CN111364975A - 一种用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，所述装置的结构为杆状，包括旋转换向装置、垂直角度传感器、垂直旋转电机、垂直旋转控制电路、水平旋转轴、水平角度传感器、水平旋转电机和水平旋转控制电路。旋转换向装置在水平方向的旋转范围为0～360°，在垂直方向的转动范围为﹣90°～+90°，搭载有光纤陀螺仪摄像头、激光测距模块、光学指向装置以及其它传感器。杆式结构可通过外接延长杆置入狭小空间内部；或采用打钻方式沿钻孔将所述杆式结构置入狭小空间内部。能够对狭小空间的内部情况进行观察和测量，为应急救援、消防指挥、矿山采空区及地面塌陷区的工程治理等工作提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于地下采空区的测定装置，尤其涉及一种用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置。
背景技术
矿山采空区、城市窨井或因工程施工形成的垮塌空洞等场所时常有发生塌陷或坠人事故，由于空间受限人员不能直接进入其内部观察、测量现场情况给救援和塌陷区、垮落区工程治理带来了诸多问题，救援或治理不当极有可能产生二次事故或次生灾害。
现有技术中，还没有一种能够对地下采空区进行测定的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置。
本发明的用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，包括旋转换向装置，所述旋转换向装置与垂直旋转组件连接，所述垂直旋转组件连接在水平旋转组件上；
所述垂直旋转组件包括垂直角度传感器、垂直旋转电机和垂直旋转控制电路，所述旋转换向装置的下部与所述垂直旋转电机的输出轴连接；
所述水平旋转组件包括水平角度传感器、水平旋转电机和水平旋转控制电路，所述垂直旋转组件的下部通过水平旋转轴与所述水平旋转电机连接；
所述垂直角度传感器、垂直旋转电机与所述垂直旋转控制电路电连接，所述水平角度传感器、水平旋转电机与所述水平旋转控制电路电连接，所述垂直旋转控制电路与所述水平旋转控制电路电连接，所述水平旋转控制电路与上位机或控制计算机连接。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，可通过钻孔置入狭小空间实现对其空间进行测向定位，能够对狭小空间的内部情况进行观察和测量，为应急救援、消防指挥、矿山采空区及地面塌陷区的工程治理等工作提供技术支持。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置的结构示意图。
图中：
1、旋转换向装置；2、垂直角度传感器；3、垂直旋转电机；4、垂直旋转控制电路；5、水平旋转轴；6、水平角度传感器；7、水平旋转电机；8、水平旋转控制电路。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，其较佳的具体实施方式是：
包括旋转换向装置，所述旋转换向装置与垂直旋转组件连接，所述垂直旋转组件连接在水平旋转组件上；
所述垂直旋转组件包括垂直角度传感器、垂直旋转电机和垂直旋转控制电路，所述旋转换向装置的下部与所述垂直旋转电机的输出轴连接；
所述水平旋转组件包括水平角度传感器、水平旋转电机和水平旋转控制电路，所述垂直旋转组件的下部通过水平旋转轴与所述水平旋转电机连接；
所述垂直角度传感器、垂直旋转电机与所述垂直旋转控制电路电连接，所述水平角度传感器、水平旋转电机与所述水平旋转控制电路电连接，所述垂直旋转控制电路与所述水平旋转控制电路电连接，所述水平旋转控制电路与上位机或控制计算机连接。
所述旋转换向装置在水平方向的旋转范围为0～360°，在垂直方向的转动范围为﹣90°～+90°。
所述旋转换向装置搭载有光纤陀螺仪摄像头、激光测距模块、光学指向装置以及传感器。
整个装置的外形结构为杆式结构。
所述杆式结构的直径为5～8cm，长度为100～150cm。
所述杆式结构通过外接延长杆置入狭小空间内部；或，采用打钻方式沿钻孔将所述杆式结构置入狭小空间内部。
本发明的用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，用于沿地面钻孔伸入地下空区的探测杆，用于计算探测杆旋转角度计量的光纤陀螺仪，用于测量地下采空区形态的激光扫描仪，用于供电、通信和控制扫描仪及光纤陀螺仪工作的电缆，用于钻孔深度自动计量的计米器。其整体机械结构为一根直径不大于50mm的探测杆，在探测杆的内部集成光纤陀螺仪、通信供电控制板，在探测杆的前端集成激光扫描仪、光学指向装置及用于钻孔内部情况观察的摄像机。
