[发明专利]基于贯入阻力法的成孔底部沉渣厚度的检测装置及其方法

权利要求书

1.一种基于贯入阻力法的成孔底部沉渣厚度的检测装置，其特征在于：

在成孔（6）内设置有井下探头（9），在地面（5）上设置有绞车（10）和检测仪器（11）；

井下探头（9）由长形圆筒及其内置的机械探针（9-0）、圆形底盘（9-1）、阻力传感器（9-2）、直流伺服电机（9-3）、内部导线（9-4）、电路板（9-5）、电缆插座（9-6）、密封圈（9-7）、倾斜角传感器（9-8）和连接电缆（9-9）组成；

其连接关系是：

在成孔（6）的下部，向上依次设置有圆形底盘（9-1）和密封圈（9-7），机械探针（9-0）的上端依次穿过圆形底盘（9-1）和密封圈（9-7）后，机械探针（9-0）、阻力传感器（9-2）、直流伺服电机（9-3）、内部导线（9-4）、倾斜角传感器（9-8）、电路板（9-5）、电缆插座（9-6）、连接电缆（9-9）、绞车（10）和检测仪器（11）依次连接。

2.按权利要求1所述的成孔底部沉渣厚度的检测装置，其特征在于：

所述的机械探针（9-0）由不锈钢材料制成的圆形长杆（9-0-1）和其底端的圆锥形端头（9-0-2）组成。

3.按权利要求1所述的成孔底部沉渣厚度的检测装置，其特征在于：

所述的圆形底盘（9-1）设置有中心孔（9-1-1）、实体区域（9-1-2）和虚体区域（9-1-3）。

4.按权利要求1所述的成孔底部沉渣厚度的检测装置，其特征在于：

所述的电路板（9-5）由通讯接口芯片（9-5-1）、三轴加速度计（9-5-2）、ARM单片机（9-5-3）和伺服电机驱动器（9-5-4）组成；

ARM单片机（9-5-3）分别与通讯接口芯片（9-5-1）、三轴加速度计（9-5-2）、伺服电机驱动器（9-5-4）和阻力传感器（9-2）连接；

通讯接口芯片（9-5-1）和电缆插座（9-6）连接；

伺服电机驱动器（9-5-4）和直流伺服电机（9-3）连接。

5.按权利要求1所述的成孔底部沉渣厚度的检测装置，其特征在于：

所述的检测仪器（11）是一种二次仪表，它通过连接电缆（9-9）和成孔6内的井下探头（9）连接；检测仪器（11）包括通用工业控制电脑、通用触摸显示液晶屏和专用通讯控制电路，工业控制电脑分别与通用触摸显示液晶屏和专用通讯控制电路连接；

所述的通用工业控制电脑运行自行开发的应用软件，控制整个检测过程：

A、工作开始（701）；

B、完成参数设置（702），

主要包括：

v：机械探针伸出速度；

t：时间计数器的当前时间；

l：机械探针当前伸出距离；

C、检查机械探针是否已回到原始位置（703），是则跳转到步骤E，否则执行下一步骤；

D、收回机械探针至原始位置（704）；

E、连续下放井下探头（705）；

F、可根据连接电缆的松紧，来判断井下探头是否已经到达沉渣层的上表面（706），是则执行下一步骤，否则跳转到步骤E；

G、时间计数器清零，t = 0，启动时间计数器，同时启动直流伺服电机，机械探针按设定速度连续伸出（707）；

H、读取时间计数器的当前时间 t，并计算当前机械探针的伸出距离，l = t * v（708）；

I、读取倾斜角传感器的检测结果，读取阻力传感器的检测结果，绘制倾斜角和贯入阻力对应于伸出距离的曲线（709）；

J、判断机械探针是否达到最大伸出距离（710），即l L，是则执行下一步骤，否则转到H步骤；

K、停止时间计数器计数，停止直流伺服电机运行，存储所有检测结果（711）；

L、收回机械探针至原始位置（712）；

M、提升井下探头至地面（713）；

N、检测结束（714）。

6.基于权利要求1、2、3、4或5所述检测装置的检测方法，其特征在于：

①首先确认机械探针（9-0）回到原点位置，即机械探针（9-0）的下端退回到圆形底盘（9-1）的中心孔（9-1-1）内；

②井下探头（9）被放入成孔6内，依靠圆形底盘（9-1）坐立在沉渣层（2）的上表面；

③操作地面（5）上的检测仪器（11），通过控制直流伺服电机（9-3）使机械探针（9-0）缓慢地、匀速地伸出至一个最大距离量程；

④在机械探针（9-0）伸出过程中，通过阻力传感器（9-2）和倾斜角传感器（9-8）检测机械探针（9-0）所受到的贯入阻力，以及机械探针（9-0）的倾斜角，并绘制贯入阻力和倾斜角对应于伸出距离的曲线；

⑤在贯入阻力对应于伸出距离的曲线上，记录下了每个伸出距离所对应的贯入阻力，据此评估沉渣层（2）的介质类型；在机械探针（9-0）到达沉渣层2的下表面时，贯入阻力急剧增大，此时所对应的伸出距离可判定为沉渣层（2）厚度；

⑥在倾斜角对应于伸出距离的曲线上，记录下了在每个伸出距离下，机械探针（9-0）进入沉渣层（2）的角度，据此对最后所得到的沉渣层（2）厚度进行修正；尤其是当机械探针（9-0）到达沉渣层（2）的下表面时，如果井下探头（9）的自重不足以使得机械探针（9-0）继续前进，其倾斜角也将发生急剧变化，同样也指示着所对应的伸出距离为沉渣层（2）厚度。