機械式地質探測貼壁柔性耦合探頭的制作方法
【專利說明】機械式地質探測貼壁柔性耦合探頭
[0001]本發明涉及的是一種地質探測貼壁耦合探測裝置，具體涉及一種機械式地質探測貼壁柔性耦合探頭。
【背景技術】
[0002]現有的主要幾種地質超前預報方法為:雷達法、地震法、鉆探法、電磁法等，本發明是一個基于地震法的傳感器。目前國內外主要采用兩種方式:套管式耦合探頭和黃油式耦合探頭。
[0003]套管式傳感器耦合方式是:在傳感器套上套管后放入鉆孔中接收地震信號，(劉寶忠.TSP203地質超前預報系統在隧道施工中的應用.山西建筑.2004年6月第30卷第11期)，采用黃油作耦合劑(劉云禎，梅汝吾.TGP隧道地質超前預報新技術.北京市水電物探研究所)等。使用套管這種方法，首先要在鉆孔完畢，再對鉆孔進行清洗，將浸水后的錨固劑或環氧樹脂3—5節送入孔底，再在孔口位置塞入I節錨固劑或環氧樹脂，使錨固劑或環氧樹脂將套管和圍巖牢固、密貼地膠結在一起，隨后將傳感器送入套管并安放在套管的底部;TGP隧道預報系統的傳感器采用黃油作耦合劑，傳感器通過黃油直接與鉆孔圍巖接觸。
[0004]使用套管作為耦合裝置時，套管的安裝極其重要，套管接收器鉆孔孔壁緊密牢固接觸，套管與孔壁硬性接觸，這種套管傳遞的信號差。使用套管作為耦合裝置時，需要使用兩根套管，由于套管價格昂貴，回收困難，探測成本高。使用黃油作為耦合劑時，在黃油分布不均勻的情況下，信號接收效果不佳，且黃油為一次性使用，成本高，探測完成后，由于黃油的原因，設備難以拔出，且難以清理。
[0005]兩種現有探頭都存在各自的缺點:
[0006]—、黃油式耦合探頭的缺陷主要有:信號在黃油中傳遞時，衰減大，探測效果差;黃油與土層之間容易滲透，使用成本高;探測回收時，需要清洗黃油，清洗難度大。
[0007]二、套管式耦合探頭的缺陷主要有:探頭結構復雜，安裝困難;探頭回收困難，成本高;完全的剛性耦合結構，不能適應孔洞內巖土的物理變化，長期使用，探頭與孔壁的貼合度難以保證，影響信號傳遞效果。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是，針對上述不足，提供了一種安裝方便，易于回收的機械式地質探測貼壁柔性耦合探頭，既能夠取締黃油作為耦合劑的方式，消除黃油所帶來的缺陷，又能夠保證探頭與孔壁之間長期保持柔性貼合，以確保信號傳遞效果。
[0009]為實現上述發明目的，本發明提供了一種機械式地質探測貼壁柔性耦合探頭，包括套筒，以及在套筒內安裝的振蕩波傳感器，其關鍵在于:該套筒的前端安裝有軸向的柔性機械式限位頭，套筒中部空腔內安裝有原動機構，該原動機構連接有徑向膨脹機構;原動機構受原動力驅動后，帶動所述徑向膨脹機構從套筒的側壁向外膨脹。
[0010]機械式膨脹機構通過套筒側壁向孔壁擴張，實現耦合探頭與側壁間的過盈配合，通過全固體結構實現震蕩波的傳遞，避免了震蕩波因液態介質、膠態介質造成的衰減問題。
[0011]同時膨脹機構的可伸縮性，便于驅動膨脹機構收縮，探頭與鉆孔脫離，實現探頭回收。
[0012]所述原動機構包括橢圓狀的凸輪，該凸輪經電機驅動旋轉，凸輪的外沿抵接有滑動挺柱，該滑動挺柱伸入所述套筒側壁上的過孔，并被所述過孔限位。
[0013]限制滑動挺柱只能沿過孔伸出套筒的側壁，向孔壁膨脹，直至形成擠壓。達到探頭裝置與探測孔的剛性連接，利于震蕩波的無衰減傳遞。
