基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器制造技术

本实用新型专利技术提供一种基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器，包括外壳、筒体、驱动轴和电路板，筒体固定于外壳内部，筒体的两端密封，驱动轴贯穿筒体且可转动，驱动轴与筒体内壁存在间隙，筒体内壁设有环绕其轴线均匀设置的多个弧形金属片，驱动轴的外壁设有柔性摩擦材料膜，电路板分别连接所有金属片与摩擦材料膜，电路板设置于外壳内，驱动轴一端伸出外壳且该端连接涡轮钻具的转动轴，外壳连接涡轮钻具的壳体，电路板监测摩擦材料膜与各金属片摩擦产生的电信号，并根据电信号计算涡轮钻具的转速。本实用新型专利技术的有益效果：自驱动式转速传感器依据摩擦纳米发电机的发电原理，实现涡轮钻具转速实时测量，无需外接电源即可工作。

Self driving speed sensor of rotary cylinder turbodrill based on friction nano meter

【技术实现步骤摘要】
基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器
本技术涉及地质钻井及仪器仪表设备
，尤其涉及一种基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器。
技术介绍
近年来，在井下煤炭开采、天然气开采、地热能开采中，其使用环境(高温、高压)严苛，且随着表层能源的逐渐枯竭，要求的钻井深度不断增加，随着深部钻探的持续发展,传统的螺杆钻具已经越来越不适应深孔下的高温高压的复杂地底环境。而在这种情况下涡轮钻具的性能要优于普通螺杆钻具。转速作为涡轮钻具的一项直观的性能参数，对于涡轮钻具的深入研究非常重要，当下测量该参数的方法为直接利用现有转速传感器进行测量，或者在涡轮节上安装具有转速测量功能的测量短节。但这些方法需要外接电源对传感器进行供电，或者需要连接线路从而在地面进行供电，而传感器的外接电源一般为各类电池，检修人员需要经常更换和检测电池是否正常工作，不利于涡轮钻具转速的长时间测量。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的实施例提供了一种基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器。本技术的实施例提供一种基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器，包括外壳、筒体、驱动轴和电路板，所述筒体固定于所述外壳内部，所述筒体的两端密封，所述驱动轴贯穿所述筒体且可转动，所述驱动轴与所述筒体内壁存在间隙，所述筒体内壁设有环绕其轴线均匀设置的多个弧形金属片，所述驱动轴的外壁设有柔性摩擦材料膜，所述电路板分别连接所有金属片与所述摩擦材料膜，所述电路板设置于所述外壳内，所述驱动轴一端伸出所述外壳且该端用于连接涡轮钻具的转动轴，所述外壳用于连接所述涡轮钻具的壳体，所述电路板用于监测所述摩擦材料膜与各所述金属片摩擦产生的电信号，并根据所述电信号计算涡轮钻具的转速。进一步地，所述筒体内壁设有环绕其轴线均匀设置的多个凸起弧面，每一所述金属片粘接固定于一所述凸起弧面。进一步地，所述筒体一端设有轴承，所述驱动轴一端贯穿连接所述轴承，另一端抵紧电路舱，所述电路舱外壁连接所述外壳内壁，所述电路板固定于所述电路舱内，所述电路舱和所述轴承分别密封所述筒体两端。进一步地，所述电路舱的中部设有集流环，所述驱动轴的一端插入所述集流环内且可转动。进一步地，所述驱动轴的外壁设有支撑块，所述摩擦材料膜的一端固定于所述支撑块上。进一步地，所述金属片为铜箔片，所述摩擦材料膜为聚四氟乙烯薄膜。进一步地，所述驱动轴为中空轴体，所述驱动轴表面设有两槽口，所述摩擦材料膜固定于所述槽口处，所述槽口用于布设所述电路板与所述摩擦材料膜连接导线。进一步地，所述外壳包括外筒和内筒，所述内筒设置于所述外筒内部，且所述外筒与所述内筒之间通过多个肋板连接。本技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本技术的基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器，依据摩擦纳米发电机的发电原理，结合涡轮钻具的结构及运动特点，通过检测摩擦材料膜与金属片摩擦生电产生的周期性电信号，并根据产生电流信号的频率确定涡轮钻具的转速，实现转速传感器实时测量转速，且由于涡轮钻杆转速一般较高，所以利用摩擦材料进行发电产生电能，实现传感器的自供电，将储存的电能可驱动电路板上其他元件，传感器为自驱动式转速传感器，无需外接电源即可工作。附图说明图1是本技术基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器的主视图；图2是图1中的A-A剖面示意图；图3是图1中的B-B剖面示意图。图中：1-外壳、2-筒体、3-驱动轴、4-电路舱、5-集流环、6-轴承、7-插接轴、8-螺栓、9-金属片、10-摩擦材料膜、11-外筒、12-内筒、13-肋板、14-支撑块、15-槽口。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地描述。