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《中国地质大学(北京)》 2009年
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水平定向钻进钻头信息的测量与传输

刘春  
【摘要】: 水平定向钻进是我国近年来发展最快的施工技术之一,具有铺管精度高、施工场地需求简单等特点,在铺设电力、通信、煤气和自来水管线等地下工程建设中得到了广泛的应用。 钻头的跟踪与导向是水平定向钻进关键技术之一,一般由三部分组成:地下传感发射探头、地面手持式定位导向仪和远端监视设备。目前国内导向仪器完全依赖进口,因此,本文对水平定向钻进钻头信息的测量和传输技术进行了研究。 本文研究了摆式倾角传感器和传统加速度传感器测量倾角的方法,分析了光电式和光电滚珠式传感器测量面向角的特点,在传统测量方法基础上,结合水平定向钻进随钻测量体积小、成本低的特点,选择了最新的MEMS加速度传感器构建测量系统。根据测量系统在钻头内放置方式,建立了空间坐标系,给出了钻头倾角和面向角的测量模型,结合MEMS技术,采用MEMS加速度传感器对倾角和面向角进行了测量。钻头温度过高会使测量不准确,甚至造成永久的损坏,因此,本文采用集成式温度传感器进行了钻头内部温度的监测。 MEMS加速度传感器的测量轴数可分为单轴、双轴、三轴,本文分别采用三轴加速度传感器和双轴加速度传感器对钻头的倾角和面向角进行了测量;分别采用模拟式和数字式集成温度传感器进行了钻头内部温度的监测。利用C8051F单片机构建嵌入式系统,实现了钻头倾角、面向角、温度、电量等参数的测量,该系统体积小巧,能放入狭小的钻头空腔内,并能满足测量的要求。 地下测量的数据需要传输到地面,以便于操作人员实时掌握钻头状态,控制钻头的运行。本文研究了地下传感探头与导向仪和远端监视器的通信技术,提出了有线传输和无线传输相结合的方法:地下传感探头和地面手持式导向仪之间采用基于RS-485的有线传输,手持式导向仪和远端监视设备之间近距离采用无线传输、远距离采用RS-485有线传输。 本文利用液晶显示器设计了人机界面,实现了钻头信息的显示,并利用VB开发了基于PC机的图形显示界面,使人机界面更加友好、直观。
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP29-AA

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 沈璟璟;非开挖铺管竣工管道三维轨迹检测系统研发[D];中国地质大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 张永光;冲击挤密潜孔锤外表减阻结构优化设计及试验研究[D];吉林大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 杨艳娟;捷联惯性导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2001年
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 赵林;捷联惯导及其组合导航研究[D];南京理工大学;2002年
2 江树生;捷联惯性导航系统中陀螺仪信号的数据采集及处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
【二级引证文献】
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1 张恒春;智能化多功能实验台钻进参数检测与控制系统的设计与实现[D];中国地质大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 鲁琴;非开挖水平定向钻进轨迹设计与调控技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
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8 刘春;水平定向钻进钻头信息的测量与传输[D];中国地质大学(北京);2009年
9 刘海龙;油气管道水平定向钻穿越大中型河流技术的研究[D];中国地质大学(北京);2009年
10 郭晓军;HDPE管道在水平定向钻进回拖中的变形损坏机理及数值模拟[D];成都理工大学;2011年
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