一种钻柱动力检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种钻柱动力检测系统及其检测方法，检测系统包括驱动机构、测量机构和数据传输机构，所述驱动机构连接被测钻柱，用于驱动所述钻柱进行转动和进给运动；测量机构包括连接于各钻柱之间的动力测量件以及连接于动力测量件外表面的光纤光栅传感器；数据传输机构包括光源、光纤、Y型耦合器以及光纤光栅解调器，Y型耦合器分别连接于光源、光纤光栅解调器以及光纤，所述光纤连接于光纤光栅传感器。本发明专利技术所提供的钻柱动力检测系统，能够实现对钻柱轴力和扭矩分别测定，并最大限度的减少误差。并通过动力测量件能够灵敏的反应轴力和扭矩的变化，满足实验的抗扭和抗压强度。满足实验的抗扭和抗压强度。满足实验的抗扭和抗压强度。

【技术实现步骤摘要】
一种钻柱动力检测系统及其检测方法


[0001]本专利技术涉及钻柱检测
，具体为一种钻柱动力检测系统及其检测方法。

技术介绍

[0002]旋转进给机械是机械设备的一个重要分支，在实验室试验研究中得到及其广泛的应用。轴力和扭矩是实验设备工作过程中的重要力学参数，其力的大小分布对于研究整个旋转进给装置有着重要的研究意义。运用适当的传感器及测量方法，对机械传动设备运行过程中的轴力和扭矩进行实时检测，对于保证整个系统的数据采集的稳定性及安全运行具有十分重要意义。
[0003]目前对于实验室长钻柱旋转进给装置的轴力扭矩测试多采用电阻应变片，其灵敏度高，非线性小，方法简单。但是，随着钻柱加长，多点测试需要多条导线，布线、走线比较麻烦；测试钻进过程中驱动端和远离驱动端钻柱的力学参数差异较大；采用传统电阻应变片抗电磁干扰能力差，并且其数据采集系统容易受到干扰，比如元器件老化、电阻的热噪声等系统内部电子电路干扰，电机的运行或其他高电流设备启动产生的磁场干扰等外界串入系统的干扰，同时对于长钻柱装置传感器的长距离布线也会产生较大的影响。因此，旋转进给装置采用传统应变片测试，易产生误差较大等问题，不利于长钻柱高速旋转进给测试。
[0004]光纤光栅传感器是一种无源传感器，具有防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、对电绝缘、无电传输、体积小等许多优点，且易于复用、可实现分布式传感在线检测。光纤光栅的本征性决定了可以低损耗的与光纤进行连接，可以方便地在一根光纤上串接多个光纤光栅传感器构成光纤光栅传感器阵列，同时结合光纤光栅的波分复用(WDM)和时分复用(TDM)有源查询技术，构成分布式传感网络，实现大范围内同时对多点进行测量。
[0005]检测旋转机械运行的光纤光栅传感器测量方法与装置(200710052225.1)提供了采用光纤光栅检测旋转件的测试方法，属于非接触测量，主要适用飞轮、叶片、尺寸等旋转件。一种测量轴承套圈温度和应变的光纤光栅分布式装置及方法(201610487542.5)提供了采用光纤光栅检测旋转装置的测试方法，属于接触式测量，只适用于轴承旋转件。而旋转进给装置不能采用上述方法。被测钻柱一直处于旋转状态，同时伴有轴向进给运动，导致传感器也在旋转的同时伴有轴向进给运动，对于传感器的设计及布置具有很大的挑战性，因此亟需一种新的检测系统及方法来检测旋转进给装置的轴力和扭矩参数。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种钻柱动力检测系统及其检测方法，能够对旋转进给状态的钻柱进行轴力和扭矩检测。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种钻柱动力检测系统，包括：驱动机构、测量机构和数据传输机构，所述驱动机构连接被测钻柱，用于驱动所述钻柱进行转动和进给运动；所述测量机构包括连接于各钻柱之间的动力测量件以及连接于动力测量件外表面的光纤光栅传感器；所述数据传输机构包括光源、光纤、Y型耦合器以及光纤光栅解调
器，Y型耦合器分别连接于光源、光纤光栅解调器以及光纤，所述光纤连接于光纤光栅传感器。
[0008]作为优选方案，所述数据传输机构还包括旋转连接件，所述旋转连接件包括转动连接的内连接件和外连接件，所述内连接件连接钻柱，所述外连接件套设于内连接件的外围，所述光纤分别通过外连接件和内连接件进行光谱信号传输。
[0009]作为优选方案，所述光纤包括内端光纤和外端光纤，所述内连接件连接内端光纤，所述外连接件连接外端光纤，内端光纤和外端光纤之间进行光谱信号的传输。
[0010]作为优选方案，所述动力测量件包括承力轴和连接于承力轴两端的、用于和钻柱连接的连接法兰，所述光纤光栅传感器连接于承力轴的外表面。