[0014]所述滑動挺柱上設置有凸臺，該滑動挺柱上套有復位彈簧，該復位彈簧抵接在所述凸臺與套筒內壁之間。
[0015]所述滑動挺柱的后端與所述凸輪抵接，滑動挺柱的前端安裝有形變簧片。
[0016]形變簧片可以加大探頭與孔壁之間的接觸面積，且能夠吸收二者之間的擠壓力度，易于震蕩波的長期傳遞。
[0017]所述凸輪抵接有至少兩個滑動挺柱，所有滑動挺柱均勻分布在所述套筒側壁。
[0018]所述凸輪連接有所述振蕩波傳感器。
[0019]所述原動機構包括葉輪狀的轉盤，該轉盤經電機驅動旋轉，轉盤的外沿抵接有滑動挺柱，該滑動挺柱伸入所述套筒側壁上的過孔，并被所述過孔限位。
[0020]所述滑動挺柱上設置有凸臺，該滑動挺柱上套有復位彈簧，該復位彈簧抵接在所述凸臺與套筒內壁之間。
[0021]所述滑動挺柱的后端與所述轉盤抵接，滑動挺柱的前端安裝有形變簧片。
[0022]所述葉輪狀的轉盤設置有至少二扇葉片，每扇葉片對應裝配有一個滑動挺柱，所有滑動挺柱均勻分布在所述套筒側壁。
[0023]所述轉盤連接有所述振蕩波傳感器。
[0024]所述原動機構為直線驅動機構。
[0025]所述直線驅動機構包括螺桿、該螺桿經電機驅動旋轉，螺桿上套裝有滑動螺母、滑動螺母上固定有至少二個支耳，該支耳作為移動點連接在形變簧片的一端，形變簧片的另一端連接在所述套筒上。
[0026]滑動螺母沿螺桿軸向移動，迫使形變簧片彎曲，向外膨脹，形變簧片形變量越大，探頭與孔壁的接觸越緊密，擠壓效果越好，即使長期使用，探頭與孔壁之間也能保持可靠貼入口 ο
[0027]所述套筒上設置有直線滑槽，所述支耳在直線滑槽內滑動。
[0028]所述滑動螺母連接有至少三片形變簧片，所有形變簧片均勻分布在套筒外壁上。
[0029]所述螺桿連接有所述振蕩波傳感器。
[0030]無論從形變簧片到滑動螺母、到螺桿、到振蕩波傳感器，還是從形變簧片到套筒、到振蕩波傳感器，都是剛性結構件在傳遞震蕩波，其傳遞效果明顯強于黃油的傳遞效果。
[0031]所述直線驅動機構包括螺桿、該螺桿經電機驅動旋轉，螺桿上套裝有滑塊(8)、滑塊(8)的斜面抵接有滑動挺柱，該滑動挺柱伸入所述套筒側壁上的過孔，并被所述過孔限位，所述滑動挺柱上設置有凸臺，該滑動挺柱上套有復位彈簧，該復位彈簧抵接在所述凸臺與套筒內壁之間。
[0032]所述滑動挺柱的一端抵接在滑塊上，滑動挺柱的另一端固定有形變簧片。
[0033]所述套筒包括固定套筒和活動套筒，所述原動機構包括固定在固定套筒上的電機，該電機經螺桿連接所述活動套筒；
[0034]所述固定套筒和活動套筒的外殼之間連接有形變簧片；
[0035]所述固定套筒和活動套筒還配合安裝有防轉機構，該防轉機構防止活動套筒旋轉。
[0036]防轉機構限制活動套筒沿螺桿直線運動，防轉技術非常成熟，在此不做贅述。
[0037]所述固定套筒呈啞鈴狀，所述螺桿和活動套筒位于啞鈴中部，其中螺桿一端經電機與固定套筒前端連接，另一端經軸承與固定套筒尾端連接。
[0038]啞鈴狀結構可以保證固定套筒不會再探測孔內轉動，保證固定套筒不會轉動的結構方式較多。設置通過外力固定住固定套筒，再驅動活動套筒，都可以實現。
[0039]所述套筒外包裹有膠套。
[0040]膨脹機構的設計，難免探測孔內的細微砂礫落入探頭內，在套筒外包裹有膠套，起到了隔離砂礫的效果。
