一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器制造技术

本实用新型专利技术提供一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器，主要包括受力台、端盖、底座和感测机构，端盖安装在底座的上端口，底座具有上腔体，感测机构安装在上腔体中，感测机构包括活动台、固定台和具有相同结构特征的三感测臂，感测臂上设有多个力传感器，受力台将受力状态传递至每个力传感器，每个力传感器感测受力状态得到检测数据。本实用新型专利技术的有益效果：本实用新型专利技术的感测机构将并联的力传感器作为弹性元件不存在应变片的温漂问题，同时并联结构有效解决了测量参数的无法解耦的耦合问题，本实用新型专利技术的测量误差减小、检测准确，本实用新型专利技术的力传感器采用冗余机构进行设计，由三个感测臂均匀受力，极大的提高了传感器的可靠性。

A three dimensional force sensor for drilling based on six branch parallel mechanism

The utility model provides a three dimensional force sensor for drilling based on six branch chain parallel mechanism, mainly including the force table, end cover, base and sensing mechanism. The end cover is installed on the upper port of the base, the base has an upper chamber, the sensing mechanism is installed in the upper chamber, and the sensing mechanism covers the movable table, the fixed table and the same knot. The three sensing arm is characterized by a plurality of force sensors on the sensing arm. The force station transfers the force state to each force sensor, and each force sensor can detect the data by measuring the force state. The utility model has the beneficial effect that the parallel force sensor does not exist the temperature drift of the strain gauge, and the parallel structure can effectively solve the decoupling problem of the measured parameters, and the measurement error of the utility model is reduced, the detection is accurate, and the force transmission of the utility model is carried out. The sensor is designed with redundant mechanism, and the force of the three sensors is uniform, which greatly improves the reliability of the sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器
本技术涉及三维力传感器
，尤其涉及一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器。
技术介绍
钻井是利用钻机设备及破岩工具破碎地层，从而形成一个自地表到地球不同深度的孔洞的过程。传统的钻井设备一般是由钻机、钻杆、及钻头等组成。其中位于地表的钻机为钻杆提供旋转动力及向下的压力，钻杆底部连接有钻头，当钻杆带动钻头转动并向下挤压钻头时，钻头将岩石破碎，从而实现钻进的目的。在此过程中，井底近钻头处的受力状况对于指导井上的钻井工艺至关重要，合理的钻井工艺可使得井底近钻头处的受力状态达到最佳，破碎地层的效率最大，破岩工具磨损最小，因此，必须实现对井底近钻头处的受力状态进行监测。传统的监测方法采用粘贴应变片的方式进行测量，随着钻井深度的增加，井底的温度亦不断增加，当井深超过3000米时，此时的井底温度一般均较高，使得应变片产生难以处理的温漂，导致测量误差极大增加，另外应变片在测量扭矩及轴压时，由材料本身的物理变形可知，当给材料施加扭矩时，材料亦将产生径向变形，轴向压力会受到干扰，扭矩和轴压参数的相互耦合，且该耦合关系因受力状态、材料属性、工艺状况等均不同，导致无法解耦，误差增加。此时，采用粘贴应变片的方法难以使用，无法对井底近钻头处受力进行检测，从而影响对钻井工艺的改进。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的实施例提供了用来对钻井过程中的钻孔钻头受力状况进行检测的一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器。本技术的实施例提供一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器，包括包括具有内腔的本体和受力台，所述受力台位于所述本体的上方，所述本体包括端盖、底座和感测机构，所述端盖安装在所述底座的上端口，所述底座具有上腔体，所述感测机构安装在所述上腔体中，所述感测机构包括活动台、固定台和具有相同结构特征的三感测臂，所述活动台上端连接所述受力台，每一所述感测臂包括球杆、转接座和至少二力传感器，所述球杆上端球部球铰接于所述活动台，所述球杆下端连接所述转接座，每一所述力传感器上端为球形结构且球铰接于所述转接座内，每一所述力传感器的下端可转动的连接所述固定台，所述受力台受力时，受力通过所述活动台和所述球杆传至每一所述力传感器而被所述力传感器检测。进一步地，三所述感测臂的上端排列成一个等边三角形，三所述感测臂的下端也排列成一个等边三角形。进一步地，所述活动台为六边形，所述六边形具有三条等长的长边和三条等长的短边，所述长边和所述短边交错连接，每条所述感测臂的上端球铰接于所述活动台短边侧面。进一步地，每一所述感测臂还包括平台盖板，所述球杆穿过所述平台盖板，所述平台盖板固定在所述活动台上相应的短边侧面。进一步地，每一所述感测臂还包括转接盖板，每一所述力传感器穿过所述转接盖板，所述转接盖板固定在所述转接座朝向所述力传感器的一侧。进一步地，所述底座的上端口处设有第一凹槽，所述第一凹槽上安装有第二密封垫，所述端盖压紧所述第二密封垫而安装在所述底座上端口。进一步地，所述上腔体内设有第二凹槽，所述感测机构安装在所述第二凹槽上。进一步地，所述底座还具有下腔体，所述下腔体位于所述上腔体的下方，所述下腔体内设有第三凹槽，所述电路板安装在所述第三凹槽上，所述电路板连接所述感测机构。进一步地，所述受力台包括上平台和连接杆，所述上平台下表面固定着所述连接杆，所述连接杆穿过所述端盖连接所述活动台，所述连接杆和所述端盖的结合处安装着第一密封垫圈。进一步地，所述活动台中部具有圆槽，所述圆槽中部设有螺纹孔，所述螺纹孔配合所述连接杆连接所述活动台。本技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本技术将并联机构作为三维力传感器的弹性元件不存在应变片的温漂问题，同时并联结构有效解决了测量参数的无法解耦的耦合问题，误差变小、检测准确，本技术的力传感器采用冗余机构进行设计，由三个感测臂分担受力，极大的提高了传感器的可靠性。附图说明图1是基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器的整体结构示意图；图2是基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器的主视图；图3是图2所示感测机构的结构示意图；图4是图3所示感测臂的结构示意图。图中，1-受力台，2-本体，3-底座，4-端盖，5-感测机构，6-电路板，7-第一密封垫，8-第二密封垫，9-第一凹槽，10-第二凹槽，11-第三凹槽，51-固定台，52-活动台，53-感测臂，521-圆槽，522-螺纹孔，531-力传感器，532-球杆，533-转接座，534-平台盖板，535-转接盖板。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地描述。请参考图1和图2，本技术的实施例提供了一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器，包括受力台1和具有内腔的本体2，所述受力台1位于所述本体2的上方；所述受力台1包括上平台和连接杆，所述上平台下表面固定着所述连接杆；所述本体包括端盖4、底座3、感测机构5和电路板6，所述端盖4上设有穿孔，所述连接杆穿过所述穿孔固定在感测机构5上，所述连接杆和所述穿孔的结合处还安装有第一密封垫7，所述底座3具有上腔体和下腔体，所述上腔体上端口设有第一凹槽9，所述端盖4压紧第二密封垫8安装在所述第一凹槽9上，所述上腔体下端口设有第二凹槽10，所述感测机构5安装在所述第二凹槽10上，所述下腔体下端设有第三凹槽11，所述电路板6安装在所述第三凹槽上11。请参考图2和图3，所述感测机构5包括活动台52、固定台51和具有相同结构特征的三感测臂53，所述活动台52为六边形，所述六边形具有三等长的长边和三等长的短边，所述长边和所述短边交错连接，三条所述感测臂53的上端分别球铰接于所述活动台52三短边侧面中央处，三铰接处排列成一个等边三角形，所述固定台51为中部设有圆孔的圆台，所述三感测臂53的下端均连接所述固定台51且三连接处也排列成一个等边三角形，且这二个等边三角形的边一一对应。所述活动台52中部具有圆槽521，所述圆槽521中部设有螺纹孔522，所述螺纹孔522配合所述连接杆连接所述活动台52。请参照图3和图4，每一所述感测臂53包括球杆532、转接座533和二个力传感器531，所述球杆532上端球部球铰接于所述活动台52，另一端连接所述转接座533，所述球杆532还穿过平台盖板534，平台盖板534固定在所述活动台52上相应的短边侧面，每一所述力传感器531上端为球形结构且球铰接于所述转接座533内，另一端可转动的连接所述固定台51，所述每一所述力传感器穿过转接盖板535，所述转接盖板535固定在所述转接座533朝向所述力传感器531的一侧。本技术的工作过程为：将本技术基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器安装于钻头处，在钻井过程中，钻孔的受力状态传递到所述受力台1上，所述受力台1将受力状况传递到本技术内部的感测机构5，所述感测机构5受力后产生局部形变，该形变被所述感测机构5上的六个力传感器531检测到，六个所述力传感器531的检测数据传输到所述电路板6上，通过所述电路板6对数据进行分析处理及运算后便可得到钻井近钻头处沿钻孔轴线的力、沿钻孔轴线的力矩及沿钻孔轴线加速度，所述电路板6将检测到的实时数据输出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器，其特征在于：包括具有内腔的本体和受力台，所述受力台位于所述本体的上方，所述本体包括端盖、底座和感测机构，所述端盖安装在所述底座的上端口，所述底座具有上腔体，所述感测机构安装在所述上腔体中，所述感测机构包括活动台、固定台和具有相同结构特征的三感测臂，所述活动台上端连接所述受力台，每一所述感测臂包括球杆、转接座和至少二力传感器，所述球杆上端球部球铰接于所述活动台，所述球杆下端连接所述转接座，每一所述力传感器上端为球形结构且球铰接于所述转接座内，每一所述力传感器的下端可转动的连接所述固定台，所述受力台受力时，受力通过所述活动台和所述球杆传至每一所述力传感器而被所述力传感器检测到。

