權(quán)利要求書： 1.一種鉆機機上余尺實時測量裝置，其特征在于，包括長邊超聲測距模塊和短邊測距模塊，所述長邊超聲測距模塊包括固定于主動鉆桿頂端的超聲發(fā)射單元以及固定于支架上的超聲接收單元；所述短邊測距模塊為磁性頭卷尺，所述磁性頭卷尺的一端通過磁頭固定卡槽固定在所述超聲接收裝置上，另一端通過T型磁頭固定于所述鉆機的回轉(zhuǎn)器立軸上，所述T型磁頭通過設(shè)于卷尺端部的若干磁頭固定孔固定。

2.如權(quán)利要求1所述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置，其特征在于，所述超聲發(fā)射單元安裝在主動鉆桿頂端高壓水龍下部的非旋轉(zhuǎn)部位，所述超聲發(fā)射單元上設(shè)置有用于實時確定超聲收發(fā)線與垂直方向夾角的陀螺儀。

3.如權(quán)利要求1所述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置，其特征在于，所述超聲接收單元固定于支架上，所述支架包括三角架、可調(diào)高度柱以及活動懸臂，所述超聲接收單元固定于所述活動懸臂上，所述支架獨立于鉆機。

4.如權(quán)利要求3所述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置，其特征在于，所述活動懸臂固定于可調(diào)高度固定桿上，所述超聲接收單元可進行高度調(diào)整。

5.如權(quán)利要求1所述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置，其特征在于，所述短邊測距模塊還可以為一體式超聲測距裝置。

6.如權(quán)利要求5所述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置，其特征在于，所述一體式超聲測距裝置角度可調(diào)，水平方向與鉆機立軸垂直。

7.如權(quán)利要求5所述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置，其特征在于，所述一體式超聲測距裝置與所述超聲接收單元固定為一體。

8.如權(quán)利要求1所述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置，其特征在于，所述超聲測距模塊連接有數(shù)據(jù)采集模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理控制模塊連接，所述數(shù)據(jù)處理控制模塊將分析處理后的數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊輸入到數(shù)據(jù)存儲模塊進行存儲。

9.如權(quán)利要求1所述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置，其特征在于，所述實時測量裝置還包括供電模塊，所述供電模塊采用四模雙電結(jié)構(gòu)式，所述雙電即內(nèi)置鋰電池及外接電源，支持電源熱插拔；所述四模即供電方式包括野外太陽能供電、內(nèi)置鋰電充電替換供電、USB連正常電源供電、緊急狀態(tài)下的干電池組供電四種供電方式。

10.一種鉆機，其特征在于，所述鉆機上設(shè)置有如權(quán)利要求1?9任一項所述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置。

說明書： 一種鉆機機上余尺實時測量裝置及鉆機技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本實用新型涉及鉆機機上余尺測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鉆機機上余尺實時測量裝置及鉆機。

背景技術(shù)[0002] 本部分的陳述僅僅是提供了與本實用新型相關(guān)的背景技術(shù)信息，并不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

[0003] 現(xiàn)有的地下勘察作業(yè)通常采用工程鉆機，現(xiàn)有工程鉆機的鉆探孔深的計算依賴與依據(jù)鉆具與機上余尺的人工計算，因此，鉆探孔深的精度嚴重受到人工因素的影響，對于基

巖面、巖溶空洞頂?shù)装宓鹊呐袛鄷斐奢^大誤差，極大的影響勘察結(jié)果。

[0004] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)目前可以實現(xiàn)實時測量孔深的裝置，僅有數(shù)字化鉆機，但是該類鉆機體型較大，且無法應(yīng)用于基礎(chǔ)勘查的孔深相對較小的勘察作業(yè)中；此外，數(shù)字化鉆機需要在

鉆頭部位安裝探頭來實現(xiàn)探測，由于在鉆探過程中會遇到各種糟糕的地質(zhì)條件，探頭容易

損壞；且數(shù)字化鉆機費用昂貴，成本很高，不適用于小型勘察團隊。

實用新型內(nèi)容

[0005] 本實用新型為了解決上述問題，提出了一種鉆機機上余尺實時測量裝置及鉆機，所述裝置有效提高了鉆探作業(yè)的精度和工人工作的效率，降低了鉆探外業(yè)的成本。

[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：[0007] 一種鉆機機上余尺實時測量裝置，包括長邊測距模塊和短邊測距模塊，所述長邊測距模塊包括固定于主動鉆桿頂端的超聲發(fā)射單元以及固定于支架上的超聲接收單元；所

