非开挖地下管道空间方位角测量传感头制造技术

本发明专利技术涉及一种非开挖地下管道空间方位角测量传感头。包括两个定心机构，分别固定着两个固定端，两个固定端通过万向节连接起来，其中一个固定端固定一个位置敏感器件ＰＳＤ，构成ＰＳＤ固定端，另一个固定端固定一个激光器，构成激光器固定端，激光器射出的激光束落在位置敏感器件ＰＳＤ上。由ＰＳＤ检测出光斑的位置，从而可计算出管道空间方位角。本发明专利技术可适应不同的管道弯曲半径，操作简单，测量精度高，拆卸重组方便，且易于携带。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于非开挖地下管道空间方位角测量的传感头，属于机械电子工 程
技术背景工程测量中，角度测量非常普遍，但是很多情况下空间角度测量用角度测量仪难 以实现。特别是近年来管道现代非开挖技术在我国得到日益广泛的应用，在非开挖施 工中,需要对铺设的地下管线位置形状进行检测，以确保新铺设的管线不会损坏原有的 管线,也防止新铺设的管线不被未来的铺设工程所破坏。但目前国内外采用的地下管 线探测方法存在着诸如定位精度不高,探测误差随挖掘深度的增加而显著加大、探测 深度不够、对地下管网密集交错的区域探测困难的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的问题，提供一种新的非开挖地下管道空间 方位角测量传感头，能用于检测管道空间方位角，测量精度高。为了达到上述目的，本专利技术的构思是本专利技术提供的非开挖地下管道空间方位角 测量传感头，在测量时，将传感头放入待测管道，若管道是弯曲的，两个定心机构之 间将存在一定的角度，此角度可激光器打在PSD上的光斑位置计算出来。管道越弯 曲，两个定心机构之间的角度越大，激光的光斑就越偏离PSD的中心点；当管道不 存在弯曲时，两个定心机构在同一条直线上，激光的光斑正好落在PSD的中心点上。 PSD的测量值可以反映管道的弯曲程度。这种传感头不包括磁性原件，使用不受周围环境影响，通过调节万向节管的长度 即可实现对大角度或微小角度的测量。当管道的弯曲半径很大，即测量微小角度的时候，可采用较长的万向节管；当管道的弯曲半径较小的时候，即测量大角度的时候， 可采用较短的万向节管。使用时，传感头在牵引机构的拖动下在管道内行进，实现连 续测量管道内多个测量点之间的方位角。该测量方法适合多种工况下的测量，它不受 管道位置以及埋藏深度的影响，不受周围管道密集程度的影响，不受周围电磁辐射的 影响，并可适应管道弯曲大小的变化。使用简单方便，测量精度高，设备轻便，且具 有适用方法灵活的特点。根据上述的专利技术构思，本专利技术采下述技术方案-一种非丌挖地下管线空间方位角的测量传感头，包括两个定心机构，两个定心机 构分别固定着两个固定端，两个固定端通过万向节连接起来，其中一个固定端固定一 个位置敏感器件PSD，构成PSD固定端；另一个固定端固定一个激光器，构成激光 器固定端。激光器射出的激光束落在位置敏感器件PSD上，通过检测激光的光斑落 在PSD传感平面上的位置，算出两个定心机构轴线之间的夹角，此角度既是待测角 度。上述的两个定心机构的两端分别与与PSD固定端和激光器固定端固定连接，采 用过渡配合，并通过紧定螺钉固定；PSD固定端和激光器固定端的另一头分别套在万 向节的两段万向节管上，采用过渡配合，并通过紧定螺钉固定，保持PSD固定端和 激光器固定端之间固定不变的距离。上述的PSD固定端由薄壁轴承、轴承端盖、PSD轴台、PSD固定轴、重锤、集 线板、位置敏感器件PSD和管端组成；位置敏感器件PSD焊接在集线板上，用螺钉 将集线板固定在PSD轴台上；PSD轴台外部套装两个薄壁轴承，装配时采用过渡配 合；管端套在薄壁轴承的外面，实现管端与PSD轴台之间的相对自由转动；重锤通 过螺钉拧在PSD轴台上，使PSD轴台保持自由下垂。上述的激光器固定端由薄壁轴承、轴承端盖、激光器导向管、激光器端盖、重锤 和管端组成；激光器的外形为圆柱形，放在激光器导向管的内部，用激光器端盖固定； 激光器导向管外部套有两个薄壁轴承，采用过渡配合；两个薄壁轴承间安装套环；管 端套装两个薄壁轴承的外面，实现管端与激光器导向管之间的相对自由转动；重锤通 过螺钉拧在激光器端盖上，使激光器端盖、激光器导向管以及激光器保持自由下垂。