專利名稱：無線雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種地下管線測(cè)量?jī)x，尤其是指一種無線雙計(jì)程式地下管線軌跡 三維測(cè)量?jī)x，主要用于內(nèi)徑90 450mm的非開挖施工的地下管道驗(yàn)收檢測(cè)，也可用于該內(nèi) 徑范圍內(nèi)的其它管線的空間軌跡測(cè)量。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)非開挖定向穿越敷管技術(shù)迅速發(fā)展，水電、煤氣、通訊 、信息新建管道均 采用非開挖施工技術(shù)。但長(zhǎng)期以來，定向穿越控向技術(shù)和隨鉆標(biāo)繪系統(tǒng)誤差較大，特別是工 程竣工后的檢測(cè)、測(cè)量技術(shù)滯后，造成工程竣工資料誤差失真。地下管線的走向及埋深等情 況很難辨明，造成管線竣工驗(yàn)收困難，地下空間資歷源綜合利用難以達(dá)到實(shí)效。因此對(duì)錯(cuò)綜 復(fù)雜的各類型地下管線，精確測(cè)量，實(shí)時(shí)描繪，準(zhǔn)確掌握其空間三維軌跡十分重要，它不僅 是評(píng)價(jià)工程質(zhì)量的指標(biāo)，更重要的是為社會(huì)提供服務(wù)，能為后續(xù)新建管線的軌跡設(shè)計(jì)和施 工提供依據(jù)，以避免管線相交或發(fā)生地下管線事故。目前國(guó)內(nèi)獲得管線軌跡的方法主要有兩種一是將導(dǎo)向碳棒在竣工管道內(nèi)拖行一 次，同時(shí)在地面定點(diǎn)，然后用全站儀或GPS測(cè)量這些點(diǎn)的坐標(biāo)，最后形成軌跡；二是直接用 導(dǎo)向孔施工時(shí)的導(dǎo)向數(shù)據(jù)形成軌跡。這兩種方法都有不足，前者費(fèi)時(shí)費(fèi)事且精度不高，后者 數(shù)據(jù)可信性和準(zhǔn)確性較差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種地下管線測(cè)量?jī)x，操作簡(jiǎn)單，能對(duì) 地下管線的進(jìn)行高效率，高精度的測(cè)量。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供下述技術(shù)方案一種無線雙計(jì)程式地下管 線軌跡三維測(cè)量?jī)x，包括檢測(cè)入管檢測(cè)下位機(jī)和管口計(jì)程器，利用傳感器和微處理器對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理，測(cè)量牽引繩行走的路程間接測(cè)量入管檢測(cè)下位機(jī)的行程，其中所述的入管檢測(cè)下位機(jī)，由前扶正機(jī)構(gòu)、儀器倉(cāng)和后扶正機(jī)構(gòu)組成，所述的前、后 扶正機(jī)構(gòu)通過接口與儀器倉(cāng)連接，后扶正機(jī)構(gòu)與測(cè)量纜繩連接，其中，所述的扶正機(jī)構(gòu)由至 少三組以滾輪為轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)的滾輪支架沿軸向均布且滾輪支架的二端連接一彈簧軸構(gòu)成籠 爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)，該徑向伸縮機(jī)構(gòu)一端設(shè)置固定接口連接儀器倉(cāng)；當(dāng)籠爪式徑向伸縮機(jī) 構(gòu)的另一端設(shè)置與牽引繩連接的連接部件時(shí)，作為前扶正器，而另一籠爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu) 作為后扶正器，在后扶正器上安裝多個(gè)霍爾元件；所述的管口計(jì)程器為管口光電編碼器計(jì)程器；所述的傳感器包括姿態(tài)傳感器組和計(jì)程傳感器組，姿態(tài)傳感器組通過A/D轉(zhuǎn)換器 與微處理器連接；計(jì)程傳感器組通過計(jì)程模塊與微處理器連接，微處理器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或與 PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。管口計(jì)程器通過測(cè)量纜繩行走的路程間接測(cè)量入管檢測(cè)下位機(jī)的行程，計(jì)程數(shù)據(jù) 和入管檢測(cè)下位機(jī)輔助計(jì)程數(shù)據(jù)比較處理后得到入口點(diǎn)至待測(cè)點(diǎn)的實(shí)際路程。[0010]在上述方案基礎(chǔ)上，所述的滾輪支架由二個(gè)連桿及二連桿間的滾輪構(gòu)成，滾輪的 大小隨測(cè)量管線內(nèi)徑增加而增大尺寸。在上述方 案基礎(chǔ)上，后扶正器中一滾輪支架的滾輪作為測(cè)程輪均勻分布6個(gè)沉 孔，內(nèi)部安裝霍爾磁鋼，用于輔助計(jì)程。在上述方案基礎(chǔ)上，所述的連接部件為U形環(huán)，通過連接軸與籠爪式徑向伸縮機(jī) 構(gòu)連接。在上述方案基礎(chǔ)上，所述的彈簧軸由一相連接的粗彈簧和一細(xì)彈簧組成，連接軸 通過調(diào)節(jié)螺母與一較籠爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)中彈簧粗的的粗彈簧連接，該粗彈簧與籠爪式徑 向伸縮機(jī)構(gòu)連接。