[发明专利]一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器

说明书

本发明提供一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器，主要包括受力台、端盖、底座和感测机构，端盖安装在底座的上端口，底座具有上腔体，感测机构安装在上腔体中，感测机构包括活动台、固定台和具有相同结构特征的三感测臂，感测臂上设有多个力传感器，受力台将受力状态传递至每个力传感器，每个力传感器感测受力状态得到检测数据。本发明的有益效果：本发明的感测机构将并联的力传感器作为弹性元件不存在应变片的温漂问题，同时并联结构有效解决了测量参数的无法解耦的耦合问题，本发明的测量误差减小、检测准确，本发明的力传感器采用冗余机构进行设计，由三个感测臂均匀受力，极大的提高了传感器的可靠性。

技术领域

本发明涉及三维力传感器技术领域，尤其涉及一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器。

背景技术

钻井是利用钻机设备及破岩工具破碎地层，从而形成一个自地表到地球不同深度的孔洞的过程。传统的钻井设备一般是由钻机、钻杆、及钻头等组成。其中位于地表的钻机为钻杆提供旋转动力及向下的压力，钻杆底部连接有钻头，当钻杆带动钻头转动并向下挤压钻头时，钻头将岩石破碎，从而实现钻进的目的。在此过程中，井底近钻头处的受力状况对于指导井上的钻井工艺至关重要，合理的钻井工艺可使得井底近钻头处的受力状态达到最佳，破碎地层的效率最大，破岩工具磨损最小，因此，必须实现对井底近钻头处的受力状态进行监测。

传统的监测方法采用粘贴应变片的方式进行测量，随着钻井深度的增加，井底的温度亦不断增加，当井深超过3000米时，此时的井底温度一般均较高，使得应变片产生难以处理的温漂，导致测量误差极大增加，另外应变片在测量扭矩及轴压时，由材料本身的物理变形可知，当给材料施加扭矩时，材料亦将产生径向变形，轴向压力会受到干扰，扭矩和轴压参数的相互耦合，且该耦合关系因受力状态、材料属性、工艺状况等均不同，导致无法解耦，误差增加。此时，采用粘贴应变片的方法难以使用，无法对井底近钻头处受力进行检测，从而影响对钻井工艺的改进。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了用来对钻井过程中的钻孔钻头受力状况进行检测的一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器。

本发明的实施例提供一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器，包括包括具有内腔的本体和受力台，所述受力台位于所述本体的上方，所述本体包括端盖、底座和感测机构，所述端盖安装在所述底座的上端口，所述底座具有上腔体，所述感测机构安装在所述上腔体中，所述感测机构包括活动台、固定台和具有相同结构特征的三感测臂，所述活动台上端连接所述受力台，每一所述感测臂包括球杆、转接座和至少二力传感器，所述球杆上端球部球铰接于所述活动台，所述球杆下端连接所述转接座，每一所述力传感器上端为球形结构且球铰接于所述转接座内，每一所述力传感器的下端可转动的连接所述固定台，所述受力台受力时，受力通过所述活动台和所述球杆传至每一所述力传感器而被所述力传感器检测。

进一步地，三所述感测臂的上端排列成一个等边三角形，三所述感测臂的下端也排列成一个等边三角形。

进一步地，所述活动台为六边形，所述六边形具有三条等长的长边和三条等长的短边，所述长边和所述短边交错连接，每条所述感测臂的上端球铰接于所述活动台短边侧面。

进一步地，每一所述感测臂还包括平台盖板，所述球杆穿过所述平台盖板，所述平台盖板固定在所述活动台上相应的短边侧面。

进一步地，每一所述感测臂还包括转接盖板，每一所述力传感器穿过所述转接盖板，所述转接盖板固定在所述转接座朝向所述力传感器的一侧。

进一步地，所述底座的上端口处设有第一凹槽，所述第一凹槽上安装有第二密封垫，所述端盖压紧所述第二密封垫而安装在所述底座上端口。

进一步地，所述上腔体内设有第二凹槽，所述感测机构安装在所述第二凹槽上。

进一步地，所述底座还具有下腔体，所述下腔体位于所述上腔体的下方，所述下腔体内设有第三凹槽，所述电路板安装在所述第三凹槽上，所述电路板连接所述感测机构。