一種帶有四個機械支臂的地下連續墻成槽質量檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶有四個機械支臂的地下連續墻成槽質量檢測裝置，涉及建筑工程檢測技術。本裝置包括地下連續墻、支架、滑輪、信號電纜、主機連線；置換有電動絞車和主機，并設置有井下探頭；在地下連續墻的成槽槽口處設置有支架，在支架上設置有滑輪；信號電纜的低端和井下探頭連接，信號電纜的高端經滑輪和電動絞車連接；電動絞車通過主機連線連接到主機上。本實用采用機械接觸式，較傳統的聲波法更為直接，因此檢測結果更為準確和可靠，適用于地下連續墻成槽質量檢測。
【專利說明】一種帶有四個機械支臂的地下連續墻成槽質量檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及建筑工程檢測技術，尤其涉及一種帶有四個機械支臂的地下連續墻成槽質量檢測裝置。
【背景技術】
[0002]地下連續墻是在建筑工程中，使用專用挖槽機具，在泥漿護壁的條件下，在地下開挖具有一定長度、寬度和深度的槽段，安放鋼筋籠，灌注混凝土 ；然后連接各槽段，形成一道連續的地下鋼筋混凝土墻體。其主要作用:
[0003]①截斷地下水，為基坑內施工創造條件；
[0004]②承受周圍土體側壓力；
[0005]③作為墻體功能使用；
[0006]④作為地基基礎的一部分，以承擔上部荷載。
[0007]目前地下連續墻已廣泛應用于大壩壩基防滲、豎井開挖、工業廠房重型設備基礎、城市地鐵、高層建筑深基礎、鐵道和橋梁工程、船塢、船閘、碼頭、地下油罐、地下沉渣池等各類永久性建筑。為保證地下連續墻的質量，地下開挖的槽段(也稱地下連續墻成槽)首先應符合建筑工程質量要求。一些地方省市制定了地下連續墻成槽質量的技術檢測規程，強制性規定了對地下連續墻成槽質量的檢測要求，如江蘇省頒布了《鉆孔灌注樁成孔、地下連續墻成槽質量檢測技術規程》DGJ32/TJ117-2011。對地下連續墻成槽質量的檢測應在安放鋼筋籠之前進行成槽槽寬和成槽垂直度的檢測，對其允許偏差的要求見表一。
[0008]表一:江蘇省地下連續墻成槽質量檢測技術規程(DGJ32/TJ117 - 2011)
[0009]
序號檢測項巨允i午偏差
1成槽槽寬+40 mm
成槽永久結構小于1/300
2--
垂直度臨時結構小于1/150
3成槽深度O?+10mm
[0010]目前，聲波法為較常使用的關于地下連續墻成槽質量的檢測方法。
[0011]如圖1所示，其檢測裝置包括有地下連續墻10(被測對象)、支架11、滑輪12、承重鋼絲13、信號電纜14、聲波法電動絞車15、主機連線16、聲波法主機17、聲波法井下探頭18和聲波傳感器19 ；
[0012]其位置和連接關系是:
[0013]地下連續墻10之間構成成槽，在成槽的槽口處設置有支架11，在支架11上設置有滑輪12，置于成槽中的聲波法井下探頭18和兩根承重鋼絲13的下端連接，兩根承重鋼絲13的上端經滑輪12和聲波法電動絞車15連接，聲波法電動絞車15、主機連線16和聲波法主機17依次連接；
[0014]聲波法井下探頭18上安裝有兩個聲波傳感器19，聲波傳感器19所檢測到的聲波信號經主機連線16送至聲波法主機17中。
[0015]其工作原理是:
[0016]聲波傳感器19發射聲波信號,其從開始傳播,然后到成槽槽面,再反射回到聲波傳感器19的時間就是聲波反射信號的到達時間；聲波反射信號可在拾取的聲波信號中判另U，其到達時間如圖2中虛線所表示的時間長度。
[0017]成槽中通常充滿含有泥漿的渾水，若已知聲波信號在渾水中的傳播速度為V，則聲波傳感器19到成槽槽面的距離d = vXt/2。在不同深度位置下由兩個聲波傳感器17所檢測出的距離d，可繪制在如圖3所示的曲線上。表一所要求的成槽槽寬為這兩個聲波檢測距離之和。