【技术特征摘要】
1.一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器，其特征在于：包括具有内腔的本体和受力台，所述受力台位于所述本体的上方，所述本体包括端盖、底座和感测机构，所述端盖安装在所述底座的上端口，所述底座具有上腔体，所述感测机构安装在所述上腔体中，所述感测机构包括活动台、固定台和具有相同结构特征的三感测臂，所述活动台上端连接所述受力台，每一所述感测臂包括球杆、转接座和至少二力传感器，所述球杆上端球部球铰接于所述活动台，所述球杆下端连接所述转接座，每一所述力传感器上端为球形结构且球铰接于所述转接座内，每一所述力传感器的下端可转动的连接所述固定台，所述受力台受力时，受力通过所述活动台和所述球杆传至每一所述力传感器而被所述力传感器检测到。2.如权利要求1所述一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器，其特征在于：三所述感测臂的上端排列成一个等边三角形，三所述感测臂的下端也排列成一个等边三角形。3.如权利要求1所述一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器，其特征在于：所述活动台为六边形，所述六边形具有三条等长的长边和三条等长的短边，所述长边和所述短边交错连接，每条所述感测臂的上端球铰接于所述活动台短边侧面。4.如权利要求3所述一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器，其特征在于：每一所述感测臂还包括平台盖板，所述球杆穿过所述平台盖板，所述平台盖板固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴川，丁华锋，张丹，韩磊，张心心，姚翔宇，杨文剑，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北,42