鉆孔機方向角監(jiān)測方法和監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鉆孔機鉆孔定向監(jiān)測技術領域，具體涉及一種實時監(jiān)測鉆孔機方向的 方法和監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 目前，對于水電爆破鉆孔機沒有辦法直接確定要打孔方位角，鉆桿定向現(xiàn)場是兩 點法：鉆點和鉆桿的末端點，采用全鉆儀，比較麻煩。鉆孔過程中只能確定鉆孔機鉆孔時與 地面的夾角，因此當水電爆破鉆孔機打孔時，無法按要求去打孔，經(jīng)常出現(xiàn)較大偏差和打孔 失敗的情況。由于目前不能在工作中及時測定方位角，導致鉆機工作過程中需要經(jīng)常停機， 嚴重影響工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了進一步提尚打孔機定位準確度，提尚爆破效率，本發(fā)明提供一種打孔鉆桿定 向和鉆孔過程中的實時監(jiān)測方法和監(jiān)測系統(tǒng)盡快確定鉆桿的方向角和傾角。
[0004] 本發(fā)明的技術方案：一種鉆孔機方向角監(jiān)測方法，用來確定打孔鉆孔定向和鉆孔 過程中的監(jiān)測，在鉆機上或者在鉆機橫梁上設置測量控制器，測量控制器包含方位測量用 的電子羅盤、用于測量傾斜度的陀螺儀、可充電電池、藍牙通信模塊和報警指示燈；利用電 子羅盤和陀螺儀對打孔鉆桿進行定向，并監(jiān)測鉆機鉆桿移動后的方位角與初始方位角之間 的變化量，用于判斷鉆孔偏移情況；當電子羅盤處于水平位置時，電子羅盤通過測量地磁場 水平方向分量確定磁北極或磁南極方向并推算出其他的方向，用于確定方位角；電子羅盤 處于非水平位置時，利用陀螺儀的加速度傳感器測出俯仰角和滾轉(zhuǎn)角，通過坐標變換，將電 子羅盤磁傳感器測得的磁場強度分量折算到水平方向，再計算方位角；并且有手持儀器查 看打孔鉆桿定向和鉆孔過程中的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)可以在鉆孔過程中實時觀測方位角是否在 允許范圍內(nèi)發(fā)生偏差，若發(fā)生偏差會進行報警，并選擇是否需要繼續(xù)鉆孔（在這個過程中 鉆孔機不會停），手持儀器用于接收并顯示所述測量控制器提供的目標方位、目標傾斜度、 當前方位、當前傾斜度、調(diào)整方向指示、方位最大允許誤差、傾斜度最大誤差參數(shù)；手持儀器 通過藍牙信號與測量控制器通信，利用手持儀器提供的變量信息及時對鉆機方位角進行糾 正。
[0005] -種鉆孔機方向角監(jiān)測系統(tǒng)，用來確定打孔鉆孔定向和鉆孔過程中的監(jiān)測，包括 測量控制器和手持儀器，測量控制器在鉆機上或者在鉆機橫梁上；測量控制器包含方位測 量用的電子羅盤、用于測量傾斜度的陀螺儀、可充電電池、藍牙通信模塊和報警指示燈；手 持儀器通過藍牙信號與測量控制器通信，手持儀器用于接收并顯示所述測量控制器提供的 目標方位、目標傾斜度、當前方位、當前傾斜度、調(diào)整方向指示、方位最大允許誤差、傾斜度 最大誤差參數(shù)。
[0006] 所述測量控制器的外殼通過附屬金屬配件固定在打孔機懸臂上。所述手持儀器為 手機。
[0007] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明中的測量控制器包含方位測量用的電子羅盤、用于測 量傾斜度的陀螺儀、可充電電池、藍牙通信模塊和報警指示燈?？梢詣恿ぷ鞑κ殖謨x器 提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。使用非常方便，而且監(jiān)測精度高。
[0008] 本發(fā)明是鉆點一定，用本方法和儀器盡快確定鉆桿的方位角和傾角。利用電子羅 盤和陀螺儀監(jiān)測鉆機變化后的方位角與初始方位角之間的變化量，從而達到提高打孔機定 位準確度，提高爆破效率的目的，而且可以用于實時監(jiān)測，以便及時調(diào)整。由人工來選擇是 否需要繼續(xù)鉆孔，在這個過程中鉆孔機不會停。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明系統(tǒng)中主芯片端口連接電路圖。
