曲線。根據(jù)圖6A、6B分別所示的壓力-探針伸出長度曲線、傾角-探針伸出長度曲線，當探針伸出長度為94mm時，傾角和壓力突變，則判定沉渣厚度為94mm。

其中，地面電纜絞車既可為電動絞車，也可為手動絞車。電纜絞車帶有電纜下放深度檢測功能和下限位功能。探頭下放到孔底沉渣表面后電纜松弛，觸動電纜絞車的下限位開關，電纜絞車停止電纜下放。

使用本實用新型的壓力-傾角式沉渣測厚儀進行沉渣厚度測量的具體步驟如下：

步驟(1)：將沉渣探頭的防水插座連接到與電纜絞車連接的電纜的防水插頭上，電纜絞車通過信號線與地面主機連接；并設置地面主機參數(shù)，包括探針運動最大行程；

步驟(2)：地面主機向控制單元發(fā)送啟動測量信號，并開始記錄探針伸出時間；控制單元接收啟動信號后控制沉渣探頭內(nèi)的電機工作，使探針以恒定速度伸出；控制單元實時監(jiān)測沉渣探頭的傾角和電機工作電流，并傳輸至地面主機；

步驟(3)：地面主機實時顯示探頭壓力-探針伸出長度曲線和傾角-探針伸出長度曲線；其中，電機工作電流的相對變化等效于探針所受壓力的相對變化；探針伸出長度等于探針伸出時間乘以恒定速度；

步驟(4)：探針抵達沉渣底部的硬巖層時，探針伸出受阻并將沉渣探頭慢慢頂起，電機負載驟然增大，電機工作電流也突然增大，沉渣探頭的傾角也開始增大，地面主機的探頭壓力-探針伸出長度曲線和傾角-探針伸出長度曲線出現(xiàn)拐點；同時出現(xiàn)的拐點處對應的探針伸出長度即為沉渣厚度；

步驟(5)：探針繼續(xù)伸出，直至到達探針運動最大行程，沉渣探頭的限位開關觸頭觸碰下限位開關動作，控制單元控制電機停止工作，地面主機停止記錄探針伸出時間并向控制單元發(fā)送停止測量信號；

步驟(6)：控制單元接收停止測量信號，控制電機反轉(zhuǎn)，探針回收；限位開關觸碰上限位開關動作，控制單元控制電機停止工作，測量結束。

優(yōu)選的，在執(zhí)行步驟(2)之前進行探頭傾角校正步驟(1.1)；探頭傾角校正步驟過程如下：

步驟(a)：沉渣探頭通過電纜絞車下放到孔底沉渣表面，沉渣探頭的傾角傳感器實時檢測沉渣探頭的傾角并傳輸至沉渣探頭的控制單元，控制單元將傾角傳輸至地面主機；

步驟(b)：地面主機判斷傾角是否大于預設的探頭傾角閾值，如果是，慢慢上提沉渣探頭，直至沉渣探頭的傾角小于探頭傾角閾值，電纜絞車停止提升；如果否，轉(zhuǎn)入步驟(2)。

本實用新型的壓力-傾角式沉渣測厚儀通過同步測定探頭傾角和探針壓力，兩者相互驗證，提高了沉渣下分界面判定的可靠性和準確性。同時，電機組件與探針組件并排安裝，通過齒輪對嚙合帶動探針來回運動，大大縮短了探頭的長度，有利于增加探針行程，增加沉渣厚度檢測量程范圍；探針動密封采用唇形壓入式密封與O型密封相結合，提高了探針防水密封的可靠性；將電機工作電流等效于探針所受壓力，簡化了探頭結構，提高了探頭工作可靠性和準確性。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。