[0018]在圖3上繪制出兩個聲波檢測距離之間的中間線，并對其進行線性擬合，所得到的直線的斜率可代表表一所要求的成槽垂直度。
[0019]根據表一的要求，應進行成槽深度的檢測，它是通過電動絞車17上的深度計數裝置完成的。
[0020]國內較常使用的儀器為日本KODEN公司的DM系列鉆孔側壁檢測儀。
[0021]但是，在實際應用中，聲波法的成功運用存在較大局限性，這主要是因為:
[0022]①成槽中充滿混水，其中懸浮的許多泥漿顆粒易引起聲波信號產生散射和漫射等物理現象，造成聲波信號傳播能量的衰減，因而聲波反射信號微弱；
[0023]②聲波信號在成槽槽面處發生反射，反射強度取決于槽面處兩邊介質的波阻抗(其等于波速和介質密度的乘積)的差異；差異越大，反射越強。但因為兩邊的介質分別是泥土和混水，其波阻抗差異遠沒有期望的那么大，因而聲波反射信號不強，造成其不易識別；
[0024]③水介質粘滯性較高，使得在聲波反射信號回到聲波傳感器附近時，原來發射的聲波信號并未完全消失；這樣，信號的疊加效應淹沒了原本就較微弱的聲波反射信號；
[0025]④聲波在混水介質中的傳播速度應略小于在純凈水中的傳播速度，但實際的準確數值不易確定，這會影響聲波傳播距離的計算精度。
[0026]⑤該類檢測設備笨重，不易搬運，且價格昂貴。
【發明內容】
[0027]本實用新型的目的在于克服現有技術的局限性，提供一種帶有四個機械支臂的地下連續墻成槽質量檢測裝置。
[0028]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0029]本裝置包括地下連續墻(被測對象)、支架、滑輪、信號電纜、主機連線；
[0030]置換有電動絞車和主機，并設置有井下探頭；
[0031]其位置和連接關系是:
[0032]在地下連續墻的成槽槽口處設置有支架，在支架上設置有滑輪；
[0033]信號電纜的低端和井下探頭連接，信號電纜的高端經滑輪和電動絞車連接；
[0034]電動絞車通過主機連線連接到主機上。
[0035]所述的井下探頭包含有主電路板、側臂電路板、電纜接插頭、壓力彈簧、內部連線、側臂轉動軸、側臂鎖定圓盤、密封圓筒、側臂、直線電機、直線電機絲桿、光桿和動密封圈；
[0036]其位置和連接關系是:
[0037]信號電纜的下端連接井下探頭的電纜接插頭；
[0038]電纜接插頭安裝在密封圓筒的頂端；
[0039]在密封圓筒內設置有主電路板、內部連線、直線電機、直線電機絲桿和光桿；在密封圓筒的底部安裝有動密封圈，和直線電機絲桿相連接的光桿可自由穿過該動密封圈；
[0040]井下探頭的內部連線將電纜接插頭、主電路板、側臂電路板和直線電機連接起來；
[0041]井下探頭的周圍安裝有四個處于十字正交位置的側臂；
[0042]壓力彈簧安裝在側臂的上方，其施加的正壓力能使側臂繞側臂轉動軸自由向外張開；在檢測開始之前，側臂被鎖定在側臂鎖定圓盤內；
[0043]直線電機驅動直線電機絲桿上下運動，而直線電機絲桿連接光桿，光桿又連接側臂鎖定圓盤；在檢測開始時，直線電機驅動側臂鎖定圓盤向下運動，側臂最終能脫開側臂鎖定圓盤，并依靠壓力彈簧的作用向外自由張開。
[0044]本使用方法是:
[0045]①首先利用井下探頭內的電子羅盤，在地面上檢測出地下連續墻成槽的大地磁場下的方位角(在檢測開始前，確認四根側臂被鎖定在側臂鎖定圓盤內)；
[0046]②通過電動絞車將井下探頭放入地下連續墻成槽內，同時根據電動絞車內的深度計數裝置了解井下探頭在成槽內所處的深度位置；
[0047]③通過判斷信號電纜的松緊，確認井下探頭是否到達成槽底部，并且由電動絞車內的深度計數裝置檢測出(表一所要求的)成槽深度；
[0048]④程序控制井下探頭內的直線電機，以驅動直線電機絲桿和光桿向下運動，最終使四根側臂脫開側臂鎖定圓盤而向外自由張開；二對側臂處于十字正角位置，因此無論井下探頭的方位角如何，至少會有位置相對的一對側臂和成槽槽面接觸；