[0011] 圖3-圖11是與圖2中主芯片端口分別對應連接的附屬電路圖。
[0012] 圖12是測量控制器的電路連接框圖。
[0013] 圖13是測量控制器中電子羅盤處于水平狀態(tài)的坐標系。
[0014] 圖1中標號，1為履帶車，2為控制移動機構(gòu)，3為橫梁，4為鉆機，5為測量控制器。
【具體實施方式】
[0015] 實施例1 :一種鉆孔機方向角監(jiān)測方法，至少由測量控制器和手持儀器兩部分組 成。在鉆機上或者在鉆機橫梁上設置測量控制器，利用手持儀器觀看方位角是否在允許范 圍內(nèi)發(fā)生偏差，若發(fā)生偏差會進行報警，并由人工來選擇是否需要繼續(xù)鉆孔，監(jiān)測過程中鉆 孔機無需停機。
[0016] 測量控制器外觀為長方形塑料外殼，外殼內(nèi)包含方位測量用的電子羅盤、用于測 量傾斜度的陀螺儀、可充電電池、藍牙通信模塊和報警指示燈。
[0017] 利用電子羅盤和陀螺儀監(jiān)測鉆機變化后的方位角與初始方位角之間的變化量，用 于確定鉆孔偏移情況。
[0018] 當電子羅盤處于水平位置時，磁羅盤通過測量地磁場水平方向分量確定磁北極方 向并推算出其他的方向。如圖13,傳感器坐標系的X、Y軸在水平面內(nèi)，X軸位前進方向，Y軸 垂直于X軸向右，Z軸沿重力方向向下，從磁北方向沿順時針到X軸的夾角即為方位角a。
[0019] 但是實際應用中，電子羅盤并不是總處于水平位置，需要根據(jù)加速度傳感器測出 俯仰角和滾轉(zhuǎn)角，通過坐標變換，將磁傳感器測得的磁場強度分量折算到水平方向，在計算 方位角。俯仰角巾為羅盤縱軸Y與水平面之間的夾角，滾轉(zhuǎn)角0為羅盤Z軸與過X軸的 鉛垂面之間的夾角。當羅盤不水平時測得的加速度g在羅盤三軸方向的分量分別為Ax、Ay、 Az，則根據(jù)坐標關系可求得俯仰角和滾轉(zhuǎn)角為：
[0020]
[0021] 備注：MPU6050輸出的數(shù)據(jù)端口為16位，當量程為±2g時，測量精度是16384LSB/ g，加速度傳感器輸出得到的數(shù)據(jù)需要除以16384得到真正的加速度值。16384*2 = 32768， 32768*2 = 65536 = 2~16，MPU6050的ADC是16位的，所以不管測量范圍多大，最終的輸出 范圍都不會超過65535,所以測量范圍越大，精度就越低。
[0022] 假設磁阻傳感器在測得羅盤坐標軸方向磁場分量分別為Hx、Hy、Hz，則由坐標關系 換算可得磁水平方向分量：
[0023] 利用三角函數(shù)關系可以得到方位角a:
[0026] 由于地磁北極與地理南北極存在磁偏角，要準確的得到南北極方向必須進行磁偏 角矯正，即加上或減去當?shù)氐拇牌堑贸銮斑M方向與真正的地理北極夾角即真北方位角A， 當所在地的磁偏角0已知時，真北方位角A=a+ 0。
[0027] HMC5883相關性能參數(shù)列表
[0028]
[0029] 造成磁傳感器的主要因素有：傳感器誤差和其它磁材料干擾等。經(jīng)查轉(zhuǎn)換成方位 角的精度為r~2°。
[0030] 各地磁偏角：

[0033] 測量控制器連接框圖如圖12所示。
[0034] 當測量模塊通過藍牙與手持儀器連接后，手持儀器將目標方位、目標傾斜度、方位 最大允許誤差、傾斜度最大誤差參數(shù)發(fā)送給測量模塊，測量模塊監(jiān)測當前實時數(shù)據(jù)若超出 設定誤差將驅(qū)動自身報警指示燈和蜂鳴器發(fā)出報警。并響應手機模塊讀取當前方位、當前 傾斜度操作。手機軟件讀取到實時數(shù)據(jù)，若超限，則同時發(fā)出報警聲音并震動，并提示調(diào)整 方向。
[0035] 實施例2 :-種鉆孔機方向角監(jiān)測系統(tǒng)，包括測量控制器和手持儀器，手持儀器選 用手機。如圖1，可以與履帶車1相結(jié)合，履帶車1前端設置的控制移動機構(gòu)2的上方安裝 有橫梁3,鉆機4固定在橫梁3上方，測量控制器5的外殼通過附屬金屬配件固定在鉆機上 或者在鉆機橫梁3上。
[0036] 測量控制器包含方位測量用的電子羅盤、用于測量傾斜度的陀螺儀、可充電電池、 藍牙通信模塊和報警指示燈，其電路原理如圖2-圖10所示的連接關系。測量控制器的外 殼通過附屬金屬配件固定在打孔機懸臂上。所述手持儀器為手機。
