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CN113899317A - 贯通孔洞孔径测量装置及贯通孔洞有效孔径测量方法 - Google Patents

贯通孔洞孔径测量装置及贯通孔洞有效孔径测量方法 Download PDF

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CN113899317A CN202111301505.8A CN202111301505A CN113899317A CN 113899317 A CN113899317 A CN 113899317A CN 202111301505 A CN202111301505 A CN 202111301505A CN 113899317 A CN113899317 A CN 113899317A
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Abstract

本发明涉及孔径测量技术领域，尤其是贯穿孔洞有效孔径测量装置及方法；本发明所要解决的技术问题是提供一种测量孔洞孔径更方便的贯通孔洞孔径测量装置，还提供一种计算过程更简单的贯通孔洞有效孔径测量方法。贯通孔洞孔径测量装置，包括激光发射组件和激光显示组件，激光发射组件包括第一支撑架、测量杆和激光发射器，激光显示组件包括第二支撑架和显示板；测量杆可转动地设置在第一支撑架上，测量杆的轴线与测量杆的旋转轴垂直，激光发射器设置在测量杆上并可沿测量杆的长度方向运动；显示板固定在第二支撑架上。

Description

贯通孔洞孔径测量装置及贯通孔洞有效孔径测量方法
技术领域
本发明涉及孔径测量技术领域，尤其是贯穿孔洞有效孔径测量装置及方法。
背景技术
现阶段钻孔埋管技术方案广泛应用于铺设通信护管、电力护管、交通信号护管，供水管，排水管、输气管、输油管、热力管、化工管等领域。在这些钻孔埋管方案中铺设直管段时，为满足埋设管道等需求，都有有效孔径的要求。有效孔径是指沿孔洞轴线各测量圆在轴线法平面的投影图范围内的内切圆直径，即轴线上最小垂直直径。
现阶段，钻孔有效孔径的测量方法主要包括人工直接测量法、全站仪测量法、直径检测传感器等。但是，人工直接测量和全站仪测量法仅适用于可以进人的大孔径孔洞有效直径测量，而直径检测传感器法由于传感器的限制多数用于小孔径的有效直径测量。
对于不能进人进行测量的钻孔，其有效孔径的测量往往没有教好的方法，虽然具有一些成孔孔径的测量装置，但是操控不便、应用复杂，并且对测量的环境要求很高，成为其推广和大范围应用的障碍。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量孔洞孔径更方便的贯通孔洞孔径测量装置，还提供一种计算过程更简单的贯通孔洞有效孔径测量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：贯通孔洞孔径测量装置，包括激光发射组件和激光显示组件，激光发射组件包括第一支撑架、测量杆和激光发射器，激光显示组件包括第二支撑架和显示板；
测量杆可转动地设置在第一支撑架上，测量杆的轴线与测量杆的旋转轴垂直，激光发射器设置在测量杆上并可沿测量杆的长度方向运动；
显示板固定在第二支撑架上。
进一步的是，激光发射器通过抱箍连接在测量杆上。
进一步的是，显示板由透明材料制成。
贯通孔洞有效孔径测量方法，使用前述的贯通孔洞孔径测量装置对贯穿孔洞孔径进行测量，包括以下步骤：
A.根据测量精度确定孔径所需的测量角度个数和值：γ＝[γ1,γ2,..γi.,γn]，其中γi为角度值(i＝1,2,...n)，n为测量角度的个数；
B.根据所选的测量角度集合，在显示板上绘制出圆心B和测量角度刻度线；
C.将第一支撑架固定在孔洞一侧的孔口，将测量杆的旋转中心的空间位置记为点A，将第二支撑架固定在孔洞的另一侧的孔口；
D.点A和圆心B的连线为测量轴线，测量轴线与显示板之间的夹角为α，测量轴线与测量杆的旋转平面之间的夹角为β；
E.固定测量杆角度γi，将激光发射器从点A向被测孔壁按精度要求沿测量杆依次移动，每次移动，首先测量激光发射器到点A的长度A(γi)，然后调整激光发射器的角度使其打在显示板上的激光点沿γi刻度线从圆心B向外移动，记录激光点即将消失时的长度B(γi)，将两个长度记为[A(γi),B(γi)]，从而形成一组固定测量杆角度γi时测量数据
Figure BDA0003338565890000021
m为激光发射器的移动次数；
则在γi角度下，孔洞的最大半径Rγi为：
Rγi＝max(min(s1(γi)1×sinα,s2(γi)1×sinβ),...,min(s1(γi)m×sinα,s2(γi)m×sinβ))；
F.按步骤A选定的角度值，重复步骤E，得到相应角度γ下的孔洞最大半径Rγ，形成最大半径数据Rγ＝[Rγ1，Rγ2，...，Rγn]，则在固定A和B情况下的孔洞有效半径
Figure BDA0003338565890000025
为：
Figure BDA0003338565890000022
G.按精度要求，分别移动激光发射组件和激光数据测量组件，重复步骤A～步骤F，得到不同A、B点组合情况下的有效半径数据组合