[0049]⑤程序控制電動絞車提升井下探頭，在預先設置的每個深度位置下，由主機讀出并存儲井下探頭內電子羅盤檢測到的方位角和四根側臂的張開角；
[0050]⑥根據在地面上檢測到的成槽的方位角數據，以及成槽內每個深度位置下的井下探頭的方位角數據和測臂的張開角數據，地面上的主機可計算出成槽槽寬和垂直度(并給出如圖3所示的結果，以符合表一的要求)。
[0051]本實用新型具有下列優點和積極效果:
[0052]①檢測精度高
[0053]成槽槽寬和垂直度的檢測精度取決于安裝在井下探頭內主電路板上的電子羅盤的精度，以及側臂電路板上的張開角傳感芯片的精度。電子羅盤的方位角檢測范圍為0°?360°，其檢測精度可達到1° ;而張開角傳感芯片的檢測范圍為0°?90°，其檢測精度可達到0.1° ;通常情況下，整個設備無需標定；
[0054]②檢測過程快捷方便
[0055]檢測裝置重量輕，人工搬運方便，操作過程簡單；而傳統的聲波法所使用的設備由于采用一根信號電纜和二根承重鋼絲，使得聲波法電動絞車的構造較復雜，整個設備較笨重，有時需吊車配合，才能將其放置到檢測地點。
[0056]總之，本實用新型采用機械接觸式，較傳統的聲波法更為直接，因此檢測結果更為準確和可靠，適用于地下連續墻成槽質量檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0057]圖1是利用聲波法檢測地下連續墻成槽質量的檢測裝置的結構示意圖；
[0058]圖2是聲波反射信號示意圖；
[0059]圖3是聲波法檢測地下連續墻成槽槽寬和垂直度的曲線圖；
[0060]圖4是本裝置的結構示意圖；
[0061]圖5是新型井下探頭的結構示意圖；
[0062]圖6是主電路板電路原理圖；
[0063]圖7是側臂電路板電路原理圖；
[0064]圖8是程序控制的工作流程圖；
[0065]圖9是地下連續墻成槽方位角檢測示意圖(俯視圖)；
[0066]圖10.1是地下連續墻成槽內側臂位置示意圖(俯視圖)之一；
[0067]圖10.2是地下連續墻成槽內側臂位置示意圖(俯視圖)之二 ；
[0068]圖11是側臂投影距離檢測示意圖(側視圖)；
[0069]圖12是側臂投影距離檢測示意圖(俯視圖)；
[0070]圖13是側臂端點運動軌跡示意圖(側視圖)；
[0071]圖14是地下連續墻成槽槽寬和垂直度計算結果示意圖。
[0072]其中:
[0073]10—地下連續墻；11 一支架；12—滑輪；
[0074]13—承重鋼絲；14 一信號電纜； 15—聲波法電動絞車；
[0075]16—主機連線；17—聲波法主機；18—聲波法井下探頭；
[0076]19一聲波傳感器。
[0077]20一電動絞車；21—主機；
[0078]100—井下探頭；
[0079]1A0—主電路板；
[0080]IAl—通訊信號插座；
[0081]1A2—串口轉換器；
[0082]1A3—ARM 主單片機；
[0083]1A4—電子羅盤；
[0084]1A4A—主加速度計；1A4B—磁阻傳感器；
[0085]1A5—數字多路開關；
[0086]1A6一側臂信號主插座；
[0087]IBO—側臂電路板；
[0088]IBl—側臂信號分插座；
[0089]1B2—ARM 分單片機；
[0090]1B3—側臂加速度計。
[0091]101—電纜接插頭；102—壓力彈簧；103—內部連線；
[0092]104—側臂轉動軸；105—側臂鎖定圓盤；106—密封圓筒；
[0093]107—側臂；108—直線電機；109—直線電機絲桿；
[0094]110—光桿；111一動密封圈。
【具體實施方式】
[0095]下面結合附圖和實施例對本實用新型詳細說明:
[0096]一、裝置
[0097]1、總體
[0098]如圖4，本裝置包括地下連續墻10(被測對象)、支架11、滑輪12、信號電纜14、主機連線16 ；
[0099]置換有電動絞車20和主機21，并設置有井下探頭100 ；
