專利名稱：非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)中的探測導(dǎo)向發(fā)射探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)中的探測導(dǎo)向發(fā)射探頭。尤其是涉及一種具有不破壞環(huán)境、不影響交通、鋪管精度高、施工安全性好、周期短、成本低，并可廣泛用于市政、電信、電力、石油、天然氣、煤氣、自來水、熱力、排污等一些無法實(shí)施開挖作業(yè)的地區(qū)，在地表不挖槽的情況下，鋪設(shè)地下管線工程的非開挖水平鉆進(jìn)孔內(nèi)隨鉆高精度非開挖導(dǎo)向儀中的探測導(dǎo)向發(fā)射探頭。
背景技術(shù)：
目前在我國大部分地區(qū)的市政、電信、電力、石油、天然氣、煤氣、自來水、熱力、排污等的地下鋪設(shè)管線工程仍采用人工或機(jī)械設(shè)備進(jìn)行開放挖槽埋管埋線方法作業(yè)，普遍存在著環(huán)境污染嚴(yán)重、施工安全性差、鋪管精度低、交通堵塞頻繁、費(fèi)工費(fèi)時(shí)作業(yè)成本大大提高，很不經(jīng)濟(jì)。因此，國際上少數(shù)發(fā)達(dá)國家已開發(fā)使用非開挖鋪管技術(shù)，即在地表不開放挖槽的情況下，利用水平鉆進(jìn)孔內(nèi)隨鉆檢測及地面跟蹤指揮地下鉆頭鉆進(jìn)方向的導(dǎo)向系統(tǒng)鋪設(shè)地下管線。這項(xiàng)技術(shù)除了美、英、日等少數(shù)發(fā)達(dá)國家開始使用外，其他國家包括我國還處于開發(fā)的空白。從國外的一些公司的產(chǎn)品來看，其導(dǎo)向的精度，深度和功能雖然能滿足某些工程的作業(yè)要求。但是，從技術(shù)角度分析，這些導(dǎo)向系統(tǒng)在功能上還不夠全面，還不適合我國的國情。在性能和可靠性上還不夠完善，同時(shí)其價(jià)格也極其昂貴。不利于在我國大量推廣使用。
非開挖鋪管技術(shù)是指利用各種巖土鉆掘的設(shè)備和技術(shù)手段，在地表不開挖溝槽的條件下，鋪設(shè)、更換各種地下管線的施工技術(shù)。它與傳統(tǒng)的挖槽鋪管的施工方法相比，具有不影響交通、環(huán)保、施工時(shí)間短、成本低、應(yīng)用廣泛等許多特點(diǎn)。非開挖施工法中應(yīng)用較廣的為水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法，它可根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的鋪管線路驅(qū)動(dòng)裝有契形鉆頭的鉆桿從地面鉆入，并用非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)導(dǎo)向，引導(dǎo)地下鉆頭進(jìn)行定向鉆進(jìn)來實(shí)施非開挖鋪設(shè)地下管線的目的。在非開挖導(dǎo)向鉆進(jìn)中，關(guān)鍵技術(shù)是應(yīng)用高精度非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)對鉆孔軌跡進(jìn)行控制。而高精度非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)又是整個(gè)鉆進(jìn)機(jī)械設(shè)備的核心。所以解決非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)的技術(shù)問題對我國大量推廣使用現(xiàn)代非開挖鋪管技術(shù)將帶來深遠(yuǎn)的意義。
非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)主要由地下探測導(dǎo)向發(fā)射探頭、地面跟蹤接收導(dǎo)向器和鉆機(jī)同步顯示器三部分組成，工作時(shí)置于鉆頭內(nèi)的探測導(dǎo)向發(fā)射探頭將鉆頭所處的位置和工況姿態(tài)參數(shù)，通過低頻無線電信號發(fā)射給地面跟蹤接收導(dǎo)向器，操作人員根據(jù)所按收的信號參數(shù)指揮鉆機(jī)駕駛員及時(shí)修正和更改當(dāng)前的操作，以保證鉆頭按照設(shè)計(jì)的路線軌跡完成施工。同時(shí)地面跟蹤接收導(dǎo)向器又將各種接收到的信號參數(shù)通過無線電發(fā)送給同步顯示器顯示出來，供駕駛員操作指示，同時(shí)將各種數(shù)據(jù)保存起來。
高精度導(dǎo)向系統(tǒng)的核心部件之一是探測導(dǎo)向發(fā)射探頭，而探測導(dǎo)向發(fā)射探頭是導(dǎo)向非開挖鉆進(jìn)的關(guān)鍵，置于導(dǎo)向鉆頭的內(nèi)部，用來監(jiān)測鉆頭所處的姿態(tài)，把導(dǎo)向鉆頭的面向角，俯仰角，溫度，電池剩余能量等重要信號參數(shù)檢測出來，并把信息準(zhǔn)確無誤地傳送給地面跟蹤接收器，讓地面操作人員實(shí)時(shí)掌握鉆孔軌跡，并對軌跡實(shí)時(shí)控制，達(dá)到精確定向的目的。