在上述方案基礎(chǔ)上，所述的扶正機(jī)構(gòu)與粗彈簧的一側(cè)設(shè)有一滑動(dòng)塊，保證滑動(dòng)塊 在籠爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)沿彈簧軸的順利滑動(dòng)。在上述方案基礎(chǔ)上，為防止行走打滑，所述的滾輪上設(shè)有防滑橡膠圈。在上述方案基礎(chǔ)上，所述的儀器倉(cāng)外觀為管狀結(jié)構(gòu)，各連接部位采用密封設(shè)計(jì)，密 封耐壓0. 3MPa,內(nèi)部安裝電路板及傳感器。在上述方案基礎(chǔ)上，所述的前扶正器和后扶正器大小相同或不相同。在上述方案基礎(chǔ)上，所述的微處理器采用可充電電池及穩(wěn)壓電源電路。本實(shí)用新型運(yùn)用多傳感器融合技術(shù)，其中，姿態(tài)測(cè)量傳感器及輔助電路用于測(cè)量 管線待測(cè)點(diǎn)相對(duì)水平面的姿態(tài)；雙計(jì)程是指管口光電編碼器計(jì)程和入管檢測(cè)下位機(jī)上安裝 多霍爾元件方式計(jì)程，用于測(cè)量入口點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的路程。由于路程的測(cè)量是恢復(fù)管道空間 姿態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)之一，雙計(jì)程無疑大大提高計(jì)程精度。各傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)合理融合，互相 校正，并通過自行研究的算法，合成待測(cè)點(diǎn)的空間位置信息。最后將所有點(diǎn)的空間位置信息 擬合成待測(cè)管線的空間軌跡曲線，并形成報(bào)表存檔。本實(shí)用新型采用先進(jìn)的雙軸陀螺式角速度傳感器和加速度計(jì)進(jìn)行方位角和俯仰 角測(cè)量，不受周圍磁場(chǎng)環(huán)境影響；雙路程計(jì)量器能更精確的測(cè)量入口至測(cè)點(diǎn)的路程；密封 設(shè)計(jì)的儀器倉(cāng)和爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)保證儀器軸和待測(cè)管線間保持較高的同軸度；測(cè)量數(shù)據(jù) 可采用U盤存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移更加容易；在普通PC機(jī)上，采用軟件算法，重現(xiàn)地下管線的精確 三維軌跡。

圖1為入管檢測(cè)下位機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖2為工作原理電路圖圖3為連接軸零件圖圖4圖3為連接軸零件圖的右視圖圖5為滑動(dòng)塊零件圖圖中標(biāo)號(hào)1——連接軸 2——調(diào)節(jié)螺母 3——支架一 4——支架二5——儀器倉(cāng) 6——銷7——螺栓8——螺母9——軸承 10——滑動(dòng)塊 11——細(xì)彈簧 12——橡膠圈13——滾輪 14——密封圈 15——粗彈簧 16——U形環(huán)。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1為入管檢測(cè)下位機(jī)結(jié)構(gòu)圖，圖2為工作原理電路圖，圖3為連接軸零件 圖，圖4為圖3連接軸零件圖之右視圖和圖5為滑動(dòng)塊零件圖所示本實(shí)用新型綜合運(yùn)用單片機(jī)、雙軸陀螺式角速度傳感器、加速度計(jì)、旋轉(zhuǎn)編碼器， 霍爾元件等進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，機(jī)械結(jié)構(gòu)部分由入管檢測(cè)下位機(jī)和管口計(jì)程器構(gòu)成，其中所述的入管檢測(cè)下位機(jī)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上主要由前扶正機(jī)構(gòu)、儀器倉(cāng)5和后扶正機(jī) 構(gòu)組成，所述的前、后扶正機(jī)構(gòu)通過接口與儀器倉(cāng)連接，后扶正機(jī)構(gòu)與測(cè)量纜繩連接，其中， 所述的扶正機(jī)構(gòu)由至少三組以滾輪為轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)的滾輪支架沿軸向均布且滾輪支架的二端 連接一彈簧軸構(gòu)成籠爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)，該徑向伸縮機(jī)構(gòu)一端由銷6固定連接儀器倉(cāng)5 ；當(dāng) 籠爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)的另一端 設(shè)置與牽引繩連接的連接部件時(shí)，作為正扶正器，而另一籠 爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)作為后扶正器；所述的前、后扶正機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相似，由連接軸1、調(diào)節(jié)螺母2、支架一 3、支架二 4、滑動(dòng) 塊10、粗彈簧15、細(xì)彈簧11、滾輪13組成、不同大小的前后扶正器與儀器倉(cāng)5的接口是相同 的，因此只需更換前、后扶正器，就可以完成相應(yīng)測(cè)量；滾輪支架單元中，軸承9貫穿支架一 3、支架二 4的連接部作為轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)，滾輪13 通過螺栓7、螺母8固定在轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)處。