一种用于煤矿钻探的自供电振动测量传感器的制作方法

1.本实用新型涉及地质仪器仪表技术领域，具体为一种用于煤矿钻探的自供电振动测量传感器。


背景技术：

2.我国是煤炭生产与消费大国，同时我国的煤炭资源储量丰富，位居世界前列；因此，我国对煤炭资源勘探以及开采相关技术的研究也投入了不小的力度，也取得了诸多进展，如今煤矿钻井设备也在从机械化向智能化转型。
3.而在设备钻进的过程当中，钻井及测井是相当重要的一环，在钻井过程中，钻具产生的振动会对钻探工作产生不利的影响，例如加快钻具的磨损等。
4.近年来，随着研究的不断深入，科研人员对钻柱振动机理的认识愈加深刻。钻具的振动分为三种，分别为纵向振动、横向振动以及扭转振动，在这三种振动之中，纵向振动是危害最大的一种，同时也是发生频率最高的一种。在钻具向地下推进的过程中，钻头会受到地层压力产生跳动进而产生振动，钻具的轴向振动会导致钻头被破坏，严重的甚至会影响到整个钻机，对地表结构也产生破坏。
5.在这种背景下，钻柱的轴向振动也成为了测井仪器测量的重要参数之一。传统的振动测量传感器按测量过程的物理性质可以分为以下几种：机械式、光学式以及电测。机械式振动传感器具有结构简单、安装使用简单方便的优点，但这种结构精度较差、能测量的频率较低；光学式依靠光学系统将捕捉到的振动信号进行放大，便于记录和显示，但这种结构明显不适合在煤矿井下使用；电测法则是将捕捉到的振动信号转换为电信号进行输出，这种结构也是运用最广泛的。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种用于煤矿钻探的自供电振动测量传感器，归属于电测法，可以用于对煤矿钻具的振动测量当中，具体可以反映振动频率、振幅以及加速度等参数，以克服现有技术的不足。
7.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于煤矿钻探的自供电振动测量传感器，包括外壳体和端盖，所述外壳体和端盖通过螺钉连接实现密封，在外壳体中部空腔内设置有振动台，所述振动台上表面上设置有铜电极层与kapton感应层，在端盖下侧设置有铜电极层和硅胶薄膜感应层，所述铜电极层与kapton感应层与铜电极层和硅胶薄膜感应层位置对应，在钻柱纵向振动过程中带动振动台作上下往复运动，使得铜电极层与kapton感应层与铜电极层和硅胶薄膜感应层循环接触分离，从而感应起电，输出的电压信号频率即能反映钻柱的振动频率。
8.作为本实用新型的进一步方案：所述端盖与铜电极层和硅胶薄膜感应层之间设置有由橡胶制成的缓冲囊，在缓冲囊内填充有缓冲液。
9.作为本实用新型的进一步方案：所述外壳体中部空腔的底部设置套筒，在振动台
下表面固定设置移动杆，所述移动杆嵌入到套筒内且移动杆可沿套筒方向往复移动，套筒能够确保振动台在往复振动过程中不发生倾斜。
10.作为本实用新型的进一步方案：在套筒上套设有弹簧，所述弹簧卡在振动台和外壳体的内部底面之间，实现对振动台的启振。
11.作为本实用新型的进一步方案：所述振动台周围对称设置有规格一致的滚轮，在滚轮表面上铺贴有一层ptfe薄膜，在外壳体内壁上对称贴设有多排铜电极，所述滚轮卡在振动台和对应铜电极之间，振动台在振动过程中滚轮发生往复滚动，而位于滚轮上的ptfe薄膜与不同位置上的对应铜电极接触摩擦起电输出对应电压信号。
12.作为本实用新型的进一步方案：每排铜电极上的设置有多对铜电极；每队铜电极的宽度不同，弧度相等；由于每对电极的宽度不等，输出的电压值也不等，可通过此处输出的电压值来反映幅值，同时也能通过电极间输出信号的时间差来推算出对应加速度值。
13.作为本实用新型的进一步方案：所述弧度为30
°
—60
°
。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型最大的优势在于自供电，这种传感器不需要外部提供电源，在安装时节省了井下空间；同时这类传感器还具有成本较低、结构简单以及低频效率高等一系列优点，同时将钻柱的纵向振动转换为振动台的振动和滚轮的往复滚动，再利用振动台与端盖的间断性接触感应、滚轮与不同铜电极的摩擦感应，能够钻柱的纵向振动的振动频率、振动振幅和振动加速度等参数通过电信号实时反映，本实用新型结构简单，可靠性强，不易发生失真。
附图说明
15.图1为本实用新型的结构示意图；
16.图2为图1的正视图；
17.图3为图1的俯视图；
18.图4为图2的a-a剖视图。
19.图中：1、端盖；2、外壳体；3、螺钉；4、铜电极层与kapton感应层；5、振动台；6、滚轮；7、弹簧；8、套筒；9、铜电极；10、缓冲囊；11、铜电极层和硅胶薄膜感应层；12、移动杆。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
21.请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种用于煤矿钻探的自供电振动测量传感器，包括外壳体2和端盖1，所述外壳体2和端盖1通过螺钉3连接实现密封，在外壳体2中部空腔内设置有振动台5，所述振动台5上表面上设置有铜电极层与kapton感应层4，在端盖1下侧设置有铜电极层和硅胶薄膜感应层11，所述端盖1与铜电极层和硅胶薄膜感应层11之间设置有由橡胶制成的缓冲囊10，在缓冲囊10内填充有缓冲液；所述铜电极层与kapton感应层4与铜电极层和硅胶薄膜感应层11位置对应，在钻柱纵向振动过程中带动振动台5作上下往复运动，使得铜电极层与kapton感应层4与铜电极层和硅胶薄膜感应层11循环接触
分离，从而感应起电，输出的电压信号频率即能反映钻柱的振动频率。
22.所述外壳体2中部空腔的底部设置套筒8，在振动台5下表面固定设置移动杆12，所述移动杆12嵌入到套筒8内且移动杆12可沿套筒8方向往复移动，套筒8能够确保振动台5在往复振动过程中不发生倾斜；在套筒8上套设有弹簧7，所述弹簧7卡在振动台5和外壳体2的内部底面之间，实现对振动台5的启振；所述振动台5周围对称设置有规格一致的滚轮6，在滚轮6表面上铺贴有一层ptfe薄膜，在外壳体2内壁上对称贴设有多排铜电极9，所述滚轮6卡在振动台5和对应铜电极9之间，振动台5在振动过程中滚轮6发生往复滚动，而位于滚轮6上的ptfe薄膜与不同位置上的对应铜电极9接触摩擦起电输出对应电压信号，每排铜电极9上的设置有多对铜电极；每队铜电极的宽度不同，弧度相等，所述弧度为30
°
—60
°
，优选为40
°
；由于每对电极的宽度不等，输出的电压值也不等，可通过此处输出的电压值来反映幅值，同时也能通过电极间输出信号的时间差来推算出对应加速度值。
23.工作时，随着振动平台的上下往复运动，铜电极层和硅胶薄膜感应层11与铜电极层与kapton感应层4循环接触分离，从而感应起电，输出的电压信号频率即能反映振动频率；同时，随着振动平台的上下振动，两侧的滚轮6也会滚动，与内壁上粘贴的铜电极9摩擦起电，由于每对铜电极9的宽度不等，输出的电压值也不等，于是可以通过此处输出的电压值来反映幅值，同时也能通过电极间输出信号的时间差来推算出加速度值。
24.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。