巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置，該裝置包括安裝塔、發(fā)射天線、接收天線、無線信號發(fā)射器、無線信號接收器、設(shè)置有芯片的無線信號反射器和數(shù)據(jù)處理器，發(fā)射天線安裝在安裝塔上且與無線信號發(fā)射器相連，無線信號反射器安裝在各巖體鉆孔內(nèi)的各被測基點處，接收天線安裝在安裝塔上且分別與無線信號接收器相連，無線信號接收器還與數(shù)據(jù)處理器相連。本實用新型提供的巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置，能夠提高巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標測量的準確性和測量效率。
【專利說明】巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于巖體力學參數(shù)測量領(lǐng)域，涉及一種巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在地下工程中，由于掘進作業(yè)破壞了巖體原有應(yīng)力平衡狀態(tài)，導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。為了實現(xiàn)對瓦斯流動以及煤巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)時空演化規(guī)律的研究，需要在現(xiàn)場試驗中通過測量各基點間的位移相對變化量來確定煤體的應(yīng)變量值。
[0004]目前，主要采用鉆孔多點位移計和頂板離層儀測量各基點間的位移相對變化量，這兩種測量手段必須將鉆孔多點位移計或者頂板離層儀的自帶鋼絲的基點推送至鉆孔內(nèi)的目標點進行監(jiān)測。但以上兩種測量手段存在以下問題:(I)由于基點自帶鋼絲，各基點被先后推送至鉆孔內(nèi)的不同目標點，裝設(shè)困難，并且各鋼絲容易混淆并纏繞在一起，這會嚴重影響后期監(jiān)測數(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)場操作時鋼絲很容易彎曲松弛，從而嚴重影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性；(3)上述鉆孔多點位移計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現(xiàn)兩個基點的同時測量，存在測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)測手段的實用性和準確性是亟待解決的問題。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實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)基點三向坐標的無線測量裝置，以提高巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標測量的準確性和測量效率。
[0006]本實用新型提供的巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置，包括安裝塔、發(fā)射天線、接收天線、無線信號發(fā)射器、無線信號接收器、設(shè)置有芯片的無線信號反射器和數(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發(fā)射器相連，用于發(fā)射從無線信號發(fā)射器中接收的無線信號，無線信號發(fā)射器還與數(shù)據(jù)處理器相連，在發(fā)射無線信號的同時記錄無線信號的發(fā)射時間并將其記錄的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器，
[0008]無線信號反射器的數(shù)量與巖體鉆孔內(nèi)被測基點的數(shù)量相同，分別安裝在各巖體鉆孔內(nèi)的各被測基點處，用于將從發(fā)射天線接收的無線信號反射至接收天線，無線信號反射器反射至接收天線的無線信號攜帶有所述芯片發(fā)出的該無線信號反射器對應(yīng)的被測基點信息，
[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接收器相連，將接收到的從無線信號反射器反射回的無線信號傳輸給無線信號接收器，無線信號接收器還與數(shù)據(jù)處理器相連，在接收無線信號的同時記錄無線信號的接收時間并將其記錄的數(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)以及無線信號在空氣中的傳播速度計算巖體鉆孔內(nèi)被測基點的三向坐標并保存，
[0011]所述安裝塔的安裝位置應(yīng)使所述無線信號反射器能夠接收到發(fā)射天線發(fā)射的無線信號，所述接收天線能夠接收到無線信號反射器反射回的無線信號。
[0012]上述測量裝置中，所述無線信號反射器為中空球體；無線信號反射器的直徑越大，對無線信號的反射效果越好，但無線信號反射器的直徑不應(yīng)超過鉆孔的直徑。
[0013]上述測量裝置中，所述無線信號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]上述測量裝置中，為了有利于無線信號的發(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]上述測量裝置中，各無線信號反射器的芯片所攜帶的信息各不相同，芯片發(fā)出的信息會隨無線信號一起被無線信號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具體是從哪一個基點反射而來。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0017]1.本實用新型提供了一種巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置，使用該裝置可準確、方便地獲取孔內(nèi)被測基點的三向坐標，通過被測基點三向坐標的變化情況可準確、實時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.由于本實用新型所述裝置基于無線信號確定被測基點的三向坐標，測量時無需使用自帶鋼絲的基點，因此能降低測量裝置的裝設(shè)難度，同時可避免由于鋼絲纏繞以及松弛造成的測量數(shù)據(jù)失真，能實現(xiàn)地下工程中的位移、變形等數(shù)據(jù)的準確獲取。
[0019]3.本實用新型所述裝置集無線信號的發(fā)射與接收、基點三向坐標數(shù)據(jù)的計算與儲存的功能于一體，實現(xiàn)了基點三向坐標的自動化測量，同一套裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對多個基點三向坐標的同時測定與監(jiān)測，不但能減少使用現(xiàn)有位移計讀取或采集數(shù)據(jù)的不便，而且準確、高效，具有重要的實用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型所述巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置的安裝示意圖；
[0021]圖2是本實用新型所述巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置的測量原理示意圖；
