非开挖水平定向钻进系统地下传感器探头的设计及钻进轨迹的研究

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1、东南大学硕士学位论文非开挖水平定向钻进系统地下传感器探头的设计及钻进轨迹的研究姓名：张秀志申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：戴义保20071201摘要随着非开挖技术的迅猛发展及其在中国的兴起，水平定向钻进技术在目前城市管道铺设等方面起着越来越重要的作用，相应地对水平定向钻进中各种参数的测量也要求越来越高，本文针对水平定向跟踪导向仪中地下传感器探头进行了设计，并对水平定向钻进轨迹的优化设计进行了研究，主要内容如下：1、研究了姿态参数测量理论及方法。在分析现有方法的基础上，设计了的倾角传感器和面向角传感器，并探讨了用电磁法测量方位角。2、采用电源管理模块BQ26220；觏J

2、]量电池电压，该芯片可以自动管理电源模块，包括充放电、电池电压、电量测量等，为进一步实现电源模块的智能化，增加探头的工作时间奠定了基础。3、在研究地下电磁波衰减特性的基础上，本文选用甚低频发射芯片XEl209，设计无线发射模块，着重设计了适合本系统的射频天线，成功实现了地下的无线通信。4、建立了水平定向钻进钻孔轨迹整体和局部空间坐标系，分析了表征钻孔轨迹空间位置的几何参数和其形状的描述方法，阐述了钻进轨迹设计的主要内容。根据优化设计原理，提出了寻找最优钻孔轨迹方程的优化设计方法，设计了相应的数学模型。在研制的传感器探头平台上，针对上述内容进行了大量的实验研究。结果显示甚低频信号有较强的地下

3、穿透能力，较好地解决了传感器探头设计中无线发送这一关键性问题，对于填补国内在传感器探头设计上的空白具有重要的意义。关键词：水平定向钻进姿态参数BQ26220XEl209钻进轨迹优化设计东南大学硕L学位论文ABSTRACTNowadays．witlItherisinganddevelopmentofTrenchlessTechnologyinchina,HorizontalDirectionalDrillingTechnology(HDD)hasbeenwidelyusedinavarietyofundergroundpipelineslayedincities．Accordinglythe

4、needfortrackmeasurementisingreatdemand．ThereforetheemphasisofthisdissertationisputontheorientationdetectedsystemanddrillingtrailofHDD．Themaincontentsofthisdissertationareasfollows：l、netheoryandwayofmeasuringaiguilleposewerestudied．Basedonanalyzingthemethodsinexistence．Micro．electromechanicalSystem

5、s(MEMS)accelerometersensorwasusedtomeasurethepitchandrolloftheaiguille．Besides，andtheprincipleofazimuthmeasurementbyelectromagneticwavesisdiscussed．2、BatteryvoltageWasmeasuredwiththepowersupplymanagementmoduleofBQ26220．111echipCanmanagepowersupplymoduleautomaticallyincludingcharginganddischarging，

6、batteries’voltageandquantitymeasuring，andestablishsthebasisforrealizingintelligenceofthepowersupplyfurtherandincreasingworkingtimesofsonde．3、OnanalyzingtheaRenuationcharacterofelectromagneticwaveunderground，theultralowfrequencytransmittingchipXEl209waschosentodesignwirelesstransmittingmodule．n坨sui

7、tableRFantennawasdesignedespecially,andwirelesscommunicationundergroundcanletruetriumphantly．4、Withtheestablishmentofglobalandlocalthree．dimensionalreferencesystems，geometicparametersthatexpressthespatialposition