一种钻探随动地下物体识别控制系统

技术领域

本发明属于土壤取样设备技术领域，尤其涉及一种钻探随动地下物体识别控制系统。

背景技术

随着工业废弃物的排放，人们生活垃圾的乱扔，农民过度施肥，土壤污染问题越来越严重，土壤污染会影响人食物身体健康，也会影响农作物的生长，影响农作物的品质，这样不利于农业生产的健康发展。

因此需要对土壤进行检测，看该片土壤是否受污染，主要存在什么问题，再采取合理措施，土壤检测之前需要采取土壤样本，需要用到土壤取样器具。在如今土壤污染调查盛行的时间段，利用钻机钻探取出土壤样品已经是非常快捷方便的一种调查方式，但在下探过程中我们依旧不清楚地下情况，容易出现钻头损坏的情况，造成取样错误甚至取样失败。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种钻探随动地下物体识别控制系统。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种钻探随动地下物体识别控制系统，包括：

设备传感器集成块，设置在钻头内壁，用于当钻头随着钻探设备的启动逐渐深入地下时实时采集地下数据，并上传至地面控制子系统；

地面控制子系统，用于接收所述设备传感器集成块反馈的数据并进行分析，并针对外挂设备进行编程拓展延伸。

在一些可选的实施例中，所述设备传感器集成块包括：圆环状支撑壳以及均匀分布在所述圆环状支撑壳内壁的声波钻探采样器、电磁波探测器、压力温度传感器及红外热成像仪；所述圆环状支撑壳设置在钻头内壁。

在一些可选的实施例中，所述设备传感器集成块还包括：信号采集发射模块，用于采集所述声波钻探采样器、电磁波探测器、压力温度传感器及红外热成像仪的数据并上传至所述地面控制子系统；电源模块，用于为设备传感器集成块供电。

在一些可选的实施例中，所述地面控制子系统包括：设备数据分析器，用于接收所述设备传感器集成块反馈的数据并进行分析；可编程控制模块，用于针对外挂设备进行编程拓展延伸；输出输入控制模块，用于控制线路接线并实时采集钻探设备的运行参数，并下发控制指令至钻探设备。

在一些可选的实施例中，还包括：钻探设备运行参数采集模块；所述钻探设备运行参数采集模块包括：设置在钻探设备液压油箱内的温度传感器、设置在钻探设备钻杆上的压力传感器、设置在钻探设备发动机上的转速传感器。

在一些可选的实施例中，所述设备数据分析器包括：过热保护单元，用于获取所述设备传感器集成块中温度传感器采集的钻头温度数据，并与标准温度值进行比较，当钻头温度数据高于标准温度值时，通过所述输出输入控制模块下发控制指令，控制增大钻头的出水量。

在一些可选的实施例中，所述设备数据分析器包括：过压保护单元，用于获取所述设备传感器集成块中压力传感器采集的钻头压力值，并与标准压力值进行比较，当钻头压力值高于标准压力值时，通过所述输出输入控制模块下发控制指令，控制钻探设备停机。

本发明所带来的有益效果：本发明在钻头内壁设置设备传感器集成块，实时采集地下的土壤环境数据及钻头数据，并上传至地面控制子系统进行分析，采集土壤样品的同时对地下情况进行实时监测，从而实现可以及时的调整钻探策略，避免不必要的损失和意外，并保护钻头和设备。

附图说明

图1是本发明一种钻探随动地下物体识别控制系统运转流程图；

图2是本发明设备传感器集成块的结构示意图；

图3是本发明设备传感器集成块与钻头的连接示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。

如图1至3所示，在一些说明性的实施例中，提供一种钻探随动地下物体识别控制系统，包括：设备传感器集成块1及地面控制子系统2。

设备传感器集成块1设置在钻头3的内壁，当钻头3随着钻探设备的启动逐渐深入地下时，设备传感器集成块1跟随钻头进入地下，并实时的采集地下数据，通过外接数据线或无线传送至地面控制子系统2。地面控制子系统2，用于接收设备传感器集成块1反馈的数据并进行分析，并针对外挂设备进行编程拓展延伸。

如图2所示，设备传感器集成块1包括：圆环状支撑壳101、声波钻探采样器102、电磁波探测器103、压力温度传感器104、红外热成像仪105、信号采集发射模块106、电源模块107。