请参考图1～3，本技术的实施例提供了一种基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器，包括外壳1、筒体2、驱动轴3和电路板。请参考图3，所述外壳1包括外筒11和内筒12，所述内筒12置于所述外筒11内部，且二者共轴线，所述外筒11和所述内筒12之间通过多个肋板13连接，本实施例中所述肋板13的数量为四个，四所述肋板13环绕所述内筒12均匀设置，所述内筒12的上端高于所述外筒11上端，所述内筒12下端低于所述外筒11下端，所述外筒11外壁设有可与涡轮钻具的壳体螺纹连接的外螺纹，所述内筒12内壁设有内螺纹。请参考图2和3，所述筒体2外壁设有外螺纹，所述筒体2外壁与所述内筒12内壁螺纹连接，且所述筒体2长度短于所述外筒11，所述筒体2一端与所述外筒11一端平齐，另一端伸入所述内筒12内部，所述筒体2两端均设置有轴承槽，每一所述轴承槽内安装一轴承6。本实施例中所述轴承6选择密封轴承。所述筒体2内壁设有环绕其轴线均匀设置的多个凸起弧面，每一所述凸起弧面上粘接固定一所述金属片9，这样所述筒体2内壁上任意相邻两所述金属片9之间避免相对凹陷。本实施例中所述金属片9的数量为三个，所述金属片9为铜箔片，与所述凸起弧面形状相同。请参考图2和3，所述驱动轴3为中空轴体，所述驱动轴3贯穿所述筒体2，所述驱动轴3与所述筒体2内壁存在间隙，所述驱动轴3两端分别套入所述轴承6，所述驱动轴3一端伸出所述筒体2且该端设有阶梯端面，所述阶梯端面抵紧所述轴承6，所述驱动轴3另一端伸入所述筒体2内且该端设有插接轴7，该端外侧设有电路舱4和集流环5，所述电路舱4中空轴体，所述电路舱4外壁设有外螺纹，所述电路舱4外壁螺纹连接所述内筒12内壁。所述集流环5设置于所述电路舱4内孔内，并通过螺栓8固定。所述集流环5设有安装孔，所述插接轴7插入所述安装孔并通过螺钉固定连接。所述驱动轴3的外壁设有支撑块14，所述支撑块14沿着所述驱动轴3轴向设置，所述支撑块14上粘接一柔性的摩擦材料膜10，所述摩擦材料膜10环绕所述驱动轴3设置，所述摩擦材料膜10与所述金属片9相对设置。这里将所述摩擦材料膜10的宽度设置的小于相邻两金属片9之间的弧长，避免所述摩擦材料膜10在转动过程中同时与两所述金属片9接触。本实施例中所述纳米材料膜10为矩形片状的聚四氟乙烯薄膜，所述支撑块14为kapton材料块或泡沫材料块。所述电路板固定于所述电路舱4内，所述电路板通过导线分别连接所有金属片9与所述摩擦材料膜10。在所述驱动轴3表面开设两槽口15，所述摩擦材料膜10固定于一所述槽口15处，所述导线穿过所述槽口15和所述集流环5，所述集流环5和所述槽口15用于布设导线，防止导线缠绕。所述摩擦材料膜10与各所述金属片9摩擦产生电能，为所述电路板供电，所述电路板可监测所述摩擦材料膜10与每一所述金属片9摩擦生电产生的电流信号。本技术的一种基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器在测量涡轮钻具转速时，所述驱动轴3伸出所述外壳1的一端连接涡轮钻具的转动轴，所述外壳1连接所述涡轮钻具的壳体，所述转动轴驱动所述驱动轴3转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器，其特征在于：包括外壳、筒体、驱动轴和电路板，所述筒体固定于所述外壳内部，所述筒体的两端密封，所述驱动轴贯穿所述筒体且可转动，所述驱动轴与所述筒体内壁存在间隙，所述筒体内壁设有环绕其轴线均匀设置的多个弧形金属片，所述驱动轴的外壁设有柔性摩擦材料膜，所述电路板分别连接所有金属片与所述摩擦材料膜，所述电路板设置于所述外壳内，所述驱动轴一端伸出所述外壳且该端用于连接涡轮钻具的转动轴，所述外壳用于连接所述涡轮钻具的壳体，所述电路板用于监测所述摩擦材料膜与各所述金属片摩擦产生的电信号，并根据所述电信号计算涡轮钻具的转速。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器，其特征在于：包括外壳、筒体、驱动轴和电路板，所述筒体固定于所述外壳内部，所述筒体的两端密封，所述驱动轴贯穿所述筒体且可转动，所述驱动轴与所述筒体内壁存在间隙，所述筒体内壁设有环绕其轴线均匀设置的多个弧形金属片，所述驱动轴的外壁设有柔性摩擦材料膜，所述电路板分别连接所有金属片与所述摩擦材料膜，所述电路板设置于所述外壳内，所述驱动轴一端伸出所述外壳且该端用于连接涡轮钻具的转动轴，所述外壳用于连接所述涡轮钻具的壳体，所述电路板用于监测所述摩擦材料膜与各所述金属片摩擦产生的电信号，并根据所述电信号计算涡轮钻具的转速。


2.如权利要求1所述的基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器，其特征在于：所述筒体内壁设有环绕其轴线均匀设置的多个凸起弧面，每一所述金属片粘接固定于一所述凸起弧面。


3.如权利要求1所述的基于摩擦纳米的旋转圆柱体式涡轮钻具自驱动转速传感器，其特征在于：所述筒体一端设有轴承，所述驱动轴一端贯穿连接所述轴承，另一端抵紧电路舱，所述电路舱外壁连接所述外壳内壁，所述电路板固定于所述电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴川，张鸿飞，樊辰星，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北;42