液压长螺旋钻机钻进参数监测传感器的选用

吴海峰

摘 要：液压长螺旋钻机是桩基础施工的核心设备，其的应用领域广泛，可以被应用于采矿勘探、高层建筑、水利工程等领域。在本文的研究中，通过对其钻进过程中主要参数监测传感器的选用研究为实现其闭环自动控制系统的设计做好基础。

关键词：液压长螺旋钻机；钻进参数；传感器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.055

0 引言

长螺旋钻孔压灌超流态砼桩工艺对液压长螺旋钻机的系统稳定性和可靠性要求较高。然而由于现有的液压长螺旋钻机设备自动化程度不高，在复杂地质进行施工时，经常出现憋钻、卡钻现象。因此我们开始了液压长螺旋钻机钻进监测系统的研究。通过对液压长螺旋钻机施工中的憋钻和卡钻现象进行分析得出钻压、钻速、转速、扭矩、功率、深度为钻进监测的主要参数，本文针对这些钻进参数进行传感器的选用研究。

1 传感器选用原则

（1）灵敏度的选择。在量程的线性范围内，传感器的灵敏度是变化的，因此，必须要将其的变化量控制在测量精度允许的范围内。在对传感器进行使用的过程中，在非线性区与入饱和区，是不允许其进入的。

（2）频率响应特性。传感器的频率响应特性必须要覆盖被测信号的带宽，在其频率范围内，这是保障被测信号的带宽保持不失真的测量条件，在这里，所选取的传感器的响应延迟时间越短越好。

（3）线性范围 。输出与输入成正比例的范围被称之为传感器的线性范围，传感器的灵敏度，在此范围内必须要保持定值。线性范围越宽，就说明了传感器的工作量程就越大。传感器的量程能否满足要求是选择传感器种类的重要标准。

（4）稳定性。 传感器的性能，在使用时间内不发生变化的性质，就被称之为稳定性。时间与环境是直接影响稳定性的主要因素。因此，必须要满足传感器使用环境的一定要求下，才可以使其正常工作。要为钻进过程监测系统选用传感器就要考虑钻进现场复杂的具体工况。

（5）精度 。在整个的测试系统中，由于传感器是其的输入端，因此，整个测试系统中的精度会直接受到传感器精度的影响。针对于传感器来讲，其的价格的高低直接受到精度的高低影响的，因此，在实际的测量中能够满足同一测量要求时，应考虑其结构和合适的价格。

2 钻进过程参数监测传感器类型

（1）钻压检测传感器。钻杆压力是现场所需要测量的压力参数，针对于电阻应变式压力传感器来讲，其主要被用于进行测量用于气体和液体的绝对压力与静态、动态压力。其主要的构成部分是外壳、弹性组件以及电阻应变片等，将压力变化通过运用半导体材料的压阻效应或者是利用金属材料的电阻应变效应转化成为电阻变化，这就是其的工作原理。在实际的操作过程中，电阻应变式传感器可以用于测量加速度、力、压力等力学量，在恶劣的环境下工作，其具有良好的工作可靠性，测试范围宽广性、性能稳定性、输出特性线性好、精度高等优势。

（2）转速检测传感器。影响钻进效率的重要参数就是转速。液压长螺旋钻机钻杆每分钟旋转的圈数即为转速。在本研究中，我们所采用霍尔转速传感器来对钻机主轴转速进行检测，其中，磁钢是霍尔转速传感器所感应的对象。通过将磁钢嵌入到钻机主轴上（即被测体上），当被测物体转动后经过霍尔传感器前端时，就会产生相应的磁场变化，当磁场的变化被霍尔元件检测到后，就会促使霍尔电压产生一种相应的脉冲信号，简单处理后，并将其进行转化成为一个交变电信号，该信号可以通过传感器内置电路开对其进行放大、整形处理后，将良好的矩形脉冲信号进行输出，以此来实现测速或位移的检测。

（3）钻速检测传感器和深度检测传感器。光栅编码器是检测钻速和深度的主要检测传感器。针对于光栅编码器来讲，其的主要构成部分是由光栅盘和光电检测装置。在一个特定直径的圆盘之上，开通若干个等分地的长方形孔，这是光栅盘的主要特征。钻孔的深度可以运用光栅编码器，来对液压动力头位移进行测量，然后通过一定的处理之后获得。通过借助同步装置，在测量动力头位移时，将动力头的线位移转化成为光栅编码器的角位移，同步装置轮轴的角位移通过运用光栅式角位移传感器来进行测量得出，由此一来，动力头的线位移便可以算出来。钻速可以通过单位时间的动力头位移间接算出。

（4）扭矩检测传感器。扭矩是钻进过程最重要的规程参数之一，液压动力头带动回转器，扭矩可通过测量液压马达的扭矩得到。液压马达的扭矩T可根据下式来计算。

将压力传感器分别安装于液压马达的进、出油口处，以此来实现液压马达工作压力的测量。通过运用霍尔传感器，来充分的对液压马达钻速进行实时检测。针对于霍尔传感器来讲，其输出的信号是脉冲信号，液压马达的转速就可以通过计算单位时间内脉沖信号的个数来得出。

（5）功率检测传感器。液压绞车进行起升和下放作业时，它的负载也在不断变化，液压绞车的原动力是电机。电力参数的检测已是相当成熟，一般而言，现场的一些主要的一些电参量都是通过电量变送器来进行获取的，电参量主要包括（频率、功率、大电流、高电压、电度、相角等）。在对高压电网的电流和电压进行检测时，可以通过充分的利用电磁感应和变压器原理来进行检测，相对的电压与电流的信号被感应出来之后，将感应到的信息通过初步的整流、放大等方式进行处理后，将初步的数据输入到中央芯片中进行处理与计算，数据处理完成后，再有中央芯片进行控制，通过不同的接口与上位机通讯，来对功率参数实施检测。

3 总结

在本文中我们主要为钻进监测系统选择监测主要参数传感器，给出选用原则，确定传感器种类为后续的钻进参数测量研究做好铺垫。

参考文献：

[1]高珺.煤矿井下钻孔深度检测技术研究[J].煤炭科学技术，2016（04）：106-109.endprint