[发明专利]一种相对回转结构中的压扭分离力载测量方法

权利要求书

1.一种相对回转结构中的压扭分离力载测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将与钻头连接端连接 的外管截短，使得钻头通过外螺纹与弹性元件的下端连接，弹性元件的上端通过插槽与外管过渡连接段的下端连接，外管过渡连接段的上端通过插孔与外管截短端连接，使得外管截短长度等于外管过渡段连接段与弹性元件连接后的长度，传感元件放在弹性元件上，从外管过渡段连接段下端到传感元件下端的外部，并设有保护套，通过螺钉将保护套、外管过渡连接段、截短后的外管连接在一起，其中，保护套实现钻进过程中原有的作用关系不改变，弹性元件底部螺纹和外管过渡段连接段将钻头、传感器截断后的外管连接在一起，并将钻头所受的轴向力和扭矩直接传递给力传感器；

(2)通过在弹性元件上粘贴的传感元件，两个传感元件连接成惠斯通电桥，传感元件中轴线方向电阻及与轴向方向垂直的电阻组成全桥，其中，中轴线方向电阻用于测量轴向压力，与轴向垂直方向电阻用于温度补偿，与传感元件中轴线方向成45°的电阻组成半桥，实现温度自补偿，测量压力的全桥输出四根传输线，测量扭矩的半桥输出3根传输线；

(3)传输线采用透明胶条紧贴于外管内壁，将采集信号从回转结构中输出；

(4)在钻头末端施加标准的压力后测量电压U1，采用最小二乘法拟合电压与力的关系得到映射系数K1，在钻头末端施加扭矩，测量电压U2，采用最小二乘法拟合电压与力的关系得到映射系数K2，最终得到压力和扭矩公式，进而完成相对回转结构中的压扭分离力载测量；

其中，在钻头末端施加标准的压力范围为10N或50N或100N或200N或300N或400N，在钻头末端施加扭矩范围为0.5Nm或1Nm或1.5Nm或2Nm或2.5Nm或3Nm或3.5Nm或4Nm或4.5Nm或5Nm；

所述的相对回转结构包括钻头、外管、内管，其中，钻头与外管相连，内管与钻头、外管相连后的形成组合体连接，并形成相对回转的结构；

所述的两个传感元件贴在弹性元件筒壁的对称位置且方向相对；

所述的压力和扭矩公式为：

压力＝K1*U1；扭矩＝K2*U2。

2.一种相对回转结构中的压扭分离力载测量装置，相对回转结构包括钻头、外管、内管，其中，钻头与外管相连，内管与钻头、外管相连后的形成组合体连接，形成相对回转结构，其特征在于包括弹性元件、外管过渡连接段、保护套、传感元件、测量电路、数据传输、信号放大及采集、数据采集与处理单元，其中：

将与钻头连接端连接的外管截短后，钻头通过外螺纹与弹性元件的下端连接，弹性元件的上端通过插槽与外管过渡连接段的下端连接，外管过渡连接段的上端通过插孔与外管截短端连接，外管截短长度等于外管过渡段连接段与弹性元件连接后的长度，传感元件放在弹性元件上，从外管过渡段连接段下端到传感元件下端的外部，并设有保护套，保护套、外管过渡连接段、截短后的外管通过螺钉连接，弹性元件底部螺纹和外管过渡段连接段将钻头、传感器截断后的外管连接在一起，并将钻头所受的轴向力和扭矩直接传递给力传感器，力传感器包括弹性元件、两个传感元件，其中：

传感元件中轴线方向及与轴向方向垂直的电阻组成一个全桥，其中轴向方向电阻用于测量轴向压力，与轴向垂直方向电阻用于温度补偿；传感元件中轴线方向成45°的电阻组成一个半桥，电路实现温度自补偿；

在钻头末端施加标准的压力后测量电压U1，采用最小二乘法拟合电压与力的关系得到映射系数K1，在钻头末端施加扭矩，测量电压U2，采用最小二乘法拟合电压与力的关系得到映射系数K2，最终得到压力和扭矩公式，进而完成相对回转结构中的压扭分离力载测量；

其中，在钻头末端施加标准的压力范围为10N或50N或100N或200N或300N或400N，在钻头末端施加扭矩范围为0.5Nm或1Nm或1.5Nm或2Nm或2.5Nm或3Nm或3.5Nm或4Nm或4.5Nm或5Nm。