[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 一無線信號發(fā)射器、5—無線信號接收器、6—無線信號反射器、6-1—第一無線信號反射器、6-2—第二無線信號反射器、6-3—第三無線信號反射器、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。【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實用新型所述巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的測量方法及其無線測量裝置作進一步說明。有必要指出的是，以下實施例只用于對本實用新型作進一步說明，不能理解為對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)熟悉人員根據(jù)上述實用新型內(nèi)容，對本實用新型做出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整進行具體實施，仍屬于本實用新型的保護范圍。
[0024]本實施例中，無線信號反射器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]本實施例中，巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置的安裝示意圖見圖1，該測量裝置包括安裝塔1、發(fā)射天線2、接收天線3、無線信號發(fā)射器4、無線信號接收器5、設(shè)置有芯片的無線信號反射器6和數(shù)據(jù)處理器7 ;無線信號反射器包括第一無線信號反射器6-1、第二無線信號反射器6-2和第三無線信號反射器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)于被測基點附近巷道內(nèi)的平坦區(qū)域，安裝塔與被測基點之間的距離不超過60m，安裝塔的高度為2.5m，無線信號發(fā)射器4、無線信號接收器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傳輸線與無線信號發(fā)射器4相連，用于發(fā)射從無線信號發(fā)射器4中接收的無線信號，無線信號發(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)射無線信號的同時記錄無線信號的發(fā)射時間并將其記錄的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器7 ;
[0028]第一無線信號反射器6-1和第二無線信號反射器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)的第一被測基點和第二被測基點處，第三無線信號反射器6-3上粘貼有芯片，安裝于第二鉆孔8-2內(nèi)的第三被測基點處，用于將從發(fā)射天線2接收的無線信號反射至接收天線，無線信號反射器反射至接收天線的無線信號攜帶有所述芯片發(fā)出的該無線信號反射器對應(yīng)的被測基點信息；所述第一鉆孔8-1的直徑為75_、深度為15m、傾角為30°，第一被測基點位于孔深度14m處，第二被測基點位于孔深度Sm處；所述第二鉆孔8-2的直徑為75mm、深度為10m、傾角為30°，第三被測基點位于孔深度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)傳輸線與無線信號接收器5相連，將接收到的從無線信號反射器6反射回的無線信號傳輸給無線信號接收器5，無線信號接收器5還通過數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)處理器7相連，在接收無線信號的同時記錄無線信號的接收時間并將其記錄的數(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)以及無線信號在空氣中的傳播速度計算巖體鉆孔內(nèi)被測基點的二向坐標并保存。
[0031]所述無線測量裝置的使用方法如下:
[0032]①建立三維笛卡爾坐標系，使發(fā)射天線、各個接收天線以及巖體鉆孔內(nèi)的各被測基點處于同一三維坐標系中，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的三向坐標為坐標原點，記作A(0，0，0)，測量并記錄第二接收天線3-2以及第三接收天線3-3頂點的三向坐標；
[0033]②開啟上述測量裝置，測量并計算被測基點的三向坐標后予以保存，下面以第一被測基點三向坐標的測量為例，具體說明三向坐標的計算方法。
[0034]將第二接收天線頂點的三向坐標記作B (x2, y2, Z2),第三接收天線頂點的三向坐標記作C(x3，y3, z3)，具體見表1，將第一被測基點的三向坐標記作(?, y0, Ztl)，設(shè)無線信號在空氣中的傳播速度為c，c = 3X IO8米/秒，無線信號從發(fā)射天線傳播到無線信號反射器所經(jīng)歷的時間為h，無線信號從無線信號反射器傳播到第一、第二以及第三接收天線頂點A、B、C處所經(jīng)歷的時間分別為Wt3 ;
[0035]表1各接收天線頂點的三向坐標
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置，其特征在于該測量裝置包括安裝塔(I)、發(fā)射天線(2)、接收天線(3)、無線信號發(fā)射器(4)、無線信號接收器(5)、設(shè)置有芯片的無線信號反射器(6)和數(shù)據(jù)處理器(7)； 發(fā)射天線(2)安裝在安裝塔(I)上并且與無線信號發(fā)射器(4)相連，用于發(fā)射從無線信號發(fā)射器⑷中接收的無線信號，無線信號發(fā)射器⑷還與數(shù)據(jù)處理器(7)相連，在發(fā)射無線信號的同時記錄無線信號的發(fā)射時間并將其記錄的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器(7)， 無線信號反射器(6)的數(shù)量與巖體鉆孔內(nèi)被測基點的數(shù)量相同，分別安裝在各巖體鉆孔內(nèi)的各被測基點處，用于將從發(fā)射天線(2)接收的無線信號反射至接收天線，無線信號反射器反射至接收天線的無線信號攜帶有所述芯片發(fā)出的該無線信號反射器對應(yīng)的被測基點信息， 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接收器(5)相連，將接收到的從無線信號反射器(6)反射回的無線信號傳輸給無線信號接收器(5)，無線信號接收器(5)還與數(shù)據(jù)處理器(7)相連，在接收無線信號的同時記錄無線信號的接收時間并將其記錄的數(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)以及無線信號在空氣中的傳播速度計算巖體鉆孔內(nèi)被測基點的三向坐標并保存， 所述安裝塔的安裝位置應(yīng)使所述無線信號反射器(6)能夠接收到發(fā)射天線(2)發(fā)射的無線信號，所述接收天線能夠接收到無線信號反射器(6)反射回的無線信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置，其特征在于所述無線信號反射器為中空球體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述巖體鉆孔內(nèi)基點三向坐標的無線測量裝置，其特征在于所述無線信號反射器(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)基點三向坐標的無線測量裝置，其特征在于所述無線信號反射器(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)基點三向坐標的無線測量裝置，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】G01B15/06GK203798324SQ201420200454
【公開日】2014年8月27日 申請日期: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, 李圣偉 申請人:四川大學