專利名稱：三光束頂管機導向測量系統的制作方法
技術領域：
本實用新型是地下非開挖頂管機的導向測量系統。涉及其它類不包括的測量技術領域。
背景技術：
在管道運輸、電力、通信、供水、供暖等許多領域的工程建設中，經常需要穿越公路、鐵路、固定建筑物和河渠等。如穿越的距離長可用定向鉆或盾構穿越，對于短距離的穿越一般采用頂管機穿越。而頂管機穿越雖然距離短，但也需要按預定的方向或路線穿越，否則偏離設計的方向和路線將會給工程帶來極大的麻煩和損失。為此，頂管機一般均配有導向測量和控制裝置。現在頂管機采用的導向測量方法有拉線、激光定軸端等方法，其測量僅限于跟蹤頂管機前端面中心，無法測量頂管機軸向中心的三維狀態，測量的結果嚴重滯后于頂管機的實際偏離狀態，滯后的測量結果導致了滯后的糾偏動作，使頂管機偏離了預定的頂管軌跡，頂管質量下降，嚴重時將導致頂管工程的失敗。據此，引起了業內眾多人士的關注并力圖解決之。如德國生產了一種單激光束面傳感器激光靶的導向測量方法和裝置。該裝置可以在一定程度上測知頂管機上下、左右的偏離和滾動。但因其激光靶不可能做的很大，僅是頂管機尾部小端面的測量，不但其測量精確度受到了很大限制，而且頂管機圍繞激光靶中心點(激光束初始照射點)的偏轉是根本測量不出的，這就會產生極大的誤測，導致頂管機頂進軌跡的很大偏差。也曾有人試圖以二光束的方法測量，實際上二光束仍然不能測量頂管機尾部端面的偏離。
實用新型內容本實用新型的目的是設計一種簡單易行、測量精確的三光束頂管機導向測量系統。
本實用新型針對現有裝置的不足，提出一種測量頂管機尾部端面偏離狀態的裝置，可以更準確地測量頂管機實際偏離預定頂進軌跡的狀態。本系統雖然也是采用如圖1所示的置于出發井4靠背墻6上的激光發生器7照射安裝在進入隧道中的頂管機1尾部端面的激光接收靶8，由激光接收靶8測出頂管機1偏離狀態并傳輸給信號處理器5處理、顯示的類似系統，但其特征是激光發生器7以三束激光3照射安裝在頂管機1尾端平面上的三個激光接收靶8，以三個激光接收靶8測量出的偏差傳輸給信號處理裝置5，計算出頂管機1尾端平面的偏離狀態，進而給出頂管機1的偏離狀態。三個激光接收靶8均設在頂管機1的尾端平面上，其中激光接收靶8-1設置在頂管機1尾端平面即該激光接收靶8-1的中心點與頂管機1中軸線重合或在頂管機頂進軌跡的平行線上，另兩個激光接收靶8-2、8-3是設置在遠離頂管機1尾端平面中心且三個激光接收靶8不在一條直線上的任何確定的位置。但另兩個激光接收靶8-2、8-3的最佳位置是一個在通過頂管機1尾端平面中心的垂直軸線上，另一個在通過頂管機1尾端平面中心的水平軸線上(見圖5)。起始狀態時，三束激光束3照射在三個激光接收靶8的中心，工作狀態時據三束激光束3在三個激光接收靶8上的偏差計算頂管機1的偏離狀態。本裝置中所用的激光發生器7可以是單光源折射出三光束，也可以是在三個獨立的光源發出同一波長的三束光。三個激光接收靶8為光電傳感器陣構成的智能型器件，安裝在頂管機1尾部端面上，且應保證在一個平行于頂管機1尾部端面的平面上，它能測量出激光束3偏離靶中心的差值。
由于激光束3-1對應的激光接收靶8-1的中心點與頂管機1中軸線重合或在頂管機1頂進軌跡的平行線上，光束3-1與預定的頂管機1頂進軌跡平行，當頂管機1整體偏離預定的頂進軌跡時如圖3、圖4和圖5所示，其姿態和程度信息將被激光接收靶8-1所接收，激光束3-2將對應的激光接收靶8-2的中心點與激光接收靶8-1中心點起始距離差開一個距離。以激光束3-1與A-A面垂直時為基準，當頂管機1中軸線D-D向上偏轉為D’-D’，激光束3-1與3-2之間產生一個縱軸方向的差值x，反映了頂管機1向上偏離預定軌跡的趨勢和程度，-x值表示向下。同理，如圖6、圖7、圖8所示，當激光束3-1與3-3之間產生一個橫軸方向的差值y，y值反映了頂管機1向左右偏離預定軌跡的趨勢和程度，由在縱軸方向的差值x和橫軸方向的差值y可以確定頂管機1尾部端面對預定空間位置的偏離，也即確定了頂管機1對預頂進軌跡的偏離。