[0011]作为优选方案，所述承力轴的直径设置为30
‑
40mm。所述承力轴优选为不锈钢材质。该规格设置能够足够灵敏的反应轴力和扭矩的变化，同时还能够满足实验的抗扭和抗压强度，以防止轴向载荷和扭转载荷过大导致光纤光栅传感器损坏。
[0012]作为优选方案，所述光纤光栅传感器包括轴力光纤光栅传感器和扭矩光纤光栅传感器。
[0013]作为优选方案，所述轴力光纤光栅传感器设置为两个，且设置为以承力轴的轴线呈轴对称分布。
[0014]作为优选方案，所述扭矩光纤光栅传感器设置为两个，所述扭矩光纤光栅传感器的设置方位与承力轴的轴线呈45
°
角，两个扭矩光纤光栅传感器之间呈90
°
角分布。
[0015]本专利技术还提供了一种钻柱动力检测方法，采用上述任一方案所述的检测系统，检测方法包括以下步骤：
[0016]步骤一，布置光栅：设定测点位置和数量，并制备动力测量件，将光纤光栅传感器粘贴在动力测量件的承力轴的外表面；
[0017]步骤二，静态标定：将光纤光栅传感器接入光纤光栅解调仪，在静态下进行轴力和扭矩标定；
[0018]步骤三，驱动进给：启动驱动机构，驱动钻柱进行转动进给运动；
[0019]步骤四，实验测试：通过光纤光栅传感器的反射光波长偏移量以实时检测并采集钻柱所受的轴力扭矩数据。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所提供的钻柱动力检测系统，通过使用光纤光栅传感器代替传统的应变片进行实时精确的测量，同时通过对光纤光栅传感器分布位置的设定，能够对钻柱的轴力和扭矩进行分别测定，并最大限度的减少误差。通过在钻柱之间设置多个动力测量件，进而实现检测旋转进给钻柱的多处受力情况，还能够灵敏的反应轴力和扭矩的变化，满足实验的抗扭和抗压强度。本系统简化了轴力扭矩测量方法，解决了传统测量过程中易受电磁干扰和布线、走线麻烦的问题，降低了旋转进给测量装置的制作成本，提升了旋转进给机械装置轴力扭矩测量的效率。
附图说明
[0021]图1为本专利技术钻柱动力检测系统的原理框图；
[0022]图2为本专利技术中动力测量件的整体结构示意图；
[0023]图3为本专利技术中轴力光纤光栅传感器和扭矩光纤光栅传感器的粘贴位置示意图；
[0024]图4为本专利技术钻柱动力检测系统的结构示意图。
[0025]图中各个标号意义为：
[0026]1、进给驱动部；2、转动驱动部；3、旋转连接件；31、内连接件；32、外连接件；4、钻柱；5、动力测量件；51、连接法兰；52、承力轴；6、光纤光栅传感器；61、扭矩光纤光栅传感器；62、轴力光纤光栅传感器；7、光纤；8、Y型耦合器；9、光源；10、光纤光栅解调器。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻柱动力检测系统，其特征在于，包括：驱动机构，所述驱动机构连接被测钻柱(4)，用于驱动所述钻柱(4)进行转动和进给运动；测量机构，所述测量机构包括连接于各钻柱(4)之间的动力测量件(5)以及连接于动力测量件(5)的光纤光栅传感器(6)；数据传输机构，所述数据传输机构包括光源(9)、光纤(7)、Y型耦合器(8)以及光纤光栅解调器(10)，Y型耦合器(8)分别连接于光源(9)、光纤光栅解调器(10)以及光纤(7)，所述光纤(7)连接所述光纤光栅传感器(6)。2.根据权利要求1所述的钻柱动力检测系统，其特征在于，所述数据传输机构还包括旋转连接件(3)，所述旋转连接件(3)包括转动连接的内连接件(31)和外连接件(32)，所述内连接件(31)连接钻柱(4)，所述外连接件(32)套设于内连接件(31)的外围，所述光纤(7)分别通过外连接件(32)和内连接件(31)进行光谱信号传输。3.根据权利要求2所述的钻柱动力检测系统，其特征在于，所述光纤(7)包括内端光纤和外端光纤，所述内连接件(31)连接内端光纤，所述外连接件(32)连接外端光纤，内端光纤和外端光纤之间进行光谱信号的传输。4.根据权利要求1所述的钻柱动力检测系统，其特征在于，所述动力测量件(5)包括承力轴(52)和连接于承力轴(52)两端的、用于和钻柱(4)连接的连接法兰(51)，所述光纤光栅传感器(6)连接于承力轴(52)的外表面。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：况雨春，张涛，董宗正，林伟，韩一维，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：