由于探測導(dǎo)向發(fā)射探頭必須獲得準(zhǔn)確的第一手信息資料，再加上探測導(dǎo)向發(fā)射探頭安裝于地下導(dǎo)向鉆頭內(nèi)部，發(fā)射的電磁波又必須對各類巖土地層具有很強(qiáng)的穿透能力，還必須面對各種復(fù)雜的電磁干擾。所以目前的探頭在性能方面還存在探測導(dǎo)向精度低、溫度漂移大、抗干擾、抗震動(dòng)差，發(fā)射功率偏小、耗能高、及滿足一定波特率的前提下，信號發(fā)射衰減大、地層穿透力弱的一系列技術(shù)問題。因此如何選擇具有地層穿透力強(qiáng)、衰減小的發(fā)射頻率也是首要考慮的問題。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，為了解決目前發(fā)射探頭探測精度低、溫度漂移大、抗干擾、震動(dòng)差，發(fā)射功率小、耗能高、及信號發(fā)射衰減大、地層穿透力弱的技術(shù)問題。本實(shí)用新型的目的是提供一種非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)中的探測導(dǎo)向發(fā)射探頭。該探測導(dǎo)向發(fā)射探頭具有探測精度高、溫度漂移小、抗干擾、震動(dòng)能力強(qiáng)、發(fā)射功率大耗能低、信號發(fā)射衰減小、地層穿透力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。并可靠性高，穩(wěn)定性好，成本低廉，并完全適合我國的國情，再加上市場價(jià)格極其低廉，利于在我國大量推廣使用?？蓮V泛用于市政、電信、電力、石油、天然氣、煤氣、自來水、熱力、排污等一些無法實(shí)施開挖作業(yè)的地區(qū)鋪設(shè)管線工程的高精度導(dǎo)向系統(tǒng)中。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是它包括可以測量鉆頭傾角(以水平面為基準(zhǔn)-50度-+50度)的傾角傳感器、可以測量地下鉆頭面向角(以地下鉆頭軸芯為基準(zhǔn)0度-360度)的面向角傳感器、可以測量工作溫度的溫度傳感器、可以測量電池工作能量大小的電池電量取樣端，他們分別與可以進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換-編碼-環(huán)境溫度補(bǔ)償工作的CPU組各個(gè)輸入端互連，CPU組將各傳感器采集的信息利用軟件轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼串行信號并進(jìn)行環(huán)境溫度補(bǔ)償后送入與之互連的反相器，反相器將數(shù)字編碼串行信號送入信號調(diào)制電路轉(zhuǎn)換成載頻為1kHz-50kHz的調(diào)制信號，信號調(diào)制電路將調(diào)制信號送入與之互連的功率放大器、功率放大器將調(diào)制信號放大通過與之互連的電磁波發(fā)射線圈將調(diào)制信號發(fā)射回地面，由本實(shí)用新型探測導(dǎo)向發(fā)射探頭以外的地面跟蹤接收導(dǎo)向器接收，組成可以在地表不開挖溝槽的條件下，鋪設(shè)、更換各種地下管線的非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)。在所述的CPU組中燒錄固化了相應(yīng)的軟件功能程序，該程序包含了初始化程序、數(shù)據(jù)采集慮波、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)串行發(fā)送、休眠設(shè)定程序、溫度補(bǔ)償程序、節(jié)電模式程序、軟件看門狗程序(程序不走飛)、從而保證了探測導(dǎo)向發(fā)射探頭不僅具有國外同類產(chǎn)品的全部性能，而且性能優(yōu)良、工作時(shí)間長、可靠性高、穩(wěn)定性好、成本低廉、能夠精確穩(wěn)定地工作。
