一种适用于月岩的低功率微波取芯机及使用方法技术

一种适用于月岩的低功率微波取芯机及使用方法，包括设备平台，所述设备平台上滑动安装有支撑框架前板和支撑框架后板，支撑框架后板的后端面与安装于设备平台上微波发生器前端连接，微波发生器后端依次与固定波导、旋转波导、功率分配器及钻筒连接，钻筒上装有高精度滑环结构，旋转波导和钻筒外壁均布置齿轮卡套，齿轮卡套与安装在转轴上传动齿轮啮合，转轴与旋转驱动连接；掘进驱动后端固定在设备平台上，前端与穿过支撑框架后板与支撑框架前板连接。实现了微波系统与钻筒的同步运动，满足设备小型化低功率的条件下钻取坚硬岩石，可以避免钻不动、卡钻的问题；通过功率分配器多端口毫米波照射，实现岩芯外圈破裂完全，而岩芯不破裂的作用。不破裂的作用。不破裂的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于月岩的低功率微波取芯机及使用方法


[0001]本专利技术属于岩石钻取
，具体涉及一种适用于月岩的低功率微波取芯机及使用方法。

技术介绍

[0002]旋转钻取坚硬岩石，是通过钻机施加给钻头的扭矩和推力在向前钻进，但因为岩石坚硬的原因，常常会遇到卡钻、钻不动和钻头磨损严重的问题，特别是卡钻时会严重影响施工进度。
[0003]月球岩层材料的钻取，对于研究月球赋存资源具有重要意义。目前月球的钻取工作主要是针对月球表面松散的覆盖层
‑
月壤，而月壤中掺杂的岩块以及月壤下赋存的月岩具有很高的强度。在月球上，存在着真空、失重、和大温变的作用，再加上着陆器运输能力有限的影响，钻取设备难以提供很大的推进力，钻头卡钻或损坏难以更换。同时，月球着陆器难以给辅助设备提供很大的功率，这给月岩的钻取带来了很大的困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种适用于月岩的低功率微波取芯机及使用方法，其具有轻质、防卡钻及低功率的特点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种适用于月岩的低功率微波取芯机，包括钻筒，微波发生器，高精度滑环结构，旋转波导，微波发生器，旋转驱动，掘进驱动，设备平台，设备滑动导轨，支撑框架；
[0007]所述设备平台上对称布置有设备滑动导轨，设备滑动导轨上滑动安装有支撑框架前板和支撑框架后板，支撑框架后板的后端面与微波发生器前端连接，且微波发生器滑动安装于设备平台上，微波发生器后端与固定波导一端连接，固定波导另一端与旋转波导后端转动安装，旋转波导作为转接装置，自身旋转，并将微波从固定的波导无损旋转传递，旋转波导前端与功率分配器后端连接，功率分配器前端通过同轴电缆与钻筒后端连接，钻筒前端与岩层接触，所述钻筒外圆套装有高精度滑环结构，实现旋转条件下功率分配器反射信号的无损采集，旋转波导位于支撑框架后板顶部的通孔内，旋转波导可在支撑框架后板的通孔内转动，钻筒位于支撑框架前板顶部的通孔内，钻筒可在支撑框架前板的通孔内转动，所述旋转波导和钻筒外壁均布置齿轮卡套，且齿轮卡套均位于对应设置的支撑框架后板和支撑框架前板的前端，齿轮卡套下方设置有与之啮合的传动齿轮，两个传动齿轮均通过键连接在转轴上，转轴前端穿过支撑框架前板中部的通孔末端与其中一个传动齿轮键连接，转轴后端与另一个传动齿轮键连接，且末端穿过支撑框架后板中部的通孔后与旋转驱动输出端连接，旋转驱动通过螺栓固定安装在支撑框架后板上，通过旋转驱动的传动齿轮带动齿轮卡套旋转，进而带动旋转波导、功率分配器和钻筒一同转动；所述掘进驱动后端与掘进驱动底座连接，掘进驱动底座固定在设备平台上，前端与穿过支撑框架后板中下部的通孔与支撑框架前板连接，掘进驱动推进支撑框架前板给钻筒施加推进力，掘进驱动共两