述短邊測距模塊用于測量所述超聲接收單元與鉆機立軸之間的垂直距離；所述短邊測距模

塊為磁性頭卷尺，所述磁性頭卷尺的一端通過磁頭固定卡槽固定在所述超聲接收裝置上，

另一端通過T型磁頭固定于所述鉆機的回轉(zhuǎn)器立軸上，所述T型磁頭通過設(shè)于卷尺端部的若

干磁頭固定孔固定。

[0008] 進一步的，所述超聲發(fā)射單元安裝在主動鉆桿頂端高壓水龍下部的非旋轉(zhuǎn)部位，所述超聲發(fā)射單元上設(shè)置有用于實時確定超聲收發(fā)線與垂直方向夾角的陀螺儀。

[0009] 進一步的，所述超聲接收單元固定于支架上，所述支架包括三角架、可調(diào)高度柱以及活動懸臂，所述超聲接收單元固定于所述活動懸臂上，所述支架獨立于鉆機；所述活動懸

臂固定于可調(diào)高度固定桿上，通過調(diào)整所述可調(diào)高度固定桿，所述超聲接收單元可進行高

度調(diào)整。

[0010] 進一步的，所述短邊測距模塊還可以為一體式超聲測距裝置，且所述一體式超聲測距裝置與所述超聲接收單元固定為一體。

[0011] 進一步的，所述超聲測距模塊連接有數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于接收所述超聲測距模塊獲取的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理控制模塊連接，所述數(shù)據(jù)處

理控制模塊用于對獲取的數(shù)據(jù)進行分析處理；所述數(shù)據(jù)處理控制模塊將分析處理后的數(shù)據(jù)

信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊輸入到數(shù)據(jù)存儲模塊進行存儲。

[0012] 進一步的，所述實時測量裝置還包括供電模塊，所述供電模塊采用四模雙電結(jié)構(gòu)，所述雙電即內(nèi)置鋰電池及外接電源，支持電源熱插拔；所述四模即供電方式包括野外太陽

能供電、內(nèi)置鋰電充電替換供電、USB連正常電源供電、緊急狀態(tài)下的干電池組供電四種模

式。

[0013] 一種鉆機，所述鉆機設(shè)置有上述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置。[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果為：[0015] 本實用新型所述裝置能夠?qū)崟r獲取鉆探孔深，打破了傳統(tǒng)的直接探測孔深的固有思路，實現(xiàn)實時測量，且可完整記錄鉆探過程；超聲測距裝置均與鉆機相互獨立，避免鉆機

在鉆進過程中因為震動對測量裝置產(chǎn)生的影響，確保測距準確和設(shè)備穩(wěn)定；且本實用新型

所述裝置與所述鉆機相互獨立，可隨時拆解和安裝，能夠與現(xiàn)有鉆機共同使用，與數(shù)字化鉆

機相比，造價很低，能夠有效節(jié)約成本。

附圖說明[0016] 構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的限定。

[0017] 圖1為本實用新型實施例一中所述的鉆機結(jié)構(gòu)及超聲測距裝置示意圖；[0018] 圖2為本實用新型實施例一中所述的超聲發(fā)射器結(jié)構(gòu)及安裝圖；[0019] 圖3為本實用新型實施例一中所述的功能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖；[0020] 圖4為本實用新型實施例一中所述的T型磁性頭卷尺結(jié)構(gòu)圖。[0021] 其中，1、主動鉆桿，2、高壓水龍，3、回轉(zhuǎn)器立軸，4、分離式超聲發(fā)射器，5、分離式超聲接收器，6、固定卡槽，7、固定鋼箍，8、可調(diào)高度支架，9、三腳架，10、活動懸臂，11、讀數(shù)

孔，12、轉(zhuǎn)盤搖柄，13、磁頭固定卡槽，14、磁頭固定孔，15、T型磁頭。

具體實施方式：

[0022] 下面結(jié)合附圖與具體實施例對本實用新型做進一步的說明。[0023] 應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常

理解的相同含義。

[0024] 需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式

也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包

括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

[0025] 首先對本實施例中的一種鉆機機上余尺實時測量裝置的整體設(shè)計思路進行簡要說明，所述實時測量裝置包括分離式超聲測距模塊、短邊測距模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、數(shù)

