[发明专利]基于惯性技术的非开挖随钻测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种非开挖随钻测量系统，特别是一种基于惯性技术的非开挖随钻测量系统。 

背景技术

随着城市基础建设的大规模发展，非开挖技术的应用越来越广泛，尤其在各种管线的铺设和地铁施工等地下工程中，为了能够保障按照预定的路线铺设和施工，需要在钻进的过程中进行导向和测量。 

目前，非开挖工程中常用的随钻测量系统多基于电磁定位原理和无线电定位原理。参见图1，探头101为跟随钻头运动的部分，其中内置有电磁波发射器或者无线电发射器，向接收器102发射信号；接收器102位于地面或者钻口附近，或者垂直于钻头的地上；接收器102通过信号强度解算钻头的位置；监视器103同接收器102通过有线或者无线连接，以监视探头的工作情况。参见图2，该随钻测量系统包括地下单元1和地上单元2，地下单元中的地磁传感器201和温度传感器202将地磁信号和温度信号传递到A/D转换及CPU装置203中，A/D转换及CPU装置203将地磁信号和温度信号进行A/D转换并做相应处理，发送到编码传输装置204，编码传输装置204为RS232或者无线传输方式，编码传输装置204将A/D转换及CPU装置203传来的信号进行编码并传输，地上单元中2的编码接收装置205接收编码传输装置204传来的信号，并发送到姿态解算与显示装置206中进行姿态解算和显示，编码接收装置205为相应的RS232或者无线传输方式。 

以上两种随钻测量系统存在以下缺陷：易产生溢出，易受环境电磁信号的干扰；功率受到限制，对较深的定位深度无法测量；信号的穿透力受地层状况、土质条件的影响；需地面接收设备，影响地面交通，且地面有障碍物时无法测量。 

参见图3，地下单元1’中的三轴加速度计301和温度传感器302传送监测信号到A/D转换及CPU姿态解算装置303中，A/D转换及CPU姿态解算装置303将监测信号进行A/D转换并做相应处理，发送到编码传输装置304，编码传输装置204为RS232或者无线传输方式，编码传输装置304将A/D转换及CPU姿态解算装置303传来的信号进行编码并传输，地面监视器305接收编码传输装置304传来的信号，并进行相应处理，显示信息。 

但上述随钻测量系统存在测量范围有限等缺陷，例如倾角不大于50°等。对于该种方法，有的加上了磁强计以增加航向角的测量，但在滚转角、倾斜角方面并没有和加速度计的信号进行有效融合；同时，磁强计易受电磁干扰影响，在很多场合不能有效应用，因此不能有效解决角度测量受限的问题。而其同地面的信号传输方式，使其测量深度受到RS232传输距离或无线电传输距离的限制。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明基于惯性技术的非开挖随钻测量系统的目的是提供一种不受电磁干扰、钻进深度等因素的影响，并对温度进行补偿，给出更加可靠的工具面向角和俯仰角，给出参考航向和位置，并对电磁干扰强弱进行评价，进而给出参考航向和位置的可信度的基于惯性技术的非开挖随钻测量系统。 

一种基于惯性技术的非开挖随钻测量系统，包括安装于钻进系统上的随钻单元和与通过线缆连接钻进系统的监控单元；所述随钻单元包括第一三轴加速度传感器、温度传感器、地磁敏感器和数据处理装置； 

所述第一三轴加速度传感器用于测量系统静止时的重力加速度的三个分量，进而获得系统的钻头倾角和工具面向角，测量系统在三个方向的运动加速度，获得系统的位移数据，并将数据发送出去； 

所述温度传感器用于测量随钻单元的温度，并将温度数据发送出去； 

所述地磁敏感器用于通过检测钻头指向与地磁极方向的夹角来获得方位基准，获得钻头的运行方向，并将数据发送出去； 

所述数据处理装置用于读取或测量数据，并形成数据帧，发送出去； 

所述监控单元包括人机交互装置、数据存储与导出装置和数据处理与解算装置； 

所述人机交互装置用于对测量结果和解算结果进行实时显示； 

所述数据存储与导出装置用于将测量数据和解算数据导出并存储； 

所述数据处理与解算装置用于接收地球引力加速度数据、地磁敏感器测量数据、温度数据，并对数据进行校验和处理，测量随钻单元的温度、并对温度进行补偿，计算出工具面向角和钻头倾角、给出航向和位置及其可信度、从而给出电磁干扰强弱的评价，发送测量结果和解算结果到存储或显示； 

所述随钻单元还包括第二三轴加速度传感器以及载波通信发送装置；