[0041]所述柔性機械式限位頭包括設置在所述套筒前部的空腔，該空腔內安裝有T形的軸向頂緊頭，該軸向頂緊頭的小頭端穿出所述套筒前端的通孔，所述軸向頂緊頭的小頭端穿出套筒通孔后，固定有壓塊，軸向頂緊頭的大頭端位于空腔內，并與空腔腔底之間抵接有壓縮彈簧。
[0042]壓縮彈簧推動軸向頂緊頭長期與孔底緊密接觸。
[0043]壓塊增大了探頭前端與孔底間的接觸面積，提高了探頭與孔底間的抵接效果。
[0044]所述原動機構的動力原為直流減速電機，該直流減速電機的供電回路上設置有過流保護電路。
[0045]當膨脹機構膨脹到位后，直流減速電機會發生堵轉，電機電流瞬間提高，過流保護電路啟動，電機停止工作，并鎖定住當前狀態，避免膨脹機構收縮。
[0046]所述套筒尾部設置有過孔，控制、電源及數據線經過孔傳出。
[0047]與現有技術相比較，本發明的顯著效果:提供了一種安裝方便，易于回收的機械式地質探測貼壁柔性耦合探頭，消除了黃油所帶來的缺陷，又能夠保證探頭與孔壁之間長期保持過盈配合，確保了信號傳遞效果。
【附圖說明】
[0048]圖1是實施例三的結構示意圖；
[0049]圖2是實施例一收縮時的工作原理圖；
[0050]圖3是實施例一膨脹時的工作原理圖；
[0051 ]圖4是實施例二的結構原理圖；
[°°52]圖5是實施例四的結構示意圖；
[0053]圖6是實施例五收縮時的工作原理圖；
[0054]圖7是實施例五膨脹時的工作原理圖；
[0055]圖8是實施例六的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0056]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0057]本發明是采用機械式膨脹結構達到耦合探頭與孔壁間長期過盈配合，保證震蕩波信號傳遞效果。
[0058]實施例一、
[0059]如圖1所示，一種機械式地質探測貼壁柔性耦合探頭，包括套筒I，以及在套筒I內安裝的振蕩波傳感器2，該套筒I的前端安裝有軸向的柔性機械式限位頭，套筒I中部空腔內安裝有原動機構，該原動機構連接有徑向膨脹機構;原動機構受原動力驅動后，帶動所述徑向膨脹機構從套筒I的側壁向外膨脹。
[0060]振蕩波傳感器2為地震波傳感器。
[0061 ]所述原動機構為旋轉驅動機構。
[0062]如圖2、3所示，所述原動機構包括橢圓狀的凸輪3，該凸輪3經電機4驅動旋轉，凸輪3的外沿抵接有滑動挺柱5，該滑動挺柱5伸入所述套筒I側壁上的過孔lc，并被所述過孔Ic限位。
[0063]所述原動機構的動力原為直流減速電機，該直流減速電機的供電回路上設置有過流保護電路。
[0064]電機過流保護電路屬于常規電路設計，在此不做贅述。
[0065]所述滑動挺柱5上設置有凸臺5a，該滑動挺柱5上套有復位彈簧5b，該復位彈簧5b抵接在所述凸臺5a與套筒I內壁之間。
[0066]所述滑動挺柱5的后端與所述凸輪3抵接，滑動挺柱5的前端安裝有形變簧片7。
[0067]所述凸輪3抵接有至少兩個滑動挺柱5，所有滑動挺柱5均勻分布在所述套筒I側壁。
[0068]所述凸輪3連接有所述振蕩波傳感器2。
[0069]所述套筒I外包裹有膠套10。
[0070]所述柔性機械式限位頭包括設置在所述套筒I前部的空腔，該空腔內安裝有T形的軸向頂緊頭12，該軸向頂緊頭12的小頭端穿出所述套筒I前端的通孔后，并固定有壓塊。軸向頂緊頭12的大頭端位于空腔內，并與空腔腔底之間抵接有壓縮彈簧11。
[0071