在所述的面向角傳感器、傾角傳感器、溫度傳感器、電池電量取樣端、CPU組、反相器、信號調(diào)制電路、功率放大器、電磁波發(fā)射線圈中包括所述的CPU組(5)是由下述電路組合而成，即U3(CPU)的1、7、8、17、18、19腳，分別與程序的在線燒錄口U4(ISP)的1、2、3、4、5、6腳相連，4腳和電阻R4的一端與按鍵S1的一端的交點(diǎn)相連，電阻R4的另一端接電源+5V，按鍵S1的另一端接地，9腳和晶振Y1的一端與C6的一端交點(diǎn)相連，10腳和晶振Y1的另一端與電容C5的一端的交點(diǎn)相連，電容C5的另一端和電容C6的另一端與地相連、8、21腳分別與電容C9兩端相連，8、22腳相連；CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的28、26、23、24腳分別與由雙軸加速度計(jì)U1、電容C1、C2、電阻R1組成的傾角傳感器(2)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1的12腳和電容C1、11腳和電容C2及由加速度計(jì)U2、電容C3、C4、電阻R3組成的面向角傳感器(1)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U2的12腳和電容C3、11腳和電容C4的交點(diǎn)相連，電容C1、C2、C3、C4的另一端接地，雙軸加速度計(jì)U1、U3的4，7腳和地相連，13、14腳和電源+5V相連，5腳分別和電阻R1、R3的一端相連，電阻R1、R3的另一端和地相連；CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)25腳與溫度傳感器(3)內(nèi)U4的2腳相連，溫度傳感器(3)內(nèi)U4的1腳與電源+5V相連，3腳與地相連，CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)3、15腳分別和由集成電路U6、電阻R3組成的反相器(6)內(nèi)集成電路U6的1腳與電阻R3的交點(diǎn)相連，電阻R3的另一端接電源+5V；CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)27腳與電池電量取樣端(4)相連，反相器(6)內(nèi)集成電路U6的2腳和由集成電路U7、電阻R5組成的信號調(diào)制電路(7)內(nèi)集成電路U7的5腳與7腳的交點(diǎn)相連；4腳和信號調(diào)制電路(7)內(nèi)集成電路U7的1腳與4腳的交點(diǎn)相連；反相器(6)內(nèi)集成電路U6的5、7、9、11及13腳都接地；14腳和電源+5V相連。信號調(diào)制電路(7)內(nèi)集成電路U7的2腳與3腳的交點(diǎn)和電阻R5的一端相連，電阻R5的另一端和由晶體管U8、電容C7、C8組成的功率放大器(8)內(nèi)晶體管U8的基極相連；信號調(diào)制電路(7)內(nèi)U7的7腳接地，14腳和電源+5V相連；功率放大器(8)內(nèi)晶體管U8的發(fā)射極接地，集電極和電容C7、C8及電磁波發(fā)射線圈(4)的交點(diǎn)相連，電容C7、C8和電磁波發(fā)射線圈(4)的另一端的交點(diǎn)與電源+5V相連。
工作時(shí)，傾角傳感器(2)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1(雙軸為X軸和Y軸，他們相互垂直)的11腳即X軸、12腳即Y軸、電容C1、C2以及CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的28腳、26腳用于對地下鉆頭傾角的測量，傾角傳感器(2)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1的11腳輸出的電壓值和12腳輸出的電壓值隨著X、Y軸相對水平位置的改變而改變，其輸出經(jīng)電容C1、C2濾波后進(jìn)入CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的28、26腳進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到X、Y軸的輸出數(shù)字量，再參考此時(shí)的傾角傳感器(2)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1的X、Y軸的數(shù)字輸出量，便可得對應(yīng)于傾角的數(shù)字編碼串行信號，測量范圍為以水平面作基準(zhǔn)-50度-+50度角；面向角傳感器(1)雙軸加速度計(jì)U2(雙軸為X軸和Y軸(他們相互垂直)的11、12腳、電容C3、C4和CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的24、23腳構(gòu)成對地下鉆頭面向角的測量，面向角以地下鉆頭軸芯為基準(zhǔn)全方位的360度采用“12點(diǎn)”表示，每點(diǎn)的范圍為30度；面向角傳感器(1)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U2和傾角傳感器(2)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1要相對垂直，它們的X軸相互垂直，Y軸相互重合；面向角傳感器(1)雙軸加速度計(jì)U2(垂直水平放置)的11腳即X軸相對重力加速度方向的改變而改變，其輸出電壓經(jīng)電容C3濾波后進(jìn)入CