[发明专利]深孔钻车水平钻定向系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种深孔钻车水平钻定向系统。

背景技术

深孔钻车水平钻定向系统广泛应用于煤矿深孔钻车。由于煤矿井下特殊环境，卫星定位、无线电导航均无法在井下深孔钻车上使用，目前最常用的深孔钻车水平钻定向系统是使用自助定位系统，惯性单元就是常用于自助定位系统的一种常见装姿，惯性单元的优点是独立于外部信息，但是矿下复杂的磁场环境及惯性单元的漂移误差、校准困难会导致自助定位系统的不可靠甚至不可用；另一类水平钻定向系统是全站仪，这也是一种常见的隧道施工监测仪器，但在煤矿下校准困难，且成本较高；还有一种水平钻定向系统是激光定向系统，该系统比较可靠，但是实施难度较大，且不方便进行水平钻的绝对空间位姿定位。

发明内容

本发明在于克服上述不足，提供一种实时定位准确、数据可靠、具备良好可实施性并且成本较低的深孔钻车水平钻定向系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种深孔钻车水平钻定向系统，包括惯性单元、旋转编码器、485总线通讯卡、ARM控制器和显示器，所述惯性单元、旋转编码器、485总线通讯卡、ARM控制器都含有相同定义的系统总线接口，通过32芯插针相互叠插在一起，所述485总线通讯卡含有485总线通信接口，所述惯性单元包括UART串行总线接口和六个传感器，所述六个传感器分为三个正交安装的加速度计及三个正交安装的陀螺仪；旋转编码器含有差分信号输入接口，ARM控制器含有开关量信号输入接口、差分信号输入接口、UART串行总线接口和显示器驱动接口；显示器安装于深孔钻车主控制台一侧， ARM控制器姿于深孔钻车的履带斜上方，通过机械方式进行固定安装；旋转编码器安装于深孔钻车水平钻旋转支座处；惯性单元安装于无磁壳体内部、水平钻上方随动机构上，通过机械连接安装于水平钻联动的机械部件上。

本发明深孔钻车水平钻定向系统，深孔钻车主控制台的数据信号输入接口和ARM控制器相连，显示器与ARM控制器的显示器驱动接口相连，惯性单元信号输出和ARM控制器的UART串行总线接口相连，旋转编码器信号输出和ARM控制器的差分信号输入接口相连。

本发明深孔钻车水平钻定向系统，所述惯性单元、旋转编码器、ARM控制器均含有备用锂电池。

本发明深孔钻车水平钻定向系统，陀螺仪和加速度计的数据信息解算之后，进行卡尔曼滤波数据融合算法，将得到的相对偏航角和卡尔曼滤波得到的水平钻空间位姿进行第二次卡尔曼滤波数据融合算法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明深孔钻车水平钻定向系统利用基于ARM处理器的嵌入式系统技术研制的水平钻定向系统，易实施、便于移植，且能够同时处理多个传感器数据；利用485总线通讯技术实现了定向系统和深孔钻车控制台的实时数据通讯，提高了整个定向系统的实时性和可扩展性；使用备用锂电池为ARM控制器、惯性单元、旋转编码器提供备用电源，保证在系统断电情况下记录水平钻的实时空间位姿；使用旋转编码器弥补了惯性单元对环境磁场的敏感性；使用双层卡尔曼滤波数据融合算法保证了定向系统的数据可靠性和精确性。

附图说明

图1为本发明深孔钻车水平钻定向系统安装结构示意图。

图2为本发明深孔钻车水平钻定向系统的结构框图。

图3为本发明深孔钻车水平钻定向系统的数据采集软件程序流程图。

具体实施方式

如图1所示，图1为深孔钻车水平钻定向系统的安装结构示意图，包括惯性单元、旋转编码器、485总线通讯卡、ARM控制器和显示器，所述惯性单元、旋转编码器、485总线通讯卡、ARM控制器都含有相同定义的系统总线接口，通过32芯插针相互叠插在一起，所述485总线通讯卡含有485总线通信接口，所述惯性单元包括UART串行总线接口和六个传感器，所述六个传感器分为三个正交安装的加速度计及三个正交安装的陀螺仪；旋转编码器含有差分信号输入接口，ARM控制器含有开关量信号输入接口、差分信号输入接口、UART串行总线接口和显示器驱动接口；