據(jù)傳輸模塊、屏顯裝置(含警示燈)、供電模塊；

[0026] 所述短邊測距裝置指測量分離式超聲測距接收器與鉆機立軸之間的最短(垂直)距離，一般可采用收發(fā)一體式超聲測距裝置或磁性頭卷尺裝置；所述收發(fā)一體式超聲測距

裝置，與分離式超聲測距模塊的超聲接收單元固定為一體，且其角度可調(diào)，確保其保持水

平，與鉆機立軸垂直，所測距離即短邊實時距離；所述磁性頭卷尺裝置，考慮到分離式超聲

測距接收器一般固定后位置不動，其與鉆機立軸間距一般為固定值，在固定裝置時可用磁

性頭吸附至鉆機立軸，卷尺最小距離即為短邊距離；

[0027] 所述分離式超聲測距裝置包括超聲發(fā)射單元和超聲接收單元；所超聲發(fā)射單元安裝在立軸上方高壓水龍下部的非旋轉(zhuǎn)部位，其發(fā)射頻率可調(diào)；所述超聲測距接收單元安裝

在固定支架上，安裝高度可調(diào)整為地面至鉆機回轉(zhuǎn)器上卡盤上部之間任意高度，為方便報

表記錄，一般把所述超聲接收單元(測距基準點)固定在機頭高度，則依據(jù)勾股定理，一般情

況下(豎直方向鉆探)，機上余尺＝(斜邊^(qū)2?短邊^(qū)2)^(1/2)；如測距接收器置于機頭高度以

下時，量測發(fā)射頭與機頭之間的豎直距離差，機上余尺＝計算機上余尺?豎直距離差；

[0028] 數(shù)據(jù)處理控制模塊用于斜邊超聲測距數(shù)據(jù)采集，短邊測距數(shù)據(jù)采集或錄入，計時同步，并對數(shù)據(jù)做篩選判斷，過濾掉噪點數(shù)據(jù)，并對數(shù)值大幅度變大(或無窮大)時轉(zhuǎn)為省電

模式；

[0029] 數(shù)據(jù)傳輸模塊包括雙向藍牙裝置和數(shù)據(jù)傳輸接口，個別可根據(jù)需要增加GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊；

[0030] 設(shè)置屏顯裝置(含警示燈)主要用于通過顯示屏顯示實時余尺距離，對數(shù)據(jù)錯誤或操作錯誤時做示警，并可在顯示屏顯示錯誤代碼；

[0031] 設(shè)置供電模塊主要根據(jù)野外工作特點，獨創(chuàng)的四模雙電模式；雙電即內(nèi)置鋰電池及外接電源，支持電源熱插拔；四模指供電方式包括野外太陽能供電、內(nèi)置鋰電充電替換供

電、USB連正常電源供電、緊急狀態(tài)下的干電池組供電四種模式，根據(jù)工作特點解決不同工

作環(huán)境下電源需求，有效降低使用成本；

[0032] 設(shè)置開關(guān)按鍵包括電源開關(guān)、藍牙連接鍵、重啟鍵等。[0033] 下面，對本實施例所述的鉆機機上余尺實時測量裝置進行詳細說明，如圖1所示，一種鉆機機上余尺實時測量裝置，包括分離式超聲測距模塊和短邊測距模塊，所述分離式

超聲測距模塊包括固定于主動鉆桿頂端的超聲發(fā)射單元以及固定于支架上的超聲接收單

元；所述短邊測距模塊用于測量所述超聲接收單元與鉆機立軸之間的垂直距離；所述短邊

測距模塊為一體式超聲測距裝置，且所述一體式超聲測距裝置與所述超聲接收單元固定為

一體。

[0034] 進一步的，所述超聲發(fā)射單元安裝在主動鉆桿頂端高壓水龍下部的非旋轉(zhuǎn)部位，所述超聲發(fā)射單元上設(shè)置有用于實時確定超聲收發(fā)線與垂直方向夾角的陀螺儀。

[0035] 進一步的，所述超聲接收單元固定于支架上，所述支架包括三角架、可調(diào)高度柱以及活動懸臂，所述超聲接收單元固定于所述活動懸臂上，所述支架獨立于鉆機；所述活動懸

臂固定于可調(diào)高度固定桿上，通過調(diào)整所述可調(diào)高度固定桿，所述超聲接收單元可進行高

度調(diào)整。

[0036] 進一步的，所述超聲測距模塊連接有數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于接收所述超聲測距模塊獲取的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理控制模塊連接，所述數(shù)據(jù)處