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的24腳，面向角傳感器(1)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U2的12腳即Y軸相對重力加速度方向的改變而改變，其輸出電壓經(jīng)電容C4濾波后進(jìn)入CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的23腳，他們的電壓值分別由對應(yīng)的CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的23，24腳進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到X、Y軸的輸出數(shù)字量，再參考此時(shí)的面向角傳感器(1)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U2的X、Y軸的數(shù)字輸出量，便可得對應(yīng)于面向角的數(shù)字編碼串行信號；溫度傳感器(3)即U4的2腳和CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的25腳用于對地下鉆頭的溫度的測量，其靈敏度為10毫伏每度，即當(dāng)溫度傳感器周圍的環(huán)境溫度每改變1度時(shí)，其2腳電壓輸出就改變10毫伏，2腳輸出經(jīng)CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的25腳模數(shù)轉(zhuǎn)換，就得到對應(yīng)于溫度值的數(shù)字編碼串行信號；電池電量取樣端(4)內(nèi)的電源正端接CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的27腳進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的內(nèi)部參考電壓源為基準(zhǔn)，當(dāng)電池的電壓高于基準(zhǔn)電壓若干伏時(shí)其模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的數(shù)量值為若干值，當(dāng)?shù)陀诨鶞?zhǔn)電壓時(shí)，相對基準(zhǔn)電壓輸出的電壓每減少10毫伏，數(shù)值量就減1；由CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的27腳模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)量值就可得到對應(yīng)于即時(shí)電壓值的數(shù)字編碼串行信號；CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的3腳為串行輸出口，上述傾角、面向角、溫度值及電池量利用軟件經(jīng)U3(CPU)AD轉(zhuǎn)換-編碼后由此串行口串行輸出，經(jīng)反相器(6)內(nèi)集成電路U6的1腳進(jìn)2腳反相輸出、輸入到信號調(diào)制電路(7)內(nèi)電子開關(guān)集成電路U7的的通/斷控制端5、13腳(高電平通，低電平斷)作為調(diào)制信號；CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的15腳輸出1kHz-50kHz的頻率作為載波經(jīng)反相器(6)內(nèi)集成電路U6的3腳進(jìn)4腳反相輸出加到信號調(diào)制電路(7)內(nèi)集成電路U7的1、4腳輸入，然后由傾角、面向角、溫度值及電池量組成的數(shù)字編碼串行信號作為調(diào)制信號調(diào)制載波；信號調(diào)制電路(7)內(nèi)集成電路U7的2、3腳輸出的調(diào)制波經(jīng)過電阻R5加到功率放大器(8)內(nèi)晶體管U8的基極，由集電極放大經(jīng)電磁波發(fā)射線圈(4)和電容C7、C8構(gòu)成中心頻率為1kHz-50kHz的的選頻回路將數(shù)字編碼串行調(diào)制信號發(fā)射出去；
CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的9、10腳和電容C5、C6及晶振Y1組成CPU的振蕩源，21腳即內(nèi)部參考電壓源腳通過電容C9和22腳的交點(diǎn)相連以降低模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)的噪聲；電阻R4，按鍵開關(guān)S1以及CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的4腳(外中斷腳)構(gòu)成對探測導(dǎo)向發(fā)射探頭的觸發(fā)換頻，電阻R4為上拉電阻將CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的4腳拉成高電平，正常使用時(shí)用一默認(rèn)頻率，當(dāng)需要換頻時(shí)，按下S1(S1的一端接地)使得U2的4腳變?yōu)榈碗娖蕉a(chǎn)生中斷，從而達(dá)到換頻的目。