所述的前扶正器前端裝U形環(huán)16，用于穿牽引繩；所述的扶正機(jī)構(gòu)與粗彈簧15的一側(cè)設(shè)有一滑動(dòng)塊10，保證滑動(dòng)塊在籠爪式徑向 伸縮機(jī)構(gòu)沿彈簧軸的順利滑動(dòng)。所述的滾輪13為三個(gè)一組，周向均勻分布，用于探測(cè)頭在管道中行走，采用防滑 橡膠圈12，防止行走打滑，且大小隨測(cè)量管線內(nèi)徑增加而增大尺寸；所述的后扶正器三個(gè)滾輪13的其中一輪(稱為測(cè)程輪)一側(cè)加工均勻分布的6 個(gè)沉孔，內(nèi)部安裝霍爾磁鋼，用于輔助計(jì)程；所述的粗彈簧15、細(xì)彈簧11用于使扶正機(jī)構(gòu)能自適應(yīng)管道的內(nèi)徑；所述的儀器倉(cāng)5外觀為管狀結(jié)構(gòu)，各連接部位都進(jìn)行密封設(shè)計(jì)，密封耐壓0. 3MPa, 內(nèi)部安裝電路板及傳感器；所述的管口計(jì)程器主要由計(jì)程大輪、扶正小輪輪組和防打滑機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，通過測(cè) 量纜繩行走的路程間接測(cè)量入管檢測(cè)下位機(jī)的行程，計(jì)程數(shù)據(jù)和入管檢測(cè)下位機(jī)輔助計(jì)程 數(shù)據(jù)比較處理后得到入口點(diǎn)至待測(cè)點(diǎn)的實(shí)際路程。電路部分如圖2所示，運(yùn)用多傳感器融合技術(shù)，包括各種姿態(tài)測(cè)量傳感器、雙計(jì)程 傳感器和相應(yīng)的輔助電路組合，USB轉(zhuǎn)換模塊，可充電電池及電源電路。姿態(tài)測(cè)量傳感器及 輔助電路用于測(cè)量管線待測(cè)點(diǎn)相對(duì)水平面的姿態(tài)。雙計(jì)程是指管口光電編碼器計(jì)程和入管 檢測(cè)下位機(jī)上安裝多霍爾元件方式計(jì)程，用于測(cè)量入口點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的路程。由于路程的測(cè) 量是恢復(fù)管道空間姿態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)之一，雙計(jì)程無疑大大提高計(jì)程精度。各傳感器測(cè)量的 數(shù)據(jù)合理融合，互相校正，并通過自行研究的算法，合成待測(cè)點(diǎn)的空間位置信息。最后將所 有點(diǎn)的空間位置信息擬合成待測(cè)管線的空間軌跡曲線，并形成報(bào)表存檔。當(dāng)要通過管道口徑小于扶正器自然張開口徑時(shí)，粗彈簧15壓縮，細(xì)彈簧11拉伸， 壓縮和拉伸的長(zhǎng)度隨管道口徑自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證扶正機(jī)構(gòu)上的滾輪13能始終與管道內(nèi)壁接觸，且探測(cè)頭的軸線與管道軸線始終保持同軸。當(dāng)要通過管道口徑小于扶正器自然張開口 徑時(shí)，可預(yù)先通過調(diào)節(jié)螺母2調(diào)節(jié)前后扶正器支架張角，且可保證正反向行走時(shí)均沒有死點(diǎn)。具體使用時(shí)，通過卷揚(yáng)機(jī)、牽引繩拉動(dòng)入管檢測(cè)下位機(jī)在管線中由入口點(diǎn)走到 出口點(diǎn)，取出存儲(chǔ)在U盤中的數(shù)據(jù)，在PC機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。測(cè)量管徑按外徑110-220， 220-350，350-450分別采用不同大徑的扶正器與儀器倉(cāng)連接。經(jīng)試驗(yàn)表明，本發(fā)明顯示測(cè)量 結(jié)果水平方向和垂直方向誤差小于5%0。本發(fā)明采用先進(jìn)的雙軸陀螺式角速度傳感器和加速度計(jì)進(jìn)行方位角和俯仰角測(cè) 量，不受周圍磁場(chǎng)環(huán)境影響；雙路程計(jì)量器能更精確的測(cè)量入口至測(cè)點(diǎn)的路程；特殊設(shè)計(jì) 的儀器倉(cāng)和爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)保證儀器軸和待測(cè)管線間保持較高的同軸度；測(cè)量數(shù)據(jù)采用 U盤存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移更加容易；在普通PC機(jī)上，采用自行研究的算法，重現(xiàn)地下管線的精確 三維軌跡，對(duì)探明非開挖鋪設(shè)管道的地下的走向及埋深相較于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有儀器和設(shè)備具有操 作簡(jiǎn)單，高效率，高精度的優(yōu)勢(shì)，并具有一定的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，市場(chǎng)前景非常廣闊。