个且以钻筒为对称中心对称布置。
[0008]所述钻筒为中空金属圆管，沿钻筒管壁的轴向钻有多个通孔，多个通孔沿周向均布，多个通孔内分别安装有同轴波导，同轴波导前端穿过钻筒筒壁与微波辐射器连接，且微波辐射器前端套有固定在前端面上的石英套筒，同轴波导后端与同轴电缆连接，相邻同轴波导之间的钻筒筒壁端面处安装有切割器，且切割器高度高于石英套筒的高度。
[0009]所述功率分配器包括一个微波功率输入端，四个微波功率输出端和四个隔离保护端，四个微波功率输出端分别与对应的四个隔离保护端连接，四个隔离保护端分别通过同轴电缆与对应的同轴波导连接，微波功率输入端与旋转波导连接，功率分配器具有分配调节各同轴波导输出功率的作用。
[0010]所述的微波发生器采用固体负载石墨板吸收反射微波，微波发生器的冷却方式采用热传导方式冷却，将温度转移到外部环境；所述微波发生器最大功率为1000W，微波类型选用毫米波。
[0011]所述高精度滑环结构包括转子信号线、高精度滑环转子、高精度信号碳刷、高精度滑环定子和高精度定子信号线；所述高精度滑环转子套装在钻筒外圆上，与钻筒同步旋转，高精度滑环转子上连接有转子信号线，转子信号线通过信号转化器分别与对应的四个隔离保护端相连，高精度滑环转子通过高精度信号碳刷与高精度滑环定子转动连接，高精度滑环转子随钻筒转动，而高精度滑环定子与高精度信号碳刷不动，通过高精度信号碳刷将高精度滑环转子信号无损传输到高精度滑环定子中，再通过高精度定子信号线将反射波信号传输到微波发生器的控制器中，通过控制器控制取芯机内微波发生器的开启与关闭，并通过高精度滑环结构反馈的反射信号随时调节微波参数。
[0012]一种适用于月岩的低功率微波取芯机的使用方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1，打开微波发生器，不开启掘进驱动和旋转驱动，根据四个微波功率输出端反馈的反射系数判断各微波功率输出端照射区域的岩层属性，当四个微波功率输出端反射系数没有差异时，说明各区域岩层属性一致；当四个微波功率输出端反射系数差异显著时，反射系数大的代表该区域岩层致密性强；为了防止钻筒在无侧壁约束时直接钻取硬岩发生钻筒偏移，选择反射系数小且没有差异的区域开始进行钻取工作；
[0014]步骤2，开启掘进驱动与旋转驱动，根据四个微波功率输出端反馈的反射系数判断岩层性质随钻取深度的变化；当反射系数出现突增超过微波发生器最大承受反射系数A，即反射功率达到满载功率的一半时，通过控制器控制微波发生器功率减小，防止因反射过大导致的微波发生器损坏，同时减小钻筒推进速度，从而达到减小功率增加时间实现微波照射致裂月岩；
[0015]步骤3，在不断的钻进过程中，若钻筒出现卡钻，关闭掘进驱动和旋转驱动，根据四个微波功率输出端反馈的反射系数，关闭反射系数小的微波功率输出端，然后将反射系数大的微波功率输出端功率逐步增加，保证反射系统不超过A，对该微波功率输出端区域完成预裂松动钻筒后，重新打开四个微波功率输出端、掘进驱动和旋转驱动；当钻进深度达到样品要求长度时，完成工作，关闭微波发生器、掘进驱动和旋转驱动。
[0016]本专利技术采用上述技术方案的有益效果是：
[0017](1)采用旋转波导将微波由固定波导传输旋转传输给同轴波导，同轴波导内置于钻筒筒壁中并随钻筒转动，实现了微波系统与取芯钻筒的同步运动，将微波破岩技术与钻
筒相结合，大大降低了钻筒钻取硬岩的推进力与扭矩，避免了设备钻不动、卡钻的问题；满足设备小型化低功率的条件下钻取坚硬岩石，可以避免钻不动、卡钻的问题。
