吳海峰

摘 要：液壓長螺旋鉆機(jī)是樁基礎(chǔ)施工的核心設(shè)備，其的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，可以被應(yīng)用于采礦勘探、高層建筑、水利工程等領(lǐng)域。在本文的研究中，通過對其鉆進(jìn)過程中主要參數(shù)監(jiān)測傳感器的選用研究為實(shí)現(xiàn)其閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：液壓長螺旋鉆機(jī)；鉆進(jìn)參數(shù)；傳感器

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

0 引言

長螺旋鉆孔壓灌超流態(tài)砼樁工藝對液壓長螺旋鉆機(jī)的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性要求較高。然而由于現(xiàn)有的液壓長螺旋鉆機(jī)設(shè)備自動(dòng)化程度不高，在復(fù)雜地質(zhì)進(jìn)行施工時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)憋鉆、卡鉆現(xiàn)象。因此我們開始了液壓長螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)監(jiān)測系統(tǒng)的研究。通過對液壓長螺旋鉆機(jī)施工中的憋鉆和卡鉆現(xiàn)象進(jìn)行分析得出鉆壓、鉆速、轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、深度為鉆進(jìn)監(jiān)測的主要參數(shù)，本文針對這些鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行傳感器的選用研究。

1 傳感器選用原則

（1）靈敏度的選擇。在量程的線性范圍內(nèi)，傳感器的靈敏度是變化的，因此，必須要將其的變化量控制在測量精度允許的范圍內(nèi)。在對傳感器進(jìn)行使用的過程中，在非線性區(qū)與入飽和區(qū)，是不允許其進(jìn)入的。

（2）頻率響應(yīng)特性。傳感器的頻率響應(yīng)特性必須要覆蓋被測信號的帶寬，在其頻率范圍內(nèi)，這是保障被測信號的帶寬保持不失真的測量條件，在這里，所選取的傳感器的響應(yīng)延遲時(shí)間越短越好。

（3）線性范圍 。輸出與輸入成正比例的范圍被稱之為傳感器的線性范圍，傳感器的靈敏度，在此范圍內(nèi)必須要保持定值。線性范圍越寬，就說明了傳感器的工作量程就越大。傳感器的量程能否滿足要求是選擇傳感器種類的重要標(biāo)準(zhǔn)。

（4）穩(wěn)定性。 傳感器的性能，在使用時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化的性質(zhì)，就被稱之為穩(wěn)定性。時(shí)間與環(huán)境是直接影響穩(wěn)定性的主要因素。因此，必須要滿足傳感器使用環(huán)境的一定要求下，才可以使其正常工作。要為鉆進(jìn)過程監(jiān)測系統(tǒng)選用傳感器就要考慮鉆進(jìn)現(xiàn)場復(fù)雜的具體工況。

（5）精度 。在整個(gè)的測試系統(tǒng)中，由于傳感器是其的輸入端，因此，整個(gè)測試系統(tǒng)中的精度會直接受到傳感器精度的影響。針對于傳感器來講，其的價(jià)格的高低直接受到精度的高低影響的，因此，在實(shí)際的測量中能夠滿足同一測量要求時(shí)，應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)和合適的價(jià)格。

2 鉆進(jìn)過程參數(shù)監(jiān)測傳感器類型

（1）鉆壓檢測傳感器。鉆桿壓力是現(xiàn)場所需要測量的壓力參數(shù)，針對于電阻應(yīng)變式壓力傳感器來講，其主要被用于進(jìn)行測量用于氣體和液體的絕對壓力與靜態(tài)、動(dòng)態(tài)壓力。其主要的構(gòu)成部分是外殼、彈性組件以及電阻應(yīng)變片等，將壓力變化通過運(yùn)用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)或者是利用金屬材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)轉(zhuǎn)化成為電阻變化，這就是其的工作原理。在實(shí)際的操作過程中，電阻應(yīng)變式傳感器可以用于測量加速度、力、壓力等力學(xué)量，在惡劣的環(huán)境下工作，其具有良好的工作可靠性，測試范圍寬廣性、性能穩(wěn)定性、輸出特性線性好、精度高等優(yōu)勢。

（2）轉(zhuǎn)速檢測傳感器。影響鉆進(jìn)效率的重要參數(shù)就是轉(zhuǎn)速。液壓長螺旋鉆機(jī)鉆桿每分鐘旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)即為轉(zhuǎn)速。在本研究中，我們所采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來對鉆機(jī)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測，其中，磁鋼是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器所感應(yīng)的對象。通過將磁鋼嵌入到鉆機(jī)主軸上（即被測體上），當(dāng)被測物體轉(zhuǎn)動(dòng)后經(jīng)過霍爾傳感器前端時(shí)，就會產(chǎn)生相應(yīng)的磁場變化，當(dāng)磁場的變化被霍爾元件檢測到后，就會促使霍爾電壓產(chǎn)生一種相應(yīng)的脈沖信號，簡單處理后，并將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化成為一個(gè)交變電信號，該信號可以通過傳感器內(nèi)置電路開對其進(jìn)行放大、整形處理后，將良好的矩形脈沖信號進(jìn)行輸出，以此來實(shí)現(xiàn)測速或位移的檢測。

（3）鉆速檢測傳感器和深度檢測傳感器。光柵編碼器是檢測鉆速和深度的主要檢測傳感器。針對于光柵編碼器來講，其的主要構(gòu)成部分是由光柵盤和光電檢測裝置。在一個(gè)特定直徑的圓盤之上，開通若干個(gè)等分地的長方形孔，這是光柵盤的主要特征。鉆孔的深度可以運(yùn)用光柵編碼器，來對液壓動(dòng)力頭位移進(jìn)行測量，然后通過一定的處理之后獲得。通過借助同步裝置，在測量動(dòng)力頭位移時(shí)，將動(dòng)力頭的線位移轉(zhuǎn)化成為光柵編碼器的角位移，同步裝置輪軸的角位移通過運(yùn)用光柵式角位移傳感器來進(jìn)行測量得出，由此一來，動(dòng)力頭的線位移便可以算出來。鉆速可以通過單位時(shí)間的動(dòng)力頭位移間接算出。

（4）扭矩檢測傳感器。扭矩是鉆進(jìn)過程最重要的規(guī)程參數(shù)之一，液壓動(dòng)力頭帶動(dòng)回轉(zhuǎn)器，扭矩可通過測量液壓馬達(dá)的扭矩得到。液壓馬達(dá)的扭矩T可根據(jù)下式來計(jì)算。

將壓力傳感器分別安裝于液壓馬達(dá)的進(jìn)、出油口處，以此來實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)工作壓力的測量。通過運(yùn)用霍爾傳感器，來充分的對液壓馬達(dá)鉆速進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。針對于霍爾傳感器來講，其輸出的信號是脈沖信號，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速就可以通過計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)脈沖信號的個(gè)數(shù)來得出。

（5）功率檢測傳感器。液壓絞車進(jìn)行起升和下放作業(yè)時(shí)，它的負(fù)載也在不斷變化，液壓絞車的原動(dòng)力是電機(jī)。電力參數(shù)的檢測已是相當(dāng)成熟，一般而言，現(xiàn)場的一些主要的一些電參量都是通過電量變送器來進(jìn)行獲取的，電參量主要包括（頻率、功率、大電流、高電壓、電度、相角等）。在對高壓電網(wǎng)的電流和電壓進(jìn)行檢測時(shí)，可以通過充分的利用電磁感應(yīng)和變壓器原理來進(jìn)行檢測，相對的電壓與電流的信號被感應(yīng)出來之后，將感應(yīng)到的信息通過初步的整流、放大等方式進(jìn)行處理后，將初步的數(shù)據(jù)輸入到中央芯片中進(jìn)行處理與計(jì)算，數(shù)據(jù)處理完成后，再有中央芯片進(jìn)行控制，通過不同的接口與上位機(jī)通訊，來對功率參數(shù)實(shí)施檢測。

3 總結(jié)

在本文中我們主要為鉆進(jìn)監(jiān)測系統(tǒng)選擇監(jiān)測主要參數(shù)傳感器，給出選用原則，確定傳感器種類為后續(xù)的鉆進(jìn)參數(shù)測量研究做好鋪墊。

參考文獻(xiàn)：

[1]高珺.煤礦井下鉆孔深度檢測技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016（04）：106-109.endprint