上述的万向节由两个万向节管端、两个万向节管、 一个万向节心、四个万向节心 轴、四个小轴承和四个万向节轴承盖组成，且万向节心为中空的环形体，其周向均布 四个径向孔，使得激光束可以通过；将四根万向节心轴插入万向节心的径向孔，采用 过盈配合；小轴承套在万向节心轴的另一端，采用过渡配合；小轴承的外部与万向节 管相连，为过渡配合，并通过万向节轴承盖固定，同时实现两个万向节管之间的自由 相对转动；两个万向节管套在两个万向节管端的外面，过渡配合，再用紧定螺钉固定。上述的定心机构由管轴、镶套、撑爪、滚轮、压簧、无油衬套)和撑爪耳座组成。 无油衬套的材料为聚四氟，套在管轴上，为间隙配合，在管轴上自由滑动；撑爪耳座 过盈配合套在无油衬套的外面；每个撑爪耳座通过六根轴和卡环连接六个撑爪，撑爪耳座与撑爪之间；两个撑爪耳座之间安装压簧；镶套过渡配合套在管轴的台阶处，用 紧定螺钉固定。在管道内不同的位置，两个定心机构之间成的角度是不同的，以至激光打在PSD 传感表面的位置也不同。硬件电路将此模拟信号转化为数字信号，通过串口传递给计 算机。计算机软件根据此数据和两个测量点之间的距离可算出待测的角度值。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本 专利技术能通过调节万向节管的长度，测量任意大小的角度。本专利技术中涉及的传感头机构 可拆卸组合，万向节管的长度可根据待测角度范围进行选择；定心机构可适应管道直 径的变化，增加了实用性。本专利技术可适应不同的管道弯曲半径，操作简单，测量精度 高，拆卸重组方便，且易于携带。 附图说明图1是本专利技术应用于测量管道空间方位角的系统方框图。 图2是本专利技术一个实施例的结构示意图。 图3是图2中的PSD固定端结构图。 图4是图2中的激光器固定端结构图。 图5是图2中的定心机构结构图。具体实施方式本专利技术的一个优选实例结合附图详述如下参见图1，本非开挖地下管道空间方位角测量传感头使用时的测量系统包括传感 头，计程装置、收放线机构，信号采集控制电路，计算机以及显示器。传感头在收放 线装置的拖动下在管道l内行进，行进速度可由收放线机构控制器控制，行进距离可 由计程装置测量。参见图2，本非开挖地下管道空间方位角测量传感头有两个定心机构2、万向节 3、 PSD固定端4、激光器固定端5。两个定心机构的一端分别固定PSD固定端4和 激光器固定端5， PSD固定端4和激光器固定端5通过万向节3连接。参见图3， PSD固定端4的结构是位置敏感器件PSD 7焊接在集线板6上， 用螺钉将集线板6固定在PSD轴台29上；PSD轴台29外部套有两个薄壁轴承9， 装配时采用过渡配合；管端13套在薄壁轴承9的外面，实现管端13与PSD轴台29 之间的相对自由转动；重锤(12)通过螺钉拧在PSD轴台(29)上，使PSD轴台(29) 保持自由下垂。参见图4，激光器固定端5的结构是激光器8的外形为圆柱形，可放在激光器 导向管14的内部，用激光器端盖15固定；激光器导向管14外部套有两个薄壁轴承 9，采用过渡配合；两个薄壁轴承9间可安装套环；管端13套在两个薄壁轴承9的外 面，实现管端13与激光器导向管14之间的相对自由转动；重锤12通过螺钉拧在激 光器端盖15上，使激光器端盖15、激光器导向管14以及激光器8保持自由下垂。参见图3和图4，万向节的结构是万向节心18为中空的环形体，其周向均布 四个径向孔，将四根万向节心轴19插入万向节心18的径向孔，采用过盈配合；小轴 承20套在万向节心轴19的另一端，采用过渡配合；小轴承20的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非开挖地下管道空间方位角测量传感头，，包括两个定心机构（２），其特征在于两个定心机构（２）分别固定着两个固定端，两个固定端通过万向节（３）连接起来，其中一个固定端固定一个位置敏感器件ＰＳＤ，构成ＰＳＤ固定端（４）；另一个固定端固定一个激光器（８），构成激光器固定端。激光器（８）射出的激光束（１８）落在位置敏感器件ＰＳＤ（７）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈林勇，李亚旻，章亚男，陈勇，钱晋武，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]