理控制模塊用于對獲取的數(shù)據(jù)進行分析處理；所述數(shù)據(jù)處理控制模塊將分析處理后的數(shù)據(jù)

信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊輸入到數(shù)據(jù)存儲模塊進行存儲。

[0037] 進一步的，所述實時測量裝置還包括供電模塊，所述供電模塊采用四模雙電模式，所述雙電即內(nèi)置鋰電池及外接電源，支持電源熱插拔；所述四模即供電方式包括野外太陽

能供電、內(nèi)置鋰電充電替換供電、USB連正常電源供電、緊急狀態(tài)下的干電池組供電四種模

式；根據(jù)工作特點解決不同工作環(huán)境下電源需求，有效降低使用成本。

[0038] 進一步的，所述數(shù)據(jù)處理控制根據(jù)勾股定理，根據(jù)實時測距的斜邊C和固定短邊距離X，計算獲取所述超聲接收單元到所述鉆桿頂端的垂直距離，即為機上余尺；結(jié)合鉆桿總

長、所述超聲接收裝置距地面的高度，則能實時獲取鉆探孔深；

[0039] 機上余尺＝(斜邊C^2?短邊X^2)^(1/2)。[0040] 進一步的，所述超聲接收單元到所述鉆桿頂端的垂直距離即為超聲接收裝置上余尺寸，通過建立超聲接收裝置上余尺寸的采集裝置，利用“孔深＝總桿長?超聲接收裝置高

度?超聲接收裝置上余尺寸”這一原理，能夠?qū)崟r獲取鉆探孔深，打破了傳統(tǒng)的直接探測孔

深的固有思路，實現(xiàn)實時測量，且可完整記錄鉆探過程；超聲測距裝置均與鉆機相互獨立，

避免鉆機在鉆進過程中因為震動對測量裝置產(chǎn)生的影響，確保測距準確和設(shè)備穩(wěn)定；此外，

此套裝置作為輔助裝置，可以結(jié)合現(xiàn)有鉆機共同使用，與數(shù)字化鉆機相比，造價很低，節(jié)約

成本。

[0041] 進一步的，在所述超聲接收單元的安裝位置還設(shè)置有用于測量所述超聲接收裝置至鉆機立軸之間垂直距離的收發(fā)一體式超聲測距模塊；所述超聲發(fā)射單元上設(shè)有用以實時

確定超聲收發(fā)線與垂直方向夾角的陀螺儀；使用收發(fā)一體式超聲測距裝置測量超聲接收裝

置至鉆機立軸之間垂直距離，并直接將所測數(shù)據(jù)傳輸至所述數(shù)據(jù)處理控制模塊，便于數(shù)據(jù)

處理控制模塊直接利用勾股定理，獲得超聲接收裝置上余尺寸；使用收發(fā)一體式超聲測距

裝置測量距離精度較高。

[0042] 進一步的，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括：用于從外部移動設(shè)備調(diào)取既有數(shù)據(jù)至所述數(shù)據(jù)處理控制模塊的數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊；通過鍵盤和條形碼掃描中的一種或多種組合方式獲取相

關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)錄入模塊；通過與所述超聲測距裝置連接獲取相關(guān)測距數(shù)據(jù)的自動采集模

塊。

[0043] 進一步的，所述超聲發(fā)射單元安裝在鉆機立軸上方高壓水龍下部的非旋轉(zhuǎn)部位，其發(fā)射頻率可調(diào)；將超聲發(fā)射單元安裝在高壓水龍下部的非旋轉(zhuǎn)部位，可以保證超聲發(fā)射

裝置的穩(wěn)定，提高測量精度。

[0044] 進一步的，如圖3所示，所述支架的下部為三腳架，所述三腳架上方連接伸縮支架，所述伸縮支架的上端連接用于放置超聲接收裝置的活動懸臂；所述支架獨立于鉆機之外，

避免因為鉆機震動對超聲接收造成影響；利用伸縮支架可以方便的調(diào)節(jié)固定支架的高度；

伸縮支架上端連接活動懸臂，便于收放，攜帶方便。

[0045] 進一步的，所述數(shù)據(jù)處理分析模塊對測距數(shù)據(jù)進行過濾，并判斷所述測距數(shù)據(jù)的變化幅度，當(dāng)所述變化幅度大于設(shè)定值時，所述實時測量裝置轉(zhuǎn)為省電模式；所述數(shù)據(jù)處理