由于本實(shí)用新型采用上述的技術(shù)方案，所以探測導(dǎo)向發(fā)射探頭性能優(yōu)良、工作時(shí)間長、可靠性高、穩(wěn)定性好、成本低廉、能夠精確穩(wěn)定地工作，并完全適合我國的國情，再加上市場價(jià)格極其低廉，利于在我國大量推廣使用，達(dá)到了廣泛用于市政、電信、電力、石油、天然氣、煤氣、自來水、熱力、排污等一些無法實(shí)施開挖作業(yè)的地區(qū)鋪設(shè)管線工程的高精度導(dǎo)向儀系統(tǒng)中的目的。
本實(shí)用新型的有益效果是1.由于采用了加速度計(jì)作為面向角、傾角姿態(tài)的傳感器，體積小、功能強(qiáng)的單片CPU作為信號AD轉(zhuǎn)換及編碼調(diào)制，使整個(gè)探頭體積小、精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾、抗震動(dòng)能力強(qiáng)，調(diào)試方便、壽命長、噪聲低、顯著提高了綜合性能。
2.選擇合適的低頻方式(1kHz-50kHz)發(fā)射無線電磁波和采用無磁材料作為結(jié)構(gòu)件，使信號發(fā)射衰減小、地層穿透力強(qiáng)、發(fā)射效率高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。
3.由于設(shè)置了休眠模式，所以當(dāng)?shù)叵裸@頭停止工作到設(shè)定時(shí)間時(shí)，探測導(dǎo)向發(fā)射探頭立即轉(zhuǎn)入到節(jié)電模式，地下鉆頭一旦恢復(fù)工作，探測導(dǎo)向發(fā)射探頭馬上復(fù)活，恢復(fù)工作，節(jié)省了電池能量，保證了探測導(dǎo)向發(fā)射探頭的長時(shí)間正常穩(wěn)定地工作。
4.由于利用軟件進(jìn)行溫度補(bǔ)償，所以極大地提高了探頭的抗溫漂能力。
5.由于采用了軟件冗余設(shè)計(jì)，設(shè)置了軟件陷阱(看門狗)，定時(shí)喂狗，保證了探測導(dǎo)向發(fā)射探頭電路正常工作(程序不走飛)。


圖一是本實(shí)用新型的電原理框圖。
圖二是本實(shí)用新型的實(shí)施例具體電路圖圖中1面向角傳感器、2傾角傳感器、3溫度傳感器、4電池電量取樣端、5CPU組、6反相器、7信號調(diào)制電路、8功率放大器、9電磁波發(fā)射線圈。
具體實(shí)施方式
在圖一中，可以測量鉆頭傾角(以水平面為基準(zhǔn)-50度-+50度)的傾角傳感器(2)、可以測量鉆頭面向角(以鉆頭軸芯為基準(zhǔn)0度-360度)的面向角傳感器(1)、可以測量工作溫度的溫度傳感器(3)、可以測量電池工作能量大小的電池電量取樣端(4)，分別與可以進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換-編碼-環(huán)境溫度補(bǔ)償工作的CPU組(5)各個(gè)輸入端互連，CPU組(5)將各傳感器采集的信息利用軟件轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼串行信號并進(jìn)行環(huán)境溫度補(bǔ)償后送入與之互連的反相器(6)、反相器(6)將數(shù)字編碼串行信號送入信號調(diào)制電路(7)轉(zhuǎn)換成載頻為1kHz-50kHz的調(diào)制信號、信號調(diào)制電路(7)將調(diào)制信號送入與之互連的功率放大器(8)、功率放大器(8)將調(diào)制信號放大通過與之互連的電磁波發(fā)射線圈(9)將調(diào)制信號發(fā)射回地面，由本實(shí)用新型探測導(dǎo)向發(fā)射探頭以外的地面跟蹤接收導(dǎo)向器接收，組成可以在地表不開挖溝槽的條件下，鋪設(shè)、更換各種地下管線的非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)。
參考圖一，所述的CPU組(5)中燒錄固化了相應(yīng)的軟件功能程序，該程序包含了初始化程序、數(shù)據(jù)采集慮波、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)串行發(fā)送、休眠設(shè)定程序、溫度補(bǔ)償程序、節(jié)電模式程序、軟件看門狗程序(程序不走飛)、從而保證了探測導(dǎo)向發(fā)射探頭精確穩(wěn)定地工作。