[0037] 手機軟件需運行在基于安卓系統(tǒng)的智能手機上。包含目標方位、目標傾斜度、當前 方位、當前傾斜度、調(diào)整方向指示、方位最大允許誤差、傾斜度最大誤差等參數(shù)。通過藍牙信 號與測量控制器通信。
[0038] 技術指標：
[0039] 方位誤差：±2;
[0040] 傾斜度誤差：±2° ;
[0041] 續(xù)航時間：7天；
[0042] 充電電壓：5V;
[0043] 充電電流：0.6A;
[0044]電池容量：3. 7V/5A;
[0045] 傳輸距離：8米；
[0046] 通信間隔：1秒；
[0047] 通信方式：藍牙。
【主權項】
1. 一種鉆孔機方向角監(jiān)測方法，用來確定打孔鉆孔定向和鉆孔過程中的監(jiān)測，其特征 是：在鉆機上或者在鉆機橫梁上設置測量控制器，測量控制器包含方位測量用的電子羅盤、 用于測量傾斜度的陀螺儀、可充電電池、藍牙通信模塊和報警指示燈；利用電子羅盤和陀螺 儀對打孔鉆桿進行定向，并監(jiān)測鉆機鉆桿移動后的方位角與初始方位角之間的變化量，用 于判斷鉆孔偏移情況；當電子羅盤處于水平位置時，電子羅盤通過測量地磁場水平方向分 量確定磁北極或磁南極方向并推算出其他的方向，用于確定方位角；電子羅盤處于非水平 位置時，利用陀螺儀的加速度傳感器測出俯仰角和滾轉(zhuǎn)角，通過坐標變換，將電子羅盤磁傳 感器測得的磁場強度分量折算到水平方向，再計算方位角；并且有手持儀器查看打孔鉆桿 定向和鉆孔過程中的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)可以在鉆孔過程中實時觀測方位角是否在允許范圍內(nèi) 發(fā)生偏差，若發(fā)生偏差會進行報警，并選擇是否需要繼續(xù)鉆孔，手持儀器用于接收并顯示所 述測量控制器提供的目標方位、目標傾斜度、當前方位、當前傾斜度、調(diào)整方向指示、方位最 大允許誤差、傾斜度最大誤差參數(shù)；手持儀器通過藍牙信號與測量控制器通信，利用手持儀 器提供的變量信息及時對鉆機方位角進行糾正。2. -種鉆孔機方向角監(jiān)測系統(tǒng)，用來確定打孔鉆孔定向和鉆孔過程中的監(jiān)測，其特征 是：包括測量控制器和手持儀器，測量控制器在鉆機上或者在鉆機橫梁上；測量控制器包 含方位測量用的電子羅盤、用于測量傾斜度的陀螺儀、可充電電池、藍牙通信模塊和報警指 示燈；手持儀器通過藍牙信號與測量控制器通信，手持儀器用于接收并顯示所述測量控制 器提供的目標方位、目標傾斜度、當前方位、當前傾斜度、調(diào)整方向指示、方位最大允許誤 差、傾斜度最大誤差參數(shù)。3. 根據(jù)權利要求2所述的鉆孔機方向角監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：所述測量控制器的外殼 通過附屬金屬配件固定在打孔機懸臂上。4. 根據(jù)權利要求2所述的鉆孔機方向角監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：所述手持儀器為手機。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉆孔機方向角監(jiān)測方法和系統(tǒng)，用來確定打孔鉆孔定向和鉆孔過程中的監(jiān)測，包括測量控制器和手持儀器，測量控制器在鉆機上或者在鉆機橫梁上；手持儀器用于接收并顯示所述測量控制器提供的目標方位、目標傾斜度、當前方位、當前傾斜度、調(diào)整方向指示、方位最大允許誤差、傾斜度最大誤差參數(shù)。本發(fā)明利用電子羅盤和陀螺儀監(jiān)測鉆機變化后的方位角與初始方位角之間的變化量，從而達到提高打孔機定位準確度，提高爆破效率的目的，而且可以用于實時監(jiān)測，以便及時做出調(diào)整。由人工來選擇是否需要繼續(xù)鉆孔，在這個過程中鉆孔機不會停。
【IPC分類】G01C1/00
【公開號】CN105066950
【申請?zhí)枴緾N201510494210
【發(fā)明人】魏魯雙
【申請人】鄭州雙杰科技有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月12日