分析模塊采用消抖濾波算法消除噪聲極點，去除跳動大的噪點數(shù)據(jù)；采用滑動平均濾波法

防止連續(xù)時間內(nèi)數(shù)據(jù)的震蕩，讓測距數(shù)據(jù)趨于平滑；當(dāng)測距數(shù)據(jù)變化幅度突然增大時，說明

本回次鉆探完畢；測距過程也相應(yīng)終端，此時實時測量裝置進入省電模式，一是節(jié)約能源，

此外也利于對測距數(shù)據(jù)的分析處理。

[0046] 進一步的，所述數(shù)據(jù)處理控制模塊對測距數(shù)據(jù)進行分析，利用內(nèi)設(shè)的同步時鐘，繪制鉆孔深度與鉆進時間的曲線，得到地層巖性發(fā)生突變的精確深度位置，并獲取鉆機的有

效工作時長；工程鉆機在鉆進取芯時，當(dāng)遇到巖石非常破碎的情況時，提取出來的巖芯不連

續(xù)，非常松散破碎，而且可能夾雜著卵石，對于這種情況，無法判斷卵石的具體位置，也無法

判斷地層巖性發(fā)生突變的精確深度。利用鉆孔深度與鉆進時間曲線中，根據(jù)曲線的斜率，可

以得出鉆機鉆進的速度，鉆機的鉆進速度對應(yīng)著地層的軟硬程度。當(dāng)曲線的斜率變化不大

時，說明鉆機鉆進速度大致相同，即相應(yīng)部分的地層情況大致相同。當(dāng)曲線出現(xiàn)突變時，其

相應(yīng)深度即為地層巖性發(fā)生突變的精確深度。

[0047] 進一步的，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊為無線通訊模塊和有線通訊模塊，所述無線通訊模塊包括GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊和/或藍牙模塊單元；所述有線通訊模塊包括USB接口；通過有線

或無線方式將儲存數(shù)據(jù)進行傳輸，可以方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞和共享。

[0048] 實施例二：[0049] 本實施例的目的是提供一種鉆機機上余尺實時測量裝置的另一實施例子。[0050] 本實施例中所述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置，其所述短邊測距模塊還可以為磁性頭卷尺，所述磁性頭卷尺的一端通過磁頭固定卡槽固定在所述超聲接收裝置上，另

一端通過T型磁頭固定于所述鉆機的回轉(zhuǎn)器立軸上，所述T型磁頭通過設(shè)于卷尺端部的若干

磁頭固定孔固定；超聲測距接收裝置與鉆桿的最短距離可通過磁性頭卷尺測量，考慮到超

聲測距接收裝置一般固定后位置不動，其與鉆機立軸間距一般為固定值，在固定裝置時可

用磁性頭吸附至鉆機立軸，卷尺最小距離即為短邊距離。

[0051] 實施例三：[0052] 本實施例的目的是提供一種鉆機，所述鉆機設(shè)置有上述的一種鉆機機上余尺實時測量裝置。

[0053] 為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解所述實時測量裝置在鉆機上如何運作，此處對其使用方式進行簡要說明：

[0054] 將所述超聲接收單元固定在支架上，調(diào)整豎直校準裝置，使所述實時測量裝置水平放置；

[0055] 在主動鉆桿頂部的非旋轉(zhuǎn)部位固定安裝超聲發(fā)射裝置，啟動發(fā)射裝置，確保接收裝置在可接收的范圍內(nèi)；

[0056] 確保所述超聲接收單元與鉆探記錄儀連接，并將鉆桿總長數(shù)據(jù)、所述超聲接收裝置的高度數(shù)據(jù)及其至鉆機立軸的垂直距離輸入到所述鉆探記錄儀中；

[0057] 鉆探開始，所述超聲發(fā)射單元按照固定頻率發(fā)射超聲波，所述超聲接收單元根據(jù)接收到的時間長度以及超聲傳播速度，換算成距離信息，數(shù)據(jù)處理控制模塊對采集到的測

距數(shù)據(jù)進行分析處理，根據(jù)勾股定理得到所述超聲接收裝置至所述鉆桿頂部的豎直距離，

并結(jié)合鉆桿總長和所述超聲接收裝置的高度，實時獲取鉆機機上余尺。

[0058] 以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修

改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。

[0059] 上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)

域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范

圍以內(nèi)。