Figure BDA0003338565890000023
H.孔洞有效孔径D为：
Figure BDA0003338565890000024
进一步的是，对于步骤C，测量杆的旋转中心与孔口的中心重合。
本发明的有益效果是：该装置包括激光发射组件和激光显示组件，其中激光发射组件中的激光发射器可以采用简易激光笔，激光显示组件中的显示板可以采用透明纸或透明塑料等常用材料，携带方便，易于拆卸，易于控制，使用简单。本贯通孔洞有效孔径测量方法简单，便于整理计算。本发明可以应用于各种孔洞有效孔径的测量，装置结构简单，适用范围广。
附图说明
图1为使用贯通孔洞孔径测量装置测量孔径示意图；
图2为激光发射组件结构示意图；
图3为激光显示组件结构示意图；
图4为显示板上绘制的角度刻度线示意图；
附图标记：1激光发射组件，1-1第一支撑架，1-2测量杆，1-3激光发射器，2激光显示组件，2-1第二支撑架，2-2显示板，2-3激光点，3为孔洞壁，4为测量轴线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至4所示，贯通孔洞孔径测量装置包括激光发射组件1和激光显示组件2。其中，所述激光发射组件1包括第一支撑架1-1、测量杆1-2和激光发射器1-3；所述第一支撑架1-1一方面作为固定孔洞口的固定装置，一方面作为所述测量杆1-2的支撑装置；所述测量杆1-2的一端可转动连接的设置于所述第一支撑架1-1上，并且所述测量杆1-2平行于所述第一支撑架1-1平面使得所述测量杆1-2可以绕测量杆中心A旋转；所述激光发射器1-3可移动的固定设置于所述测量杆1-2上，例如通过滑轨、抱箍等使得激光发射器1-3与测量杆1-2连接，使得所述激光发射器1-3可以沿所述测量杆1-2直线移动。所述激光显示组件2包括第二支撑架2-1和显示板2-2；所述的第二支撑架2-1一方面作为固定孔洞口的固定装置，一方面作为所述显示板2-2的支撑装置；显示板2-2平行固定于所述第二支撑架2-1平面；所述显示板2-2上标有圆心及角度刻度线，以便于对应测量长度。
为了便于调节激光发射器1-3在测量杆1-2上的位置，也为了使得本装置结构简单、可靠，激光发射器1-3通过抱箍连接在测量杆1-2上。
为了便于从孔口外读取相关的数据，显示板2-2由透明材料制成。
此外，本发明还相应提供了一种贯通孔洞有效孔径测量方法。包括如下操作步骤：
A：根据测量精度要求，首先确定孔径所需的测量角度个数和值，比如选取测量角度间隔值为30°，则每一固定测量轴线下，分别需要测量0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°共12个角度上的有效半径。测量角度根据实际需要选择，也可以是不等间隔的。
B：根据A所选的测量角度集合，在选定的显示板2-2上，绘制出圆心B和测量角度刻度线，见附图4。显示板2-2可以选择透明纸、透明塑料等，以能明显标示出激光发射端所发射过来的光点2-3为选择原则。
C：将激光发射组件1通过第一支撑架1-1固定在孔洞一侧，为减少测量组数，使测量杆可转动端中心A尽量处在孔口中心。将激光显示组件2通过第二支撑架2-1固定在孔洞的另一侧，为减少测量组数，使显示板2-2圆心B尽量处在孔口中心。
D：记录A点和B点空间位置，连接点A、B形成测量轴线3，并计算测量杆1-2的旋转平面与测量轴线的夹角α和显示板表面与测量轴线的夹角β。夹角α和夹角β是换算有效半径的必要参数，也使得本发明不仅适用于水平洞和垂直洞，也适用于各种倾角的斜洞。
E：固定测量杆1-2角度γi，将激光发射器1-3从中心点A向测量孔壁沿测量杆1-2按精度要求依次移动，比如每次移动2cm，共移动m次。每次移动，首先测量激光发射器1-3到测量杆中心A的长度A(γi)，然后调整激光发射器1-3的角度使其在显示板2-2上的激光显示点2-3沿γi刻度线上从圆心B向外移动，记录激光点即将消失时的长度B(γi)，将两个长度记为[A(γi),B(γi)]。从而形成一组固定测量杆角度γi时测量数据，计算在γi角度下，孔洞的最大半径Rγi为：
Rγi＝max(min(s1(γi)1×sinα,s2(γi)1×sinβ),...,min(s1(γi)m×sinα,s2(γi)m×sinβ))
式中：max(·)为最大值函数，min(·)为最小值函数。
实际实施过程中，可以先采用较大的移动距离，粗略确定最大半径后，再采用较小的移动距离，以减少测量组数。比如对于孔径大约为100cm的钻孔，可以将激光发射器1-3按10cm间距移动，测得孔洞最大半径为90cm左右时，在以90cm为中心按2cm间距左右移动测量。
F：按A选定的角度值，依次重复E，得到相应角度γ下的孔洞最大半径Rγ，则在固定A和B情况下的孔洞有效半径为
Figure BDA0003338565890000041
G：按精度要求分别移动激光发射组件1和激光显示组件2，重复A～F，可以得到不同A、B点组合情况下的有效半径数据组合，最终得到该孔洞有效孔径为
Figure BDA0003338565890000042
该步骤是为了寻找最大的孔洞有效半径，以获得有效孔径。根据实际情况灵活应用，比如有些实际工程，设计可能固定了钻孔轴线4，此时仅需将A和B固定在设计空间位置上，执行一次A～F即可确定有效孔径。