[0100]其位直和連接關系是:
[0101]在地下連續墻10的成槽槽口處設置有支架11，在支架11上設置有滑輪12 ；
[0102]信號電纜14的低端和井下探頭100連接，信號電纜14的高端經滑輪12和電動絞車20連接；
[0103]電動絞車20通過主機連線16連接到主機21上。
[0104]2、功能部件
[0105]I)電動絞車20
[0106]電動絞車20提供動力以提升或下降井下探頭100 ;其內置有通用交流電機，并可在程序控制下完成正轉或反轉。
[0107]2)主機 21
[0108]主機21是一種通用的二次儀表，其內部結構主要包含有:通用的觸摸顯示液晶屏、通用的工業控制電腦和通用的通訊電路板。
[0109]觸摸顯示液晶屏接收用戶輸入的指令或參數，并可顯示檢測結果；
[0110]工業控制電腦運行自行開發的應用軟件即程序控制，包括控制檢測過程、處理檢測數據、顯示或存儲檢測結果(見后面說明)。
[0111]通訊電路板完成和井下探頭100的通訊功能。
[0112]主機21通過信號電纜14與井下探頭100進行數據通訊，并驅動電動絞車20，以控制井下探頭100在成槽內的升降；最終記錄每個深度下的井下探頭100的方位角和四個側臂107的張開角。
[0113]3)井下探頭100
[0114]如圖5，所述的井下探頭100包含有主電路板1A0、側臂電路板1B0、電纜接插頭101、壓力彈簧102、內部連線103、側臂轉動軸104、側臂鎖定圓盤105、密封圓筒106、側臂107、直線電機108、直線電機絲桿109、光桿110和動密封圈111 ；
[0115]其位置和連接關系是:
[0116]信號電纜14的下端連接井下探頭100的電纜接插頭101 ；
[0117]電纜接插頭101安裝在密封圓筒106的頂端；
[0118]在密封圓筒106內設置有主電路板1A0、內部連線103、直線電機108、直線電機絲桿109和光桿110 ;在密封圓筒106的底部安裝有動密封圈111，和直線電機絲桿109相連接的光桿110可自由穿過該動密封圈111 ;
[0119]井下探頭100的內部連線103將電纜接插頭101、主電路板IAO、側臂電路板IBO和直線電機108連接起來；
[0120]井下探頭100的周圍安裝有四個處于十字正交位置的側臂107 ；
[0121]壓力彈簧102安裝在側臂107的上方，其施加的正壓力能使側臂107繞側臂轉動軸104自由向外張開；在檢測開始之前，側臂107被鎖定在側臂鎖定圓盤105內；
[0122]直線電機108驅動直線電機絲桿109上下運動，而直線電機絲桿109連接光桿110，光桿110又連接側臂鎖定圓盤105 ;這樣在檢測開始時，直線電機108可以驅動側臂鎖定圓盤105向下運動，側臂107最終能脫開側臂鎖定圓盤105，并依靠壓力彈簧102的作用向外自由張開。
[0123]由以上可知，本裝置是對現有技術進行來改進，信號電纜14不但傳遞檢測信號，而且承載井下探頭100的重量，因此省去了二根承重鋼絲，簡化了電動絞車的結構。
[0124]*主電路板IAO
[0125]如圖6，主電路板IAO包含有通訊信號插座1A1、串口轉換器1A2、ARM主單片機1A3、電子羅盤1A4、數字多路開關1A5和側臂信號主插座1A6 ；
[0126]電子羅盤1A4包含有主加速度計1A4A和磁阻傳感器1A4B ；
[0127]通訊信號插座IAl和串口轉換器1A2連接；
[0128]側臂信號主插座1A6和數字多路開關1A5連接；
[0129]串口轉換器1A2、主加速度計1A4A、磁阻傳感器1A4B、數字多路開關1A5和側臂信號主插座1A6分別與ARM主單片機1A3連接。
[0130]主電路板IAO的工作原理:
[0131]主加速度計1A4A將檢測到傾斜角數據通過SPI接口傳送至ARM主單片機1A3中，而磁阻傳感器1A4B將檢測到的磁阻三分量通過I2C接口傳送至ARM主單片機1A3中；最后由存儲在ARM主單片機1A3中的通用算法計算出大地磁場下的方位角；