在圖二所示的實(shí)施例中，所述的CPU組(5)是由下述電路組合而成，即U3(CPU)的1、7、8、17、18、19腳，分別與程序的在線燒錄口U4(ISP)的1、2、3、4、5、6腳相連，4腳和電阻R4的一端與按鍵S1的一端的交點(diǎn)相連，電阻R4的另一端接電源+5V，按鍵S1的另一端接地，9腳和晶振Y1的一端與C6的一端交點(diǎn)相連，10腳和晶振Y1的另一端與電容C5的一端的交點(diǎn)相連，電容C5的另一端和電容C6的另一端與地相連、8、21腳分別與電容C9兩端相連，8、22腳相連；CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的28、26、23、24腳分別與由雙軸加速度計(jì)U1、電容C1、C2、電阻R1組成的傾角傳感器(2)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1的12腳和電容C1、11腳和電容C2及由加速度計(jì)U2、電容C3、C4、電阻R3組成的面向角傳感器(1)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U2的12腳和電容C3、11腳和電容C4的交點(diǎn)相連，電容C1、C2、C3、C4的另一端接地，雙軸加速度計(jì)U1、U3的4，7腳和地相連，13、14腳和電源+5V相連，5腳分別和電阻R1、R3的一端相連，電阻R1、R3的另一端和地相連；CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)25腳與溫度傳感器(3)內(nèi)U4的2腳相連，溫度傳感器(3)內(nèi)U4的1腳與電源+5V相連，3腳與地相連，CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)3、15腳分別和由集成電路U6、電阻R3組成的反相器(6)內(nèi)集成電路U6的1腳與電阻R3的交點(diǎn)相連，電阻R3的另一端接電源+5V；CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)27腳與電池電量取樣端(4)相連，反相器(6)內(nèi)集成電路U6的2腳和由集成電路U7、電阻R5組成的信號調(diào)制電路(7)內(nèi)集成電路U7的5腳與7腳的交點(diǎn)相連；4腳和信號調(diào)制電路(7)內(nèi)集成電路U7的1腳與4腳的交點(diǎn)相連；反相器(6)內(nèi)集成電路U6的5、7、9、11及13腳都接地；14腳和電源+5V相連。信號調(diào)制電路(7)內(nèi)集成電路U7的2腳與3腳的交點(diǎn)和電阻R5的一端相連，電阻R5的另一端和由晶體管U8、電容C7、C8組成的功率放大器(8)內(nèi)晶體管U8的基極相連；信號調(diào)制電路(7)內(nèi)U7的7腳接地，14腳和電源+5V相連；功率放大器(8)內(nèi)晶體管U8的發(fā)射極接地，集電極和電容C7、C8及電磁波發(fā)射線圈(4)的交點(diǎn)相連，電容C7、C8和電磁波發(fā)射線圈(4)的另一端的交點(diǎn)與電源+5V相連。
工作時(shí)，傾角傳感器(2)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1(雙軸為X軸和Y軸，他們相互垂直)的11腳即X軸、12腳即Y軸、電容C1、C2以及CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的28腳、26腳用于對地下鉆頭傾角的測量，傾角傳感器(2)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1的11腳輸出的電壓值和12腳輸出的電壓值隨著X、Y軸相對水平位置的改變而改變，其輸出經(jīng)電容C1、C2濾波后進(jìn)入CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的28、26腳進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到X、Y軸的輸出數(shù)字量，再參考此時(shí)的傾角傳感器(2)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1的X、Y軸的數(shù)字輸出量，便可得對應(yīng)于傾角的數(shù)字編碼串行信號，測量范圍為以水平面作基準(zhǔn)-50度-+50度角；