Claims (5)

1.贯通孔洞孔径测量装置，其特征在于：包括激光发射组件(1)和激光显示组件(2)，激光发射组件包括第一支撑架(1-1)、测量杆(1-2)和激光发射器(1-3)，激光显示组件(2)包括第二支撑架(2-1)和显示板(2-2)；
测量杆(1-2)可转动地设置在第一支撑架(1-1)上，测量杆(1-2)的轴线与测量杆(1-2)的旋转轴垂直，激光发射器(1-3)设置在测量杆(1-2)上并可沿测量杆(1-2)的长度方向运动；
显示板(2-2)固定在第二支撑架(2-1)上。
2.如权利要求1所述的贯通孔洞孔径测量装置，其特征在于：激光发射器(1-3)通过抱箍连接在测量杆(1-2)上。
3.如权利要求1所述的贯通孔洞孔径测量装置，其特征在于：显示板(2-2)由透明材料制成。
4.贯通孔洞有效孔径测量方法，其特征在于，使用如权利要求1至3所述的贯通孔洞孔径测量装置对贯穿孔洞孔径进行测量，包括以下步骤：
A.根据测量精度确定孔径所需的测量角度个数和值：γ＝[γ1,γ2,..γi.,γn]，其中γi为角度值(i＝1,2,...n)，n为测量角度的个数；
B.根据所选的测量角度集合，在显示板(2-2)上绘制出圆心B和测量角度刻度线；
C.将第一支撑架(1-1)固定在孔洞一侧的孔口，将测量杆(1-2)的旋转中心的空间位置记为点A，将第二支撑架(2-1)固定在孔洞的另一侧的孔口；
D.点A和圆心B的连线为测量轴线，测量轴线与显示板(2-2)之间的夹角为α，测量轴线与测量杆(1-2)的旋转平面之间的夹角为β；
E.固定测量杆(1-2)角度γi，将激光发射器从点A向被测孔壁按精度要求沿测量杆(1-2)依次移动，每次移动，首先测量激光发射器(1-3)到点A的长度s1(γi)，然后调整激光发射器(1-3)的角度使其打在显示板(2-2)上的激光点沿γi刻度线从圆心B向外移动，记录激光点即将消失时的长度s2(γi)，将两个长度记为[s1(γi),s2(γi)]，从而形成一组固定测量杆(1-2)角度γi时测量数据
Figure FDA0003338565880000011
m为激光发射器(1-3)的移动次数；
则在γi角度下，孔洞的最大半径Rγi为：
Rγi＝max(min(s1(γi)1×sinα,s2(γi)1×sinβ),...,min(s1(γi)m×sinα,s2(γi)m×sinβ))；
F.按步骤A选定的角度值，重复步骤E，得到相应角度γ下的孔洞最大半径Rγ，形成最大半径数据Rγ＝[Rγ1，Rγ2，...，Rγn]，则在固定A和B情况下的孔洞有效半径
Figure FDA0003338565880000021
为：
Figure FDA0003338565880000022
G.按精度要求，分别移动激光发射组件和激光数据测量组件，重复步骤A～步骤F，得到不同A、B点组合情况下的有效半径数据组合
Figure FDA0003338565880000023
H.孔洞有效孔径D为：
Figure FDA0003338565880000024
5.如权利要求4所述的贯通孔洞有效孔径测量方法，其特征在于：对于步骤C，测量杆(1-2)的旋转中心与孔口的中心重合。
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