[发明专利]用于钻杆长度应力波自动检测系统以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于钻杆长度应力波自动检测系统以及方法，属于实验或工程测量的信号检测的技术领域。

背景技术

勘探过程复杂多变，传统测量深度的方法是需要记录使用杆的节数，并记录每根杆的长度来测量钻探的深度，由于人工操作难免会出现疏忽，造成记录的数据混乱或失真。为了解决深度自动测量问题，从综合成本考虑使用应力波方式最为低廉。应力波技术通过多年的应用在分析系统特性方面有许多应用，对于钻杆或锚固系统地检测，大都采取滤波的方法，但都没有从信源匹配方法入手针对准确识别杆底信号，而避免识别缺陷位置的任务来解决问题。对于测量钻杆长度来说，由于杆件接头处的杂物或铁锈之类的影响，容易造成误判，难于做到自动判定。

专利申请号为200480020483.6的用于振动感测和分析的方法和仪器，提出了一种如何分析震动的方法，其应用领域是机械设备安装是否异常，也只是一种测量应力波的方法，和应力波反射理论没有直接关系，不属于应力波反射分析范围。其目的是检测机械设备的异常震动。

专利申请号为200510057427.6的一种用于锚杆锚固系统的无损探伤检测方法，其同样采用应力波理论分析金属杆状物，其采用多次小波分解，并做消噪处理，信号重构等一些列算法识别入射波、反射波信号，来判别缺陷位置或者杆底位置。同样没有对信源做控制来分析问题。且设计目的是为了寻找缺陷位置和杆底位置并计算牢靠程度。

专利申请号为201010145439.5的一种应力波信号测试仪及应力波信号的采集方法，只是一种利用音频模块作为信号采集的方法，只是属于电路设计范围，并没有涉及应力波具体应用的分析方法。

专利申请号为201110100634.0的一种用于基桩质量智能检测的方法，其也是采用应力波理论分析杆状物，其目的是发现和识别缺陷位置和底部位置，其方法是先进行模型训练然后根据训练经验参数对被测信号分析，没有采用信源控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于钻杆长度应力波自动检测系统，

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种用于钻杆长度应力波自动检测系统，包括：

执行单元，包括相组合的永磁和撞针、套装在撞针下部的复位弹簧、设置在永磁和撞针外围的电磁线圈、设置在撞针下方的缓冲垫；

信号耦合单元，包括应力波耦合器，上述缓冲垫固定在上述应力波耦合器；

智能控制单元，包括依次连接的信号匹配装置、A/D采集芯片、数据缓存器、单片机，上述信号匹配装置与上述信号耦合单元相连接；

驱动单元，包括驱动电路、给驱动电路提供电源的电池，上述驱动电路的输入端连接上述单片机，电压输出端连接上述电磁线圈；

无线数据传输单元；

操作分析单元，设置为平板电脑或智能手机，并通过上述无线数据传输单元接收上述单片机的数据。

进一步地，上述应力波耦合器装配有信号采集传感器，上述信号采集传感器与上述信号匹配装置连接。

进一步地，上述驱动电路为BUCK型开关降压电源电路，其信号输入端接收单片机给出的PWM信号。

进一步地，上述无线数据传输单元为AP模组或蓝牙模组。

一种用于钻杆长度应力波自动检测方法，步骤包括：

1)将用于钻杆长度应力波自动检测系统安装于钻杆顶部；

2)智能控制单元通过无线数据传输单元调取操作分析单元输入的满足测量需求的最高频率响应特性的参数输入给执行单元，使产生一个冲击信号，上述C为波速，上述L为欲测试样本钻杆的长度；

3)通过信号耦合单元将执行单元产生的信号依次通过并通过信号匹配装置、A/D采集芯片、数据缓存器传输至单片机，再通过无线数据传输单元将数据送给操作分析单元，操作分析单元分析采样数据的频谱特性和时域特性，判断是否符合频域时域联合响应模型判断标准；

4)若不符合频域时域联合响应模型判断标准则重复2)～4)，逐步降低输入激励源的激励频率特性，直到基本符合频域时域联合响应模型判断标准；

5)根据最后符合频域时域联合响应判断模型的采样信号通过时域方法分析，选取第一个峰值与第二个峰值的时间差作为应力波传输时间T，通过L＝C*T/2实现自动判别钻杆长度。

满足测量需求的最高频率响应特性的参数这点对于已知钻杆超过某个长度的情况下，在分析与操作单元设置最短长度参数，可以有效减少步骤执行的循环次数，以节约分析时间。