面向角傳感器(1)雙軸加速度計(jì)U2(雙軸為X軸和Y軸(他們相互垂直)的11、12腳、電容C3、C4和CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的24、23腳構(gòu)成對地下鉆頭面向角的測量，面向角以地下鉆頭軸芯為基準(zhǔn)全方位的360度采用“12點(diǎn)”表示，每點(diǎn)的范圍為30度；面向角傳感器(1)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U2和傾角傳感器(2)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1要相對垂直，它們的X軸相互垂直，Y軸相互重合；面向角傳感器(1)雙軸加速度計(jì)U2(垂直水平放置)的11腳即X軸相對重力加速度方向的改變而改變，其輸出電壓經(jīng)電容C3濾波后進(jìn)入CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的24腳，面向角傳感器(1)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U2的12腳即Y軸相對重力加速度方向的改變而改變，其輸出電壓經(jīng)電容C4濾波后進(jìn)入CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的23腳，他們的電壓值分別由對應(yīng)的CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的23，24腳進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到X、Y軸的輸出數(shù)字量，再參考此時(shí)的面向角傳感器(1)內(nèi)雙軸加速度計(jì)U2的X、Y軸的數(shù)字輸出量，便可得對應(yīng)于面向角的數(shù)字編碼串行信號；溫度傳感器(3)即U4的2腳和CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的25腳用于對地下鉆頭的溫度的測量，其靈敏度為10毫伏每度，即當(dāng)溫度傳感器周圍的環(huán)境溫度每改變1度時(shí)，其2腳電壓輸出就改變10毫伏，2腳輸出經(jīng)CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的25腳模數(shù)轉(zhuǎn)換，就得到對應(yīng)于溫度值的數(shù)字編碼串行信號；電池電量取樣端(4)內(nèi)的電源正端接CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的27腳進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的內(nèi)部參考電壓源為基準(zhǔn)，當(dāng)電池的電壓高于基準(zhǔn)電壓若干伏時(shí)其模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的數(shù)量值為若干值，當(dāng)?shù)陀诨鶞?zhǔn)電壓時(shí)，相對基準(zhǔn)電壓輸出的電壓每減少10毫伏，數(shù)值量就減1；由CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的27腳模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)量值就可得到對應(yīng)于即時(shí)電壓值的數(shù)字編碼串行信號；CPU組(5)內(nèi)的U3(CPU)的3腳為串行輸出口，上述傾角、面向角、溫度值及電池量利用軟件經(jīng)U3(CPU)AD轉(zhuǎn)換-編碼后由此串行口串行輸出，經(jīng)反相器(6)內(nèi)集成電路U6的1腳進(jìn)2腳反相輸出、輸入到信號調(diào)制電路(7)內(nèi)電子開關(guān)集成電路U7的的通/斷控制端5、13腳(高電平通，低電平斷)作為調(diào)制信號；CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的15腳輸出1kHz-50kHz的頻率作為載波經(jīng)反相器(6)內(nèi)集成電路U6的3腳進(jìn)4腳反相輸出加到信號調(diào)制電路(7)內(nèi)集成電路U7的1、4腳輸入，然后由傾角、面向角、溫度值及電池量組成的數(shù)字編碼串行信號作為調(diào)制信號調(diào)制載波；信號調(diào)制電路(7)內(nèi)集成電路U7的2、3腳輸出的調(diào)制波經(jīng)過電阻R5加到功率放大器(8)內(nèi)晶體管U8的基極，由集電極放大經(jīng)電磁波發(fā)射線圈(4)和電容C7、C8構(gòu)成中心頻率為1kHz-50kHz的的選頻回路將數(shù)字編碼串行調(diào)制信號發(fā)射出去；CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的9、10腳和電容C5、C6及晶振Y1組成CPU的振蕩源，21腳即內(nèi)部參考電壓源腳通過電容C9和22腳的交點(diǎn)相連以降低模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)的噪聲；電阻R4，按鍵開關(guān)S1以及CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的4腳(外中斷腳)構(gòu)成對探測導(dǎo)向發(fā)射探頭的觸發(fā)換頻，電阻R4為上拉電阻將CPU組(5)內(nèi)U3(CPU)的4腳拉成高電平，正常使用時(shí)用一默認(rèn)頻率，當(dāng)需要換頻時(shí)，按下S1(S1的一端接地)使得U2的4腳變?yōu)榈碗娖蕉a(chǎn)生中斷，從而達(dá)到換頻的目。