[0132]ARM主單片機1A3可通過數字多路開關1A5分別接收來自于四個側臂電路板IBO的張開角數據；
[0133]側臂電路板IBO通過內部連線103連接至側臂信號主插座1A6 ；
[0134]ARM主單片機1A3通過串口轉換器1A2，連接通訊信號插座1A1，再通過內部連線103和電纜接插頭101相連，以完成井下探頭100和地面上的主機21的數據通訊。
[0135]主電路板IAO的主要器件:
[0136]**通訊信號插座IAl
[0137]通訊信號插座IAl選用通用RS-422接口。
[0138]**串口轉換器1A2
[0139]串口轉換器1A2選用MAXM公司的MAX3422，其作用是將RS-232串口(TXD、RXD)轉換成RS-422串口(A、B、Z、Y)，以便于長線傳輸。
[0140]**ARM 主單片機 1A3
[0141]ARM主單片機1A3選用菲利浦公司的LPC2114系列。
[0142]**主加速度計1A4A
[0143]主加速度計1A4A選用Analog Devices公司的ADIS16003，其通過SPI接口的4根信號線MOS1、MISO、CLK、CS和ARM主單片機1A3連接。
[0144]**磁阻傳感器IAB
[0145]磁阻傳感器IAB選用Honeywell公司的HMC5843，其通過I2C接口的2根信號線SDA、SCL和ARM主單片機1A3連接。
[0146]林數字多路開關1A5
[0147]數字多路開關1A5選用通用的74LS151，其地址信號端(A0、A1、A2)和ARM主單片機1A3的數據I/O 口(P10、P11、P12)連接；數字多路開關1A5的數據輸出端Y和ARM主單片機1A3的RXDO端相連；數字多路開關1A5的數據輸入端(DO、Dl、D2、D3)連接至側臂信號主插座1A6。
[0148]**側臂信號主插座1A6
[0149]側臂信號主插座1A6選用通用IC插座，其連接來自于四個側臂電路板IBO的串行數據線(TXD0、TXD1、TXD2、TXD3);其中，側臂信號主插座1A6的PWM為數據傳輸同步端，其連接ARM主單片機1A3的PWM信號端。
[0150]*側臂電路板IBO
[0151]如圖6，側臂電路板IBO由依次連接的側臂信號分插座1B1、ARM分單片機1B2和側臂加速度計1B3組成。
[0152]測臂電路板IBO的工作原理:
[0153]側臂加速度計1B3用于檢測側臂107的張開角，檢測結果通過SPI接口(信號線M0S1、MIS0、CLK、CS)傳送至ARM分單片機1B2中；
[0154]ARM分單片機1B2的串口輸出端TXD連接至側臂信號分插座IBl的TXD ；
[0155]ARM分單片機1B2的同步信號端EINT連接至側臂信號分插座IBl的數據傳輸同步端 PWM。
[0156]側臂電路板IBO的主要器件:
[0157]**側臂信號分插座IBl
[0158]側臂信號分插座IBl選用通用IC插座；其串口信號輸出TXD連接至主電路板IAO中的側臂信號主插座1A6(TXD1、TXD2、TXD3、TXD4中的一個)。
[0159]林ARM分單片機1B2
[0160]ARM分單片機1B2選用菲利浦公司的LPC2114系列。
[0161]**側臂加速度計1B3
[0162]側臂加速度計1B3選用Analog Device公司的ADIS16003，其通過SPI接口的4根信號線MOS1、MISO、CLK、CS和ARM分單片機1B2連接。
[0163]*電纜接插頭101
[0164]電纜接插頭101是一種通用件，連接信號電纜14的下端，而信號電纜14的上端則連接地面上的電動絞車20和主機21。
[0165]*壓力彈簧102
[0166]四個壓力彈簧102分別安裝在四個側臂107之上；壓力彈簧102提供正壓力，使側臂107能繞側臂轉動軸104向外轉動，并可自由向外張開。