该装置在控制***作用下可实现水平0～360°、垂直﹣90°～+90°°(沿水平旋转轴向方向为0°)的自由旋转，可在垂直旋转端搭载摄像头、激光测距模组、光学指向装置及各类不同的传感器对狭小空间的内部情况进行观察和测量，为应急救援、消防指挥、矿山采空区及地面塌陷区工程治理等工作提供指导。能够对狭小空间的内部情况进行观察和测量，为应急救援、消防指挥、矿山采空区及地面塌陷区的工程治理等工作提供技术支持。
具体实施例：
如图1所示，为本发明所提供的一种用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置的杆式三维伺服控制的旋转装置结构示意图，所述装置的结构为杆状，包括有：旋转换向装置1、垂直角度传感器2、垂直旋转电机3、垂直旋转控制电路4、水平旋转轴5、水平角度传感器6、水平旋转电机7、水平旋转控制电路8，其中上述各部件的连接关系为：
旋转换向装置1、垂直角度传感器2、垂直旋转电机3连接至垂直旋转控制电路4；
水平旋转轴5、水平角度传感器6、水平旋转电机7连接至水平旋转控制电路8；
垂直旋转控制电路4和水平旋转控制电路8通过导线连接，由水平旋转控制电路8与上位机或控制计算机连接进行通信。
具体实现中，上述装置能在水平方向0～360°，以及垂直方向﹣90°～+90°上自由旋转。具体是利用单片机程序结合光电编码器通过对两支电机的旋转控制实现水平方向0～360°，和垂直方向-90°～+90°(沿水平旋转轴向方向为0°)的自由旋转。
同时，根据需要可在所述装置的垂直旋转端搭载摄像头、激光测距模块、光学指向装置以及其他不同的传感器；然后通过外接延长杆将所述装置置入狭小空间内部，或者当空间封闭时，采用打钻方式沿钻孔将所述装置置入狭小空间内部，从而实现对狭小空间内部的观察和测量，为应急救援、消防指挥、矿山采空区及地面塌陷区工程治理等工作提供指导。
另外，具体实现过程中，该装置的水平与垂直旋转由两部分控制电路分别完成，两部分电路用TTL通信，用于进行角度信息的数据传输及控制命令的交互；用于控制垂直旋转的控制电路预留包括但不仅限于RS232数据通信接口，必要时可外接激光测距模组等传感器；用于实现垂直方向旋转的直流伺服电机沿水平旋转轴安装，通过方向变换装置将水平旋转变换为垂直方向；用于控制电路的主要芯片为8051系列或STM32系列单片机，电机驱动芯片为TD340I或LN298。
上述装置的直径范围为5～8cm，长度能加工制成100～150cm，尾端接供电及通信线缆，通过上位机控制实现装置的水平和垂直旋转部分的旋转，上述装置典型的工作流程为：
上位机控制程序设定水平与垂直旋转的范围及步进角度，水平电机旋转一个单位步进角度后，水平控制电路发指令给垂直旋转控制电路告知“已到位，开始旋转”；
之后垂直旋转电机旋转一个步进角度后，然后告知水平控制电路“已到位，可与外接扩展的传感器通信”，并依次进行旋转工作。
综上所述，本专利所述装置可对狭小空间的内部情况进行观察和测量，为应急救援、消防指挥、矿山采空区及地面塌陷区的工程治理等工作提供技术支持。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，其特征在于，包括旋转换向装置，所述旋转换向装置与垂直旋转组件连接，所述垂直旋转组件连接在水平旋转组件上；
所述垂直旋转组件包括垂直角度传感器、垂直旋转电机和垂直旋转控制电路，所述旋转换向装置的下部与所述垂直旋转电机的输出轴连接；
所述水平旋转组件包括水平角度传感器、水平旋转电机和水平旋转控制电路，所述垂直旋转组件的下部通过水平旋转轴与所述水平旋转电机连接；
所述垂直角度传感器、垂直旋转电机与所述垂直旋转控制电路电连接，所述水平角度传感器、水平旋转电机与所述水平旋转控制电路电连接，所述垂直旋转控制电路与所述水平旋转控制电路电连接，所述水平旋转控制电路与上位机或控制计算机连接。
2.根据权利要求1所述的用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，其特征在于，所述旋转换向装置在水平方向的旋转范围为0～360°，在垂直方向的转动范围为﹣90°～+90°。
3.根据权利要求2所述的用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，其特征在于，所述旋转换向装置搭载有光纤陀螺仪、摄像头、激光测距模块、光学指向装置以及传感器。
4.根据权利要求3所述的用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，其特征在于，整个装置的外形结构为杆式结构。
5.根据权利要求4所述的用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，其特征在于，所述杆式结构的直径为5～8cm，长度为100～150cm。
6.根据权利要求4或5所述的用于地下采空区地面钻孔的测向定位装置，其特征在于，所述杆式结构通过外接延长杆置入狭小空间内部；或，采用打钻方式沿钻孔将所述杆式结构置入狭小空间内部。
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