權(quán)利要求1.一種非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)中的探測導(dǎo)向發(fā)射探頭，包含有面向角傳感器、傾角傳感器、溫度傳感器、電池電量取樣端、CPU組、反相器、信號調(diào)制電路、功率放大器、電磁波發(fā)射線圈，其特征是U3的1、7、8、17、18、19腳，分別與程序的在線燒錄口U4的1、2、3、4、5、6腳相連，4腳和電阻R4的一端與按鍵S1的一端的交點(diǎn)相連，電阻R4的另一端接電源+5V，按鍵S1的另一端接地，9腳和晶振Y1的一端與C6的一端交點(diǎn)相連，10腳和晶振Y1的另一端與電容C5的一端的交點(diǎn)相連，電容C5的另一端和電容C6的另一端與地相連、8、21腳分別與電容C9兩端相連，8、22腳相連組合成CPU組；CPU組內(nèi)U3的28、26、23、24腳分別與由雙軸加速度計(jì)U1、電容C1、C2、電阻R1組成的傾角傳感器內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1的12腳和電容C1、11腳和電容C2及由加速度計(jì)U2、電容C3、C4、電阻R3組成的面向角傳感器內(nèi)雙軸加速度計(jì)U2的12腳和電容C3、11腳和電容C4的交點(diǎn)相連，電容C1、C2、C3、C4的另一端接地，雙軸加速度計(jì)U1、U3的4，7腳和接地，13、14腳和電源+5V相連，5腳分別和電阻R1、R3相連，電阻R1、R3的另一端接地；CPU組內(nèi)U3的25腳與溫度傳感器內(nèi)U4的2腳相連，溫度傳感器內(nèi)U4的1腳與電源+5V相連，3腳與地相連，CPU組內(nèi)U33、15腳分別和由集成電路U6、電阻R3組成的反相器內(nèi)集成電路U6的1腳與電阻R3的交點(diǎn)相連，電阻R3的另一端接電源+5V；CPU組內(nèi)U3的27腳與電池電量取樣端相連，反相器內(nèi)集成電路U6的2腳和由集成電路U7、電阻R5組成的信號調(diào)制電路內(nèi)集成電路U7的5腳與7腳的交點(diǎn)相連；4腳和信號調(diào)制電路內(nèi)集成電路U7的1腳與4腳的交點(diǎn)相連；反相器內(nèi)集成電路U6的5、7、9、11及13腳都接地；14腳和電源+5V相連。信號調(diào)制電路內(nèi)集成電路U7的2腳與3腳的交點(diǎn)和電阻R5的一端相連，電阻R5的另一端和由晶體管U8、電容C7、C8組成的功率放大器內(nèi)晶體管U8的基極相連；信號調(diào)制電路內(nèi)U7的7腳接地，14腳和電源+5V相連；功率放大器內(nèi)晶體管U8的發(fā)射極接地，集電極和電容C7、C8及電磁波發(fā)射線圈的交點(diǎn)相連，電容C7、C8和電磁波發(fā)射線圈的另一端的交點(diǎn)與電源+5V相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)中的探測導(dǎo)向發(fā)射探頭，其特征是所述的面向角以地下鉆頭軸芯為基準(zhǔn)全方位的360度采用“12點(diǎn)”表示，每點(diǎn)的范圍為30度，面向角傳感器內(nèi)雙軸加速度計(jì)U2的X軸和Y軸與傾角傳感器內(nèi)雙軸加速度計(jì)U1的X軸和Y軸，他們的X軸相互垂直，Y軸相互重合。
專利摘要一種非開挖導(dǎo)航儀系統(tǒng)中的探測導(dǎo)向發(fā)射探頭，采用可以測量地下鉆頭傾角(水平面為基準(zhǔn)±50度)、面向角(鉆頭軸芯為基準(zhǔn)0－360度)、溫度、電池能量，通過利用軟件進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換－編碼的CPU組將編碼串行信號送入調(diào)制放大電路將載頻為1kHz－50kHz的調(diào)制信號發(fā)射回地面，由本實(shí)用新型以外的地面跟蹤接收導(dǎo)向器接收，組成可以在地表不開挖溝槽的條件下，鋪設(shè)、更換各種電信、電力、石油、煤氣、自來水、排污等地下管線的非開挖導(dǎo)向儀系統(tǒng)。本實(shí)用新型性能優(yōu)良、工作時(shí)間長、精度可靠性高、成本低廉、能夠確穩(wěn)定地工作。
文檔編號E21B47/02GK2718225SQ20042000797
公開日2005年8月17日 申請日期2004年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月27日
發(fā)明者趙晶 申請人:趙晶