[0167]*內部連線103
[0168]內部連線103用于連接主電路板1A0、四個側臂電路板IBO和電纜接插頭101之間的電信號。
[0169]*側臂轉動軸104
[0170]側臂轉動軸104是側臂107和密封圓筒111的連接點；測臂107可繞其轉動。
[0171]*密封圓筒106
[0172]密封圓筒106是井下探頭100的主體，采用不銹鋼材料，可保證井下探頭100在水下100米(IMPa壓力)正常工作。
[0173]* 側臂 107
[0174]側臂107張開后與成槽的槽面接觸，并隨著槽寬的變化，側臂107的張開角隨之變化。
[0175]*直線電機108
[0176]直線電機108是一種通用產品。
[0177]*直線電機絲桿109
[0178]直線電機絲桿109是一種螺旋金屬長桿。
[0179]* 光桿 110
[0180]光桿110是一種金屬長桿。
[0181]*動密封圈111
[0182]動密封圈111是一種通用產品。
[0183]直線電機108連接直線電機絲桿109和光桿110 ;光桿110穿過動密封圈111連接至側臂鎖定圓盤105 ;在直線電機108的驅動下，側臂鎖定圓盤105可向上或向下運動。
[0184]二、方法
[0185]如圖8，所述的程序控制包含下列步驟:
[0186]A、工作開始；
[0187]B、在地面上使用“井下探頭”檢測成槽的方位角λ ;
[0188]C、人工檢查四個“側臂”是否在“側臂鎖定圓盤”內，是則進入步驟Ε，否則進入步驟D;
[0189]D、人工將四個“偵彳臂”放入四個“偵彳臂鎖定圓盤”內；
[0190]Ε、在成槽內下放“井下探頭”，并啟動深度計數器計數；
[0191]F、人工檢查“信號電纜”是否松弛，以確認“井下探頭”是否到達成槽的底部；是則進入步驟G，否則跳轉到步驟E ；
[0192]G、由深度計數器得出成槽的深度為D ;設置“井下探頭”提升步距為S ;計算檢測點的數量:N = D/S ;設置深度數組H(i):序號i = 1...Ν ;檢測開始時:i = N,并且:H(N)=D ；
[0193]H、程序控制“直線電機”，并通過“直線電機絲桿”和“光桿”帶動“側臂鎖定圓盤”向下運動，直至四個“偵彳臂”完全脫開并向外自由張開，以貼到成槽的槽面；
[0194]1、在深度位置H(i)下記錄:“井下探頭”的方位角β (i)，和四個“偵彳臂”的張開角Φ (ji)，其中 j = I…4 ；
[0195]J、根據側臂長度L，成槽的方位角λ，“井下探頭”的方位角β (i)，四個“偵彳臂”的張開角9 (ji),計算出深度位置H(i)下的成槽的寬度W(i)和垂直度；
[0196]K、按步距S提升井下探頭:序號i < = i — I ;深度位置H(i) < = H(i) — S ；
[0197]L、判斷i < 0，是則進入步驟M，否則跳轉到步驟I ;
[0198]M、停止提升“井下探頭”；
[0199]N、繪制 W(i) _H(i) (i = 1...N)曲線；
[0200]O、計算成槽的垂直度；
[0201]P、工作結束。
[0202]三、工作原理
[0203]本實用新型是通過在井下探頭100的主電路板IAO上安裝的電子羅盤1A4(包含有主加速度計1A4A和磁阻傳感器1A4B)和側臂電路板IBO上安裝的側臂加速度計1B3 (張開角傳感芯片)來實現的。
[0204]根據主加速度計1A4A測得的井下探頭100的傾斜角信息，和磁阻傳感器IAB測得的大地磁場信息，使用通用算法可計算得出井下探頭100的大地磁場下的方位角。
[0205]側臂電路板IBO上安裝的側臂加速度計1B3可直接給出側臂107的張開角。
[0206]具體工作原理如下:
[0207]1、如圖9 (俯視圖)，首先在地面上用井下探頭100檢測成槽的方位角λ，該角度的參考方位為大地磁場的正北方向。井下探頭100有4個側臂107，在地面放置井下探頭100時，其中序號為I的側臂107應垂直指向成槽的一個面，顯然，位置相對的序號為3的側臂107將垂直指向另一個面；此時，在地面上的主機21可讀出成槽的方位角λ ;
[0208]2、按照圖8所示的工作流程對成槽質量進行檢測。在井下探頭100被放入成槽后，由于信號電纜14有可能發生扭動，導致井下探頭100也發生扭動，從而其方位角發生改變；因此，這需要檢測出在每個深度位置下井下探頭100的方位角。檢測過程結束后，可得到下列數據:
[0209]I)成槽的方位角λ ;
[0210]2)成槽的深度D ;
[0211]3)在每個深度位置H(i)下，井下探頭100的方位角β⑴，四個側臂107的張開角φ (ji);這里，指示深度位置的序號i = I…N，并且N = D/S和H(N) =D，S代表井下探頭100的提升步距；序號j = I…4，指示四個側臂107。
[0212]3、在每個深度位置下，井下探頭100總是至少有位置相對的一對側臂107能和成槽槽面接觸，即出現圖10.1和圖10.2(俯視圖)中所示的兩種情形中的一種。圖10.1所示的只有位置相對的一對側臂107和成槽槽面接觸，而圖9所示的兩對側臂107都和成槽槽面接觸。判斷屬于哪種情形，只需知道是否有位置相對的一對側臂107的張開角達到最大。然而，在進行成槽槽寬計算時，只需要任意選取和槽面接觸的、位置相對的一對側臂107即可(即該對側臂107的張開角沒有達到最大)。
[0213]4、如圖11 (側視圖)，假定序號為I和3的側臂107被選定，其側臂長度都為L，其端點分別為Pl和P3，井下探頭100的垂直中心線為CO ;在深度位置H(i)下，如果側臂107的張開角分別為Φ (Ii)和Φ (3i)，可計算出LI和L3，其為側臂107在水平方向上的投影距離(或端點Pl和P3到垂直中心線為CO的水平距離):
[0214] LI = L * 3--[φ (Ii)][I]
[0215]
L3 = L * sin[q> (3i)][2]
[0216]5、如圖12(俯視圖)，O點為井下探頭100的中心點，線段cb和線段uv都指向成槽槽面的法線方向；在深度位置H(i)下，上面所測得的水平距離LI和L3分別是線段oa和線段ob的長度；這樣LI和L3在法線方向上的投影距離分別為Wl (線段ou的長度)和W3(線段ον的長度)，可計算出:
[0217]Wl = Ll*cos [ β (i)-入][3]
[0218]W3 = L3*cos [ β (i) - λ ][4]
[0219]由圖11可以看出:如果:φ (Ii)和φ (3i)不相等，側臂107的端點Pl和P3并不在同一條水平線上，這樣，不能簡單地將Wl和W3之和視為在深度位置H(i)下的成槽槽寬。
[0220]6、按圖13 (側視圖)建立平面坐標系(X-Y)，這里X代表水平距離，Y代表深度位置。井下探頭100的垂直中心線為CO，其對應直線X = XO(XO可提前給定為任意值)；深度位置H(i)指的是井下探頭100上的原點0(直線Y = H(i)和直線X = XO的交點)相對于成槽底部的垂直距離；這樣側臂端點Pl (X，Y)和P3 (X，Y)的坐標為:
[0221]
Pl (X, Y) = {X0-W1, H(I)- L*cos [φ (Ii) ]} [5]
[0222]
Ρ3(X, Y) = {X0+W3, H⑴-L*cos[cp (3i)]} [6]
[0223]當井下探頭100由成槽底部向上提升時，側臂107端點沿深度方向的運動軌跡如圖13中實心圓點所示。
[0224]7、對圖13中出現的實心圓點數據進行進一步處理。首先對側臂107的兩組端點運動軌跡進行二次樣條插值，得到如圖14所示的樣條曲線Cl和C3，并假定其函數表達式分別為X = fl(Y)和X = f3(Y);這樣，表一所要求的成槽槽寬可由下式給出(Y表示任意深度位置):