圖1三光束頂管機導向測量現場布局圖圖2激光接收靶在頂管機尾端布置圖(圖1的A向)圖3三光束導向測上、下偏原理正視圖圖4三光束導向測上、下偏原理俯視圖圖5三光束導向測上、下偏原理側視圖圖6三光束導向測左、右偏原理正視圖圖7三光束導向測左、右偏原理俯視圖圖8三光束導向測左、右偏原理側視圖其中1—頂管機 2—隧道3—激光束 4—出發井
5—信號處理裝置 6—靠背墻7—激光發生器 8—激光接收靶具體實施方式
實施例選用山東激光研究所生產的三臺激光發生器和三只激光接收靶。將一只激光接收靶8-1安裝在頂管機1尾部端面的中心，一只激光接收靶8-2安裝在頂管機1通過尾部端面中心的垂直軸(縱軸)上，距離為200mm，另一只激光接收靶8-3安裝在頂管機1通過尾部端面中心的水平軸(橫軸)上，距離也為200mm，且三個激光接收靶8保持在平行于頂管機1尾部端面的一個平面上，并將三只激光接收靶8的引線接至信號處理裝置5上。三只激光發生器7-1、7-2和7-3調到同一波長，也按照3只激光接收靶8的位置對應安裝固定在出發井4的靠背墻6上，使激光束3-1直射激光接收靶8-1中心，3-2直射8-2中心，3-3直射8-3中心。在頂管作業開始后，與預定的頂管機頂進軌跡比較，只要有偏差，激光接收靶8就會輸出偏差值x、y，據此，操控頂管機1，使之回到預定頂進軌跡，使用起來非常方便。
由上可知，本實用新型由于采用了三光束的激光發生器7及相應的三只激光接收靶8，使對頂管機1尾端的測量由測小平面變為測大平面，不但其測量更真實更準確，而且可以完全避免誤測而導致頂管失敗，大大提高了測量的可靠性，測量所使用的設備均為現有產品，無需開發，只需調整信號處理裝置5的軟件即可。測量方法簡單，方便。只要會操作單光束頂管機導向測量的人員就可方便地使用該方法操作，無需進行培訓，是一種實用、精確的測量方法。
權利要求1.一種三光束頂管機導向測量系統，置于出發井[4]靠背墻[6]上的激光發生器[7]照射安裝在頂管機[1]尾部端面的激光接收靶[8]，激光接收靶[8]測出頂管機[1]偏離狀態并傳輸給信號處理裝置[5]處理、顯示，其特征是激光發生器[7]以三束激光[3]照射安裝在頂管機[1]尾端平面上的三個激光接收靶[8]，以三個激光接收靶[8]測出的偏差傳輸給信號處理裝置[5]，計算、顯示出頂管機[1]的偏離狀態。
2.根據權利要求1所述的三光束頂管機導向測量系統，其特征是三個激光接收靶[8]均設在頂管機[1]的尾端平面上，其中一個激光接收靶[8-1]設置在頂管機[1]尾端平面的中心，另兩個激光接收靶[8-2]、[8-3]設置在遠離頂管機[1]尾端平面中心且三個激光接收靶[8]不在一條直線上的任何確定的部位，起始狀態時三束激光束[3]照射在三個激光接收靶[8]的中心，工作狀態時三個激光接收靶[8]輸出偏差值。
3.根據權利要求2所述的三光束頂管機導向測量系統，其特征是一個激光接收靶[8-1]設置在頂管機尾端平面的中心，一個激光接收靶[8-2]設置在通過頂管機[1]尾端平面中心的垂直軸線上，另一個則設置在通過頂管機[1]尾端平面中心的水平軸線上，且與激光接收靶[8]的中心有確定的距離。
4.根據權利要求1或2所述的三光束頂管機導向測量系統，其特征是激光發生器[7]可以是單光源折射出三束光，或是發出同一波長的三個獨立的光源。
專利摘要本實用新型三光束頂管機導向測量系統，是地下非開挖頂管機的導向測量系統，它是以三束激光束3照射安裝在頂管機1尾端平面上的三個激光接收靶8，以三個激光接收靶8測出的偏差之值傳輸給信號處理裝置5，計算、顯示出頂管機1的偏離狀態。本實用新型更真實、更精確，大大提高了頂管機1導向的可靠性，且方法簡單，方便，易于操作。
文檔編號E21B7/00GK2758701SQ200420005489
公開日2006年2月15日 申請日期2004年3月10日 優先權日2004年3月10日
發明者孫玉高 申請人:中國石油天然氣管道局, 中國石油天然氣管道科學研究院