声波钻探采样器102、电磁波探测器103、压力温度传感器104及红外热成像仪105均匀布置在圆环状支撑壳101的内壁。圆环状支撑壳101设置在钻头3的内壁。

声波钻探采样器102进行间断性监测，用于监测地下背景噪音分析，检测管道内流体噪声，探测深度，主要针对地下水泥管道、PE管道，采用现有的声波钻探采样器即可。

电磁波探测器103用于探测地下电缆、通信电缆、金属管道等，其可以穿透非金属介质，探测地下金属隐蔽物体并对物体成像，当检测到金属障碍物时，可以进行报警处理，从而可以及时调整钻头的位置及方向，避免钻头损坏，也避免钻头对地下重要设施造成损坏。

压力温度传感器104即指压力传感器和温度传感器，其有效监测时时钻头工作状态，具体的，是监测钻头的温度和受到的压力值。

红外热成像仪105用于探测地下热源。红外热成像仪105是一种利用红外热成像技术，通过对标的物的红外辐射探测，并加以信号处理、光电转换等手段，将标的物的温度分布的图像转换成可视图像的设备。红外热像仪将实际探测到的热量进行精确的量化，以面的形式实时成像标的物的整体，因此能够准确识别正在发热的区域。操作人员通过屏幕上显示的图像色彩和热点追踪显示功能来初步判断发热的部位，避免钻头损坏，也避免钻头对地下重要设施造成损坏。

信号采集发射模块106，用于采集声波钻探采样器102、电磁波探测器103、压力温度传感器104及红外热成像仪105的数据并上传至地面控制子系统2。信号采集发射模块106可以外接数据线传输数据，也可通过Wifi模块或Zigbee模块进行无线传输数据。

电源模块107，用于为设备传感器集成块1供电，具体的，可以装载锂电池为声波钻探采样器102、电磁波探测器103、压力温度传感器104、红外热成像仪105、信号采集发射模块106供电。

上文所提到的地下数据包括：钻头温度数据、钻头压力数据、热成像数据、背景噪音数据、电磁波数据。

地面控制子系统2包括：设备数据分析器201、可编程控制模块202、输出输入控制模块203。

设备数据分析器201，用于接收设备传感器集成块1反馈的数据并进行分析，具体的，设备数据分析器201可以选用PLC，PLC利用现有软件流程进行数据分析，将采集的数据分析整理后输出为可供参考的数据进行展示。

可编程控制模块202，用于针对外挂设备进行编程拓展延伸，即可针对不同外挂设备不同运行原理设备，合理编程拓展延伸。例如，当钻头在下探的过程中利用电磁感应的原理，利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场。这个磁场能在金属物体内部能感生涡电流。涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，一旦原来的磁场被影响，地面控制子系统2就能收到信号，可以设定在离金属10cm处传感器读取的数据为限值，当达到这个限值时，地面控制子系统2进行实时报警提醒施工人员。

输出输入控制模块203，用于控制线路接线并实时采集钻探设备的运行参数，并下发控制指令至钻探设备。输出输入控制模块203连接系统及受控设备各单元。

本发明还包括：钻探设备运行参数采集模块204。钻探设备运行参数采集模块204包括：设置在钻探设备液压油箱内的温度传感器、设置在钻探设备钻杆上的压力传感器、设置在钻探设备发动机上的转速传感器。钻探设备液压油箱内的温度传感器上传数据至设备数据分析器201，设备数据分析器201分析后通过可编程控制模块202、输出输入控制模块203下发控制指令控制钻探设备相应的机构模块进行动作，比如驱动降温设备为液压油箱降温，或者停机修整。钻探设备钻杆上的压力传感器上传数据至设备数据分析器201，设备数据分析器201分析后通过可编程控制模块202、输出输入控制模块203下发控制指令控制钻探设备相应的机构模块进行动作，比如驱动电机停转，并驱动液压设备收回钻杆，重新调整钻杆的角度。设置在钻探设备发动机上的转速传感器实时检测发动机的转速，比如当钻头上的压力传感器检测到压力增大时，设备数据分析器201分析后通过可编程控制模块202、输出输入控制模块203下发控制指令控制发动机提升转速，以攻克较硬的土壤层。

设备数据分析器201包括：过热保护单元，用于获取设备传感器集成块中温度传感器采集的钻头温度数据，并与标准温度值进行比较，当钻头温度数据高于标准温度值时，通过输出输入控制模块下发控制指令，控制增大钻头的出水量，具体的，钻头的出水量由水泵提供，此时控制水泵的转速即可，及时为钻头降温，还可避免水资源浪费。

设备数据分析器包括：过压保护单元，用于获取设备传感器集成块中压力传感器采集的钻头压力值，并与标准压力值进行比较，当钻头压力值高于标准压力值时，通过输出输入控制模块下发控制指令，控制钻探设备停机，具体的是控制发动机停转，避免损坏钻头。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。