[0225]W(Y) = f3(Y)-fl(Y)[7]
[0226]如圖14所示,樣條曲線Cl和C3的中心線曲線為C5，其表達式:
[0227]0.5* [f3 (Y)+fl (Y) ][8]
[0228]對中心線曲線C5進行線性擬合，可得直線方程:
[0229]X = ΑΥ+Β[9]
[0230]或者，
[0231]Y = (1/Α)*Χ_Β[10]
[0232]上式中的參數1/Α即為表一所要求的成槽的垂直度。
【權利要求】
1.一種帶有四個機械支臂的地下連續墻成槽質量檢測裝置，包括地下連續墻(10)、支架(11)、滑輪(12)、信號電纜(14)和主機連線(16)； 其特征在于: 置換有電動絞車(20)和主機(21)，并設置有井下探頭(100)； 其位置和連接關系是: 在地下連續墻(10)的成槽槽口處設置有支架(11)，在支架(11)上設置有滑輪(12)；信號電纜(14)的低端和井下探頭(100)連接，信號電纜(14)的高端經滑輪(12)和電動絞車(20)連接； 電動絞車(20)通過主機連線(16)連接到主機(21)上: 所述的井下探頭(100)包含有主電路板(IAO)、側臂電路板(IBO)、電纜接插頭(101)、壓力彈簧(102)、內部連線(103)、側臂轉動軸(104)、側臂鎖定圓盤(105)、密封圓筒(106)、側臂(107)、直線電機(108)、直線電機絲桿(109)、光桿(110)和動密封圈(111)； 其位置和連接關系是: 信號電纜(14)的下端連接井下探頭(100)的電纜接插頭(101)； 電纜接插頭(101)安裝在密封圓筒(106)的頂端； 在密封圓筒(106)內設置有主電路板(IAO)、內部連線(103)、直線電機(108)、直線電機絲桿(109)和光桿(110);在密封圓筒(106)的底部安裝有動密封圈(111)，和直線電機絲桿(109)相連接的光桿(110)可自由穿過該動密封圈(111); 井下探頭(100)的內部連線(103)將電纜接插頭(101)、主電路板(IAO)、側臂電路板(IBO)和直線電機(108)連接起來； 井下探頭(100)的周圍安裝有四個處于十字正交位置的側臂(107)；壓力彈簧(102)安裝在側臂(107)的上方，其施加的正壓力能使側臂(27)繞側臂轉動軸(104)自由向外張開；在檢測開始之前，側臂(107)被鎖定在側臂鎖定圓盤(105)內；直線電機(108)驅動直線電機絲桿(109)上下運動，而直線電機絲桿(109)連接光桿(110)，光桿(110)又連接側臂鎖定圓盤(105);在檢測開始時，直線電機(108)驅動側臂鎖定圓盤(105)向下運動，側臂(107)最終能脫開側臂鎖定圓盤(105)，并依靠壓力彈簧(102)的作用向外自由張開。
2.按權利要求1所述的地下連續墻成槽質量檢測裝置，其特征在于: 所述的主電路板(IAO)包含有通訊信號插座(IAl)、串口轉換器(1A2)、ARM主單片機(1A3)、電子羅盤(1A4)、數字多路開關(1A5)和側臂信號主插座(1A6)； 電子羅盤(1A4)包含有主加速度計(1A4A)和磁阻傳感器(1A4B)； 通訊信號插座(IAl)和串口轉換器(1A2)連接； 側臂信號主插座(1A6)和數字多路開關(1A5)連接； 串口轉換器(1A2)、主加速度計(1A4A)、磁阻傳感器(1A4B)、數字多路開關(1A5)和側臂信號主插座(1A6)分別與ARM主單片機(1A3)連接。
3.按權利要求1所述的地下連續墻成槽質量檢測裝置，其特征在于: 所述的側臂電路板(IBO)由依次連接的側臂信號分插座(1B1)、ARM分單片機(1B2)和側臂加速度計(1B3)組成。
【文檔編號】E02D1/00GK204000971SQ201420293929
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年6月4日
【發明者】楊燕軍 申請人:楊燕軍