[0018](2)采用轻质的低功率微波致裂岩石的方法，避免了微波设备体积过大及功率过大的问题，钻筒取样所需推力降低可以达到钻筒掘进系统小型化的目的。
[0019](3)通过功率分配器多端口毫米波照射，实现岩芯外圈破裂完全，而岩芯不破裂的作用；通过多端口的微波反射系数，可以获取不同深度的岩石信息，同时可以根据反射系数动态调控各端口的输出功率以及设备的开启与关闭，避免因反射功率过大导致微波发生器损坏。
附图说明
[0020]图1本专利技术一种适用于月岩的低功率微波取芯机的主视图；
[0021]图2本专利技术一种适用于月岩的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于月岩的低功率微波取芯机，其特征在于，包括钻筒，微波发生器，高精度滑环结构，旋转波导，微波发生器，旋转驱动，掘进驱动，设备平台，设备滑动导轨，支撑框架；所述设备平台上对称布置有设备滑动导轨，设备滑动导轨上滑动安装有支撑框架前板和支撑框架后板，支撑框架后板的后端面与微波发生器前端连接，且微波发生器滑动安装于设备平台上，微波发生器后端与固定波导一端连接，固定波导另一端与旋转波导后端转动安装，旋转波导作为转接装置，自身旋转，并将微波从固定的波导无损旋转传递，旋转波导前端与功率分配器后端连接，功率分配器前端通过同轴电缆与钻筒后端连接，钻筒前端与岩层接触，所述钻筒外圆套装有高精度滑环结构，实现旋转条件下功率分配器反射信号的无损采集，旋转波导位于支撑框架后板顶部的通孔内，旋转波导可在支撑框架后板的通孔内转动，钻筒位于支撑框架前板顶部的通孔内，钻筒可在支撑框架前板的通孔内转动，所述旋转波导和钻筒外壁均布置齿轮卡套，且齿轮卡套均位于对应设置的支撑框架后板和支撑框架前板的前端，齿轮卡套下方设置有与之啮合的传动齿轮，两个传动齿轮均通过键连接在转轴上，转轴前端穿过支撑框架前板中部的通孔末端与其中一个传动齿轮键连接，转轴后端与另一个传动齿轮键连接，且末端穿过支撑框架后板中部的通孔后与旋转驱动输出端连接，旋转驱动通过螺栓固定安装在支撑框架后板上，通过旋转驱动的传动齿轮带动齿轮卡套旋转，进而带动旋转波导、功率分配器和钻筒一同转动；所述掘进驱动后端与掘进驱动底座连接，掘进驱动底座固定在设备平台上，前端与穿过支撑框架后板中下部的通孔与支撑框架前板连接，掘进驱动推进支撑框架前板给钻筒施加推进力，掘进驱动共两个且以钻筒为对称中心对称布置。2.根据权利要求1所述的一种适用于月岩的低功率微波取芯机，其特征在于：所述钻筒为中空金属圆管，沿钻筒管壁的轴向钻有多个通孔，多个通孔沿周向均布，多个通孔内分别安装有同轴波导，同轴波导前端穿过钻筒筒壁与微波辐射器连接，且微波辐射器前端套有固定在前端面上的石英套筒，同轴波导后端与同轴电缆连接，相邻同轴波导之间的钻筒筒壁端面处安装有切割器，且切割器高度高于石英套筒的高度。3.根据权利要求1所述的一种适用于月岩的低功率微波取芯机，其特征在于：所述功率分配器包括一个微波功率输入端，四个微波功率输出端和四个隔离保护端，四个微波功率输出端分别与对应的四个隔离保护端连接，四个隔离保护端分别通过同轴电缆与对应的同轴波导连接，微波功率输入端与旋转波导连接，功率分配器具有分配调...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯夏庭，林峰，杨成祥，田军，童天扬，李世平，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：