權(quán)利要求1.一種無線雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x，包括檢測(cè)入管檢測(cè)下位機(jī)和管口計(jì)程 器，利用傳感器和微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，測(cè)量牽引繩行走的路程間接測(cè)量入管檢測(cè)下 位機(jī)的行程，其特征在于所述的入管檢測(cè)下位機(jī)，由前扶正機(jī)構(gòu)、儀器倉(cāng)和后扶正機(jī)構(gòu)組成，所述的前、后扶正 機(jī)構(gòu)通過接口與儀器倉(cāng)連接，后扶正機(jī)構(gòu)與測(cè)量纜繩連接，其中，所述的扶正機(jī)構(gòu)由至少三 組以滾輪為轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)的滾輪支架沿軸向均布且滾輪支架的二端連接一彈簧軸構(gòu)成籠爪式 徑向伸縮機(jī)構(gòu)，該徑向伸縮機(jī)構(gòu)一端設(shè)置固定接口連接儀器倉(cāng)；當(dāng)籠爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)的 另一端設(shè)置與牽引繩連接的連接部件時(shí)，作為前扶正器，而另一籠爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)作為 后扶正器，在后扶正器上安裝多個(gè)霍爾元件；所述的管口計(jì)程器為管口光電編碼器計(jì)程器；所述的傳感器包括姿態(tài)傳感器組和計(jì)程傳感器組，姿態(tài)傳感器組通過A/D轉(zhuǎn)換器與微 處理器連接；計(jì)程傳感器組通過計(jì)程模塊與微處理器連接，微處理器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或與PC機(jī) 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的滾 輪支架由二個(gè)連桿及二連桿間的滾輪構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x，其特征在于后扶 正器中一滾輪支架的滾輪作為測(cè)程輪均勻分布6個(gè)沉孔，內(nèi)部安裝霍爾磁鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的連 接部件為U形環(huán)，通過連接軸與籠爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的連 接軸通過調(diào)節(jié)螺母與一較籠爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)中彈簧軸的粗彈簧連接，該粗彈簧與籠爪式 徑向伸縮機(jī)構(gòu)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的后 扶正器與接口相對(duì)的一側(cè)設(shè)有一滑動(dòng)塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所述 的滾輪上設(shè)有橡膠圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的儀 器倉(cāng)外觀為管狀結(jié)構(gòu)，各連接部位采用密封設(shè)計(jì)，密封耐壓0. 3MPa,內(nèi)部安裝電路板及傳感ο
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的前 扶正器和后扶正器大小相同或不相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的微 處理器采用可充電電池及穩(wěn)壓電源電路。
專利摘要一種無線雙計(jì)程式地下管線軌跡三維測(cè)量?jī)x機(jī)構(gòu)，包括檢測(cè)入管檢測(cè)下位機(jī)和管口計(jì)程器，利用傳感器和微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，測(cè)量牽引繩行走的路程間接測(cè)量入管檢測(cè)下位機(jī)的行程，所述的入管檢測(cè)下位機(jī)，由前扶正機(jī)構(gòu)、儀器倉(cāng)和后扶正機(jī)構(gòu)組成，所述的前、后扶正機(jī)構(gòu)通過接口與儀器倉(cāng)連接，其中，所述的扶正機(jī)構(gòu)為帶滾輪的籠爪式徑向伸縮機(jī)構(gòu)，該徑向伸縮機(jī)構(gòu)一端設(shè)置固定接口連接儀器倉(cāng)，前扶正器與牽引繩連接，后扶正器上安裝多個(gè)霍爾元件；所述的管口計(jì)程器為管口光電編碼器計(jì)程器；所述的傳感器包括姿態(tài)傳感器組和計(jì)程傳感器組，姿態(tài)傳感器組通過A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接；計(jì)程傳感器組通過計(jì)程模塊與微處理器連接，微處理器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
文檔編號(hào)G01C21/14GK201819689SQ20102029942
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者烏效鳴, 崔立建, 張南, 張大鵬, 沈晶晶, 路桂英 申請(qǐng)人:上海置誠(chéng)通信工程技術(shù)有限公司