一种可原位感知的超声波钻探取样装置及方法

技术特征：
1.一种可原位感知的超声波钻探取样装置，其特征在于，包括：变幅杆、壳体、钻杆、压电式传感器、超声换能器、超声电源和控制器；所述变幅杆与所述壳体固定连接，且所述变幅杆的一端沿伸至所述壳体的内部；所述变幅杆位于所述壳体内的一端设置有安装孔；所述钻杆的一端插设在所述安装孔内，另一端沿伸至所述壳体的外部；所述钻杆的侧壁上设置有环形抵接部；所述钻杆上套设有复位弹簧，所述复位弹簧位于所述环形抵接部与所述壳体之间；所述压电式传感器和所述超声换能器均呈环形，且由外至内依次套设在所述变幅杆的另一端；所述压电式传感器用于采集岩土施加给所述钻杆的反作用力；所述超声电源与所述超声换能器电性连接，用于给所述超声换能器供电；所述控制器分别与所述压电式传感器和所述超声电源电性连接，用于接收并判断所述反作用力与预设阈值的大小，当所述反作用力大于所述预设阈值时，控制所述超声电源的输出电流调小，以调小所述钻杆对所述岩土的钻削力。2.根据权利要求1所述的可原位感知的超声波钻探取样装置，其特征在于，还包括后盖；所述后盖与所述壳体可拆卸连接；所述超声换能器和所述压电式传感器位于所述后盖内。3.根据权利要求1所述的可原位感知的超声波钻探取样装置，其特征在于，所述后盖上设置有电缆接头；所述压电式传感器通过所述电缆接头与所述控制器电性连接；所述超声换能器通过所述电缆接头与所述超声电源电性连接。4.根据权利要求1所述的可原位感知的超声波钻探取样装置，其特征在于，还包括自由质量块；所述自由质量块套设在所述钻杆的一端，且位于所述变幅杆和所述环形抵接部之间。5.根据权利要求4所述的可原位感知的超声波钻探取样装置，其特征在于，所述变幅杆的一端设置有抵接板；所述自由质量块位于所述抵接板和所述环形抵接部之间。6.根据权利要求1所述的可原位感知的超声波钻探取样装置，其特征在于，所述变幅杆一端的侧壁上套设有绝缘套，所述绝缘套位于所述压电式传感器和所述超声换能器与所述变幅杆之间。7.根据权利要求1所述的可原位感知的超声波钻探取样装置，其特征在于，所述变幅杆的外侧壁上设置有环形连接板；所述后盖的一端设置有第一连接法兰；所述壳体的一端设置有第二连接法兰；所述第一连接法兰、所述环形连接板和所述第二连接法兰通过螺栓可拆卸连接。8.根据权利要求1所述的可原位感知的超声波钻探取样装置，其特征在于，所述钻杆的一端设置有取芯钻头。9.一种采用如权利要求1-8任意一项所述的可原位感知的超声波钻探取样装置的取样方法，其特征在于，包括如下步骤：采集所述岩土施加给所述钻杆的反作用力；接收并判断所述反作用力与预设阈值的大小，当所述反作用力大于所述预设阈值时，控制所述超声电源的输出电流调小，以调小所述钻杆对所述岩土的钻削力。

技术总结
本发明提供一种可原位感知的超声波钻探取样装置，涉及地外行星钻探领域；超声波钻探取样装置包括：变幅杆、壳体、钻杆、压电式传感器、超声换能器、超声电源和控制器；变幅杆与壳体连接，且变幅杆的一端沿伸至壳体的内部；变幅杆的一端设有安装孔；钻杆的一端插设在安装孔内，另一端沿伸至壳体的外部；钻杆的侧壁上设有环形抵接部；钻杆上套设有复位弹簧，复位弹簧位于环形抵接部与壳体之间；压电式传感器和超声换能器套设在变幅杆的另一端；压电式传感器用于采集岩土施加给钻杆的反作用力；超声电源与超声换能器电性连接；控制器与压电式传感器和超声电源电性连接；本发明还提出一种可原位感知的超声波钻探取样方法，能够有效地保护钻杆。护钻杆。护钻杆。


技术研发人员：柏伟 韩光超 翟宇皓
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2022.02.21
技术公布日：2022/6/4