液壓長螺旋鉆機鉆進參數監測傳感器的選用

吳海峰

摘 要：液壓長螺旋鉆機是樁基礎施工的核心設備，其的應用領域廣泛，可以被應用于采礦勘探、高層建筑、水利工程等領域。在本文的研究中，通過對其鉆進過程中主要參數監測傳感器的選用研究為實現其閉環自動控制系統的設計做好基礎。

關鍵詞：液壓長螺旋鉆機；鉆進參數；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砼樁工藝對液壓長螺旋鉆機的系統穩定性和可靠性要求較高。然而由于現有的液壓長螺旋鉆機設備自動化程度不高，在復雜地質進行施工時，經常出現憋鉆、卡鉆現象。因此我們開始了液壓長螺旋鉆機鉆進監測系統的研究。通過對液壓長螺旋鉆機施工中的憋鉆和卡鉆現象進行分析得出鉆壓、鉆速、轉速、扭矩、功率、深度為鉆進監測的主要參數，本文針對這些鉆進參數進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，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。在對傳感器進行使用的過程中，在非線性區與入飽和區，是不允許其進入的。

（2）頻率響應特性。傳感器的頻率響應特性必須要覆蓋被測信號的帶寬，在其頻率范圍內，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延遲時間越短越好。

（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準。

（4）穩定性。 傳感器的性能，在使用時間內不發生變化的性質，就被稱之為穩定性。時間與環境是直接影響穩定性的主要因素。因此，必須要滿足傳感器使用環境的一定要求下，才可以使其正常工作。要為鉆進過程監測系統選用傳感器就要考慮鉆進現場復雜的具體工況。

（5）精度 。在整個的測試系統中，由于傳感器是其的輸入端，因此，整個測試系統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，其的價格的高低直接受到精度的高低影響的，因此，在實際的測量中能夠滿足同一測量要求時，應考慮其結構和合適的價格。

2 鉆進過程參數監測傳感器類型

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

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

（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，其的主要構成部分是由光柵盤和光電檢測裝置。在一個特定直徑的圓盤之上，開通若干個等分地的長方形孔，這是光柵盤的主要特征。鉆孔的深度可以運用光柵編碼器，來對液壓動力頭位移進行測量，然后通過一定的處理之后獲得。通過借助同步裝置，在測量動力頭位移時，將動力頭的線位移轉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用光柵式角位移傳感器來進行測量得出，由此一來，動力頭的線位移便可以算出來。鉆速可以通過單位時間的動力頭位移間接算出。

（4）扭矩檢測傳感器。扭矩是鉆進過程最重要的規程參數之一，液壓動力頭帶動回轉器，扭矩可通過測量液壓馬達的扭矩得到。液壓馬達的扭矩T可根據下式來計算。

將壓力傳感器分別安裝于液壓馬達的進、出油口處，以此來實現液壓馬達工作壓力的測量。通過運用霍爾傳感器，來充分的對液壓馬達鉆速進行實時檢測。針對于霍爾傳感器來講，其輸出的信號是脈沖信號，液壓馬達的轉速就可以通過計算單位時間內脈沖信號的個數來得出。

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

3 總結

在本文中我們主要為鉆進監測系統選擇監測主要參數傳感器，給出選用原則，確定傳感器種類為后續的鉆進參數測量研究